于昌榮

(江蘇自動化研究所　連云港　222061)

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一種直航+迎面的反魚雷魚雷攔截彈道設(shè)計方法*

于昌榮

(江蘇自動化研究所連云港222061)

摘要分析了目前現(xiàn)有的三種反魚雷魚雷攔截彈道設(shè)計方法，在此基礎(chǔ)上給出了一種直航+迎面的反魚雷魚雷攔截彈道設(shè)計方法。該方法通過ATT發(fā)射后通過直航快速接近目標(biāo)航向線，然后旋回進行迎面攔截，既能盡早攔截魚雷，又能盡量減少來襲魚雷距離和航向誤差的影響，提高艦艇使用ATT攔截來襲魚雷的效果，可進一步提升艦艇的生存能力。

關(guān)鍵詞反魚雷魚雷; 攔截彈道; 迎面攔截

Class NumberTJ630

1　引言

反魚雷魚雷(anti-torpedo torpedo， ATT)作為一種艦艇防御、魚雷對抗的硬殺傷裝備，已經(jīng)得到了許多國家的重視，美國、俄羅斯、法國、德國等海軍強國均開展了ATT的研制和試驗[1～3]。

ATT的攔截彈道是影響其作戰(zhàn)使用和攔截概率的重要因素之一。ATT的攔截彈道與艦艇、來襲魚雷和ATT三者的諸多因素有關(guān)，包括艦艇報警聲納的性能、艦艇的運動參數(shù)，來襲魚雷的攻擊彈道形式和運動參數(shù)，以及ATT的攻擊彈道形式和運動參數(shù)等[4]。來襲魚雷的攻擊彈道形式通常是未知的，艦艇的報警聲納可以給出來襲魚雷的某些參數(shù)，如方位、距離和速度等。來襲魚雷的未知特性為ATT攔截彈道的設(shè)計帶來了難度。

目前的文獻資料主要討論艦艇在發(fā)射ATT時，來襲魚雷已進入自導(dǎo)導(dǎo)引狀態(tài)，以固定提前角方式攻擊艦艇，給出了三種攔截彈道方案[5～8]，本文將在對其分析的基礎(chǔ)上，給出一種直航+迎面的反魚雷魚雷攔截彈道設(shè)計方法。

本文分析了反魚雷魚雷的攔截彈道設(shè)計技術(shù)研究現(xiàn)狀，給出了一種直航+迎面攔截的反魚雷魚雷攔截彈道設(shè)計方法。該方法可為提高艦艇的生存能力提供技術(shù)支撐。

2　研究現(xiàn)狀

文獻資料給出的三種攔截彈道如下。

2.1直接攔截方案

設(shè)來襲魚雷速度為Vt，本艦航速為Vs，艦艇與魚雷的速度比為p，k=1/p為魚雷與艦艇的速度比，來襲魚雷固定提前角為η。如圖1所示，以艦艇發(fā)射ATT時的位置為坐標(biāo)原點，本艦航向為x軸建立直角坐標(biāo)系，R0和R為來襲魚雷同本艦之間的距離。q0和q為來襲魚雷視線角，θ0為艦艇對魚雷的觀測方位角，β為ATT的發(fā)射角，t為ATT從發(fā)射到命中所經(jīng)歷的時間，VA為ATT航速，rA為ATT的旋回半徑。ATT發(fā)射時來襲魚雷位于T點，ATT發(fā)射后于A點處命中魚雷，S為艦艇在ATT命中來襲魚雷時的位置。

直接攔截方案借鑒魚雷攻擊相關(guān)理論，采用解相遇的方法，ATT發(fā)射后一直直航，直至命中魚雷。ATT發(fā)射角β計算公式詳見文獻[6]。

2.2迎面攔截方案

迎面攔截方案采用迎面攔截魚雷方法，ATT發(fā)射后即旋回直到迎面攔截到魚雷，如圖2所示。計算公式詳見文獻[6]。

圖1　直接攔截方案

圖2　迎面攔截方案

2.3基于相遇區(qū)域的攔截方案

基于相遇區(qū)域的攔截方案考慮了攻擊彈道形式未知的情況，針對每一種攻擊彈道形式，采用ATT攔截均對應(yīng)一個相遇點，所有相遇點的集合構(gòu)成了一個相遇區(qū)域，如圖3所示。取兩種邊緣情況發(fā)射角的算數(shù)平均作為為ATT的發(fā)射角[7]，即取相遇區(qū)域幾何中心所對應(yīng)的攔截彈道發(fā)射角。

圖3　基于相遇區(qū)域的攔截方案

直接攔截方案采用直航搜索的方式滿足了攻擊時間短的需要，但對要素的精度要求較高，而實際作戰(zhàn)中來襲魚雷要素的誤差一般都較大，直接攔截的效果相對較差。迎面攔截方案使ATT旋回到來襲魚雷航向上，這樣可盡量減少來襲魚雷距離誤差對ATT使用效果的影響，還可利用自導(dǎo)扇面遮蓋來襲魚雷方位的誤差，因此攔截效果相對較好?；谙嘤鰠^(qū)域的攔截方案考慮了來襲魚雷不同彈道的影響，比較貼近實際，但是沒有考慮艦艇、來襲魚雷與ATT三者的初始情況，運動參數(shù)以及測量精度、誤差分布等對ATT攔截效果有影響的因素。本文將在這三中攔截方案的基礎(chǔ)上，考慮各種影響因素，綜合各方案的優(yōu)點，設(shè)計出一種新的攔截彈道，即直航+迎面攔截方案。

3　攔截彈道設(shè)計

攻擊水面艦艇的魚雷主要有聲自導(dǎo)魚雷、尾流自導(dǎo)和線導(dǎo)魚雷。在水面艦艇聲納魚雷報警后，一般首先會采用噪聲干擾器、聲誘餌等軟對抗器材，同時機動規(guī)避。若來襲魚雷未被干擾或誘騙，則使用ATT。此時，對聲自導(dǎo)魚雷而言，可能處于直航搜索狀態(tài)或已經(jīng)進入追蹤導(dǎo)引狀態(tài)。魚雷追蹤時一般采用尾追或固定提前角方式[9]。

未來裝備技術(shù)的發(fā)展或者ATT作戰(zhàn)方式的改變， 可能提供完整的來襲魚雷航行參數(shù)信息。本部分研究了假設(shè)在已知來襲魚雷的航向、航速和距離時， ATT的射擊方向和作戰(zhàn)使用方法。一般來襲魚雷距本艦3000m以內(nèi)時，可使用ATT?？梢哉J為水面艦艇有一定的時間進行魚雷要素解算，即來襲魚雷的信息是完整的[10]。

3.1設(shè)計思路

ATT攔截魚雷時，具有攻擊時間短、全彈道精確導(dǎo)引和一次性攻擊，沒有機會進行再搜索等特點，彈道設(shè)計分為兩段：搜索段和導(dǎo)引段[11]。

1) 搜索段

搜索段主要包括搜索初期的直航搜索段和迎面搜索段兩部分。

(1)搜索初期的直航搜索段

發(fā)射ATT時，魚雷目標(biāo)一般離本艦艇較近，留給ATT攻擊的時間短，ATT應(yīng)在保證其運動姿態(tài)平穩(wěn)的同時以最快速度到達攻擊方向，開始進行目標(biāo)搜索。因此，搜索初期考慮采用直航搜索，即ATT在出管后迅速完成尋深，并轉(zhuǎn)向至設(shè)定航向，完成一次轉(zhuǎn)角，到達設(shè)定航向后即直航搜索。在搜索段初期ATT采用直航搜索的方式既滿足了攻擊時間短的需要，同時也能保證對來襲魚雷的發(fā)現(xiàn)和攻擊。

(2)迎面搜索段

在來襲魚雷航向上迎面搜索，可通過設(shè)定迎面搜索的時機，以消除來襲魚雷距離誤差的影響，同時在來襲魚雷航向上迎面搜索，可利用ATT的自導(dǎo)扇面，遮蓋住來襲魚雷方位誤差。

2) 導(dǎo)引段

在ATT自導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，即進入導(dǎo)引段。由于ATT與來襲魚雷呈迎擊態(tài)勢，相對速度較大，采用提前角導(dǎo)引法有利于保證導(dǎo)引效果。

3.2參數(shù)計算方法

攔截彈道形式如圖4所示。主要分為三個部分，即搜索初期的直線航行段、旋回段、迎面攔截直航段。其中旋回段為過度階段，設(shè)計時為了盡快轉(zhuǎn)向到來襲魚雷航向上，可設(shè)定旋回半徑為ATT的最小旋回半徑ra。

基于上述思路，設(shè)計攔截彈道時需確定的參數(shù)包括發(fā)射角β、直航段距離Dz、旋回角度α以及迎面攔截直航段距離Dy等。

迎面攔截直航段距離Dy的確定，主要考慮能消除來襲魚雷距離誤差的影響，如圖5所示。

圖4　ATT攔截彈道設(shè)計示意

圖5　距離誤差對攔截的影響

考慮到魚雷追蹤時，提前角一般較小，因此，可近似取Dy等于ATT發(fā)射時刻來襲魚雷的距離誤差大小ΔR0。

接著依據(jù)態(tài)勢幾何關(guān)系，求出∠BOA的大小，同時用直接攔截法計算出直接攔截情況下的發(fā)射角β′[8]，則ATT發(fā)射角β為

β=β′-∠BOA

再利用態(tài)勢幾何關(guān)系，求出旋回角度α和直航段距離Dz即可。

4　仿真分析

4.1仿真想定

ATT彈道仿真涉及的因素很多，仿真中進行了必要的簡化和假設(shè)，主要包括以下幾個方面：

1) 來襲魚雷已經(jīng)進入自導(dǎo)導(dǎo)引階段，以固定提前角法攻擊艦艇；

2) ATT發(fā)射后按預(yù)定的彈道航行，同時自導(dǎo)系統(tǒng)工作，搜索來襲魚雷；

3) ATT的自導(dǎo)系統(tǒng)采用主被動聯(lián)合自導(dǎo)模式。仿真中，若來襲魚雷處于ATT的自導(dǎo)搜索扇面內(nèi)，且與ATT的距離小于自導(dǎo)作用距離，則認為ATT自導(dǎo)系統(tǒng)捕獲到來襲魚雷，并由自導(dǎo)導(dǎo)引ATT攔截來襲魚雷；

4) 由于ATT自導(dǎo)系統(tǒng)的被動自導(dǎo)作用距離比主動自導(dǎo)作用距離遠，一般是被動自導(dǎo)先捕獲到來襲魚雷;當(dāng)進入主動自導(dǎo)作用距離后，轉(zhuǎn)入主動自導(dǎo)。ATT自導(dǎo)導(dǎo)引時采用提前角法;

5) 假設(shè)ATT采用全方位非觸發(fā)引信，引信作用距離20m，即ATT與來襲魚雷距離小于等于20m時視為攔截成功。

4.2仿真設(shè)定參數(shù)

設(shè)ATT主被動自導(dǎo)作用距離分別為250m和800m，主被動自導(dǎo)搜索扇面角都是120°，自導(dǎo)導(dǎo)引時固定提前角大小為5°，ATT搜索速度36kn，最小旋回半徑參照魚雷性能設(shè)定為70m，旋回角速度大小20°；來襲魚雷速度50kn，固定提前角大小取0～10°均勻分布，與水面艦艇初始距離D0=3000或2000m，均方誤差15%D0，方位均方誤差4°；水面艦艇速度18kn，航向90°且一直直航。

4.3仿真結(jié)果及分析

圖6　兩種攔截方法效果對比(初始距離3000m)

圖7　兩種攔截方法效果對比(初始距離2000m)

在典型報警舷角下，對ATT攔截效果進行了仿真，比較了直接攔截法與本文提出的直航+迎面攔截方法兩者的效果。具體如圖6和圖7所示。

由圖可知，本文提出的直航+迎面攔截法在各種舷角條件下均比直接攔截法的效果好。由于直航+迎面攔截法采用了首先直航以快速接近目標(biāo)，接著旋回至來襲魚雷航向的方法，既能盡早攔截魚雷，又能盡量減少來襲魚雷距離和航向誤差的影響，因此該方法在不同來襲魚雷舷角情況下的效果均較好。

5　結(jié)語

基于直航迎面攔截的反魚雷魚雷攔截彈道設(shè)計方法，通過ATT發(fā)射后通過直航快速接近目標(biāo)航向線，然后旋回進行迎面攔截，提高了艦艇使用ATT攔截來襲魚雷的效果，對提升艦艇生存能力具有重要意義。

參 考 文 獻

[1] 王新華，楊迎化，衡輝等.反魚雷魚雷發(fā)展現(xiàn)狀及作戰(zhàn)使用[J].飛航導(dǎo)彈，2012(5)：54-58.

[2] 崔貴平.國外反魚雷魚雷技術(shù)發(fā)展及趨勢[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2013，35(3)：138-141.

[3] 錢東，張起.歐洲反魚雷魚雷研發(fā)展望[J].魚雷技術(shù)， 2006，14(5)：1-5.

[4] 由大德，徐德民.反魚雷魚雷攔截概率影響因素仿真分析[J].魚雷技術(shù)，2010，18(4)：312-315.

[5] 丁振東.反魚雷魚雷作戰(zhàn)模式及攔截彈道初步研究[J].魚雷技術(shù)，2004，12(1)：13-15.

[6] 李曉寧，明星，朱若寒.反魚雷魚雷攔截彈道及攔截概率[J].魚雷技術(shù)，2008，16(3)：9-12.

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[10] 張冬興，繆旭東，王春雨.水面艦艇反魚雷魚雷作戰(zhàn)使用方法研究[J].艦船電子工程，2009，29(12)：56-59.

[11] 陳春玉，張靜遠，王明洲,等.反魚雷技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006：161-162.

*收稿日期：2015年10月5日,修回日期：2015年11月26日

作者簡介：于昌榮，男，碩士，工程師，研究方向：魚雷防御和智能輔助決策。

中圖分類號TJ630

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.04.007

Design of Intercept Trajectory of Anti-Torpedo Torpedo Based on Direct and Converse

YU Changrong

(Jiangsu Automation Research Institute， Lianyungang222061)

AbstractBased on the analysis of three intercept trajectories of anti-torpedo torpedo (ATT)， an approach to design a direct and converse intercept trajectory of anti-torpedo torpedo is given. By running directly close to target course line， then turning to intercept conversely， intercepting torpedo can not only be earlier but also reduce the impact of distance and course error， therefore the effect of anti-torpedo and the vessel’s survival ability is improved.

Key Wordsanti-torpedo torpedo (ATT), intercept trajectory, converse intercept