基于累積方位變化量的來襲魚雷制導(dǎo)方式識(shí)別

余 躍，孫振新，陳顏輝，2

（1.江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222061；2.解放軍92330部隊(duì)，山東 青島 266102）

基于累積方位變化量的來襲魚雷制導(dǎo)方式識(shí)別

余 躍1，孫振新1，陳顏輝1，2

（1.江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222061；2.解放軍92330部隊(duì)，山東 青島 266102）

準(zhǔn)確識(shí)別來襲魚雷的制導(dǎo)方式是水面艦艇在魚雷防御過程中的重大難題之一。引入來襲魚雷累積方位變化量，在從發(fā)現(xiàn)魚雷報(bào)警到自導(dǎo)開機(jī)這段時(shí)間內(nèi)累積魚雷的方位變化，并用最小二乘擬合得到累積方位變化量曲線。通過大量仿真可以構(gòu)建魚雷累積方位變化量數(shù)據(jù)庫。最后估計(jì)了聲自導(dǎo)魚雷、尾流自導(dǎo)魚雷和線導(dǎo)魚雷在魚雷相對(duì)于本艦的不同舷角下兩兩區(qū)分時(shí)魚雷和本艦的距離和區(qū)分時(shí)間。仿真結(jié)果能為水面艦艇的魚雷防御提供有益參考。

來襲魚雷，制導(dǎo)方式識(shí)別，累積方位變化量，最小二乘擬合

0 引言

魚雷按制導(dǎo)方式劃分可分為直航、聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)和線導(dǎo)4種類型。20世紀(jì)80年代以來，各種高新技術(shù)被相繼應(yīng)用于魚雷，使魚雷變成一種難以防御的致命武器，對(duì)大中型水面艦艇而言，這種來自水下的威脅變得越來越令人憂慮。水面艦艇對(duì)抗魚雷的形式愈加嚴(yán)峻，其中一個(gè)重要的原因是由于對(duì)抗決策時(shí)掌握的信息少，例如不知道來襲魚雷的制導(dǎo)方式［1］。從國內(nèi)外的研究看，關(guān)于魚雷制導(dǎo)方式識(shí)別的文獻(xiàn)較少。文獻(xiàn)［2］從戰(zhàn)術(shù)特征層面提煉出13個(gè)證據(jù)指標(biāo)來判斷魚雷的制導(dǎo)方式，但其中缺乏魚雷的方位信息。文獻(xiàn)［3］分析了魚雷自導(dǎo)開機(jī)前直航段的方位變化率，可以看出不同制導(dǎo)方式魚雷的方位變化率存在差異，但差異較小，無法滿足實(shí)際過程中的識(shí)別要求，并且沒有考慮聲納的實(shí)際測(cè)向誤差。針對(duì)上述不足，本文在考慮聲納測(cè)向誤差的情況下，對(duì)方位變化率在時(shí)間上進(jìn)行積分，通過比較來襲魚雷的累積方位變化量來識(shí)別其制導(dǎo)方式。

1 累積方位變化量

潛射反艦魚雷實(shí)施攻擊時(shí)，在較遠(yuǎn)距離上都保持直航狀態(tài)（線導(dǎo)魚雷為線導(dǎo)段），魚雷以一定的提前角相對(duì)于本艦運(yùn)動(dòng)。當(dāng)來襲魚雷進(jìn)入一定的距離范圍后，水面艦艇的艦殼聲納對(duì)其實(shí)施報(bào)警并測(cè)定其方位，將報(bào)警信號(hào)和方位數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)顯控臺(tái)和指控系統(tǒng)。將方位數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，得到來襲魚雷方位變化率數(shù)據(jù)。由于不同制導(dǎo)方式魚雷的彈道特征不同，因此，在直航過程中魚雷相對(duì)于本艦方位也就有所差異，進(jìn)而方位變化率存在差異。

（1）直航魚雷方位變化率公式為

式（1）中XW（t）為魚雷相對(duì)于本艦舷角，其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)等于魚雷的方位變化率。

（2）聲自導(dǎo)魚雷方位變化率公式為

（3）尾流自導(dǎo)魚雷方位變化率公式為

（4）線導(dǎo)魚雷方位變化率的公式難于推導(dǎo)，可以通過仿真來觀察它的變化規(guī)律。

從魚雷報(bào)警時(shí)刻起，每隔10 s計(jì)算一次魚雷的累積方位變化量

當(dāng)累積的時(shí)間足夠長時(shí)，不同魚雷的累積方位變化量呈現(xiàn)出較大的差異，因而可以將累積方位變化量作為魚雷制導(dǎo)方式識(shí)別的一個(gè)重要的依據(jù)。

2 識(shí)別原理

自本艦魚雷報(bào)警時(shí)刻起累積魚雷的方位變化，同時(shí)調(diào)取對(duì)應(yīng)于該舷角的4種魚雷累積方位變化量曲線。自導(dǎo)開機(jī)后結(jié)束累積，對(duì)累積方位變化量進(jìn)行最小二乘擬合處理，再將擬合后的曲線同數(shù)據(jù)庫中的4種魚雷累積方位變化量曲線進(jìn)行比對(duì)，即可識(shí)別出來襲魚雷的制導(dǎo)方式。圖1為基于累積方位變化量的魚雷制導(dǎo)方式識(shí)別原理圖。

3 最小二乘擬合

在實(shí)際測(cè)量來襲魚雷的方位時(shí)，由于聲納測(cè)向誤差的影響，累積方位變化量肯定會(huì)呈現(xiàn)一定的波動(dòng)。為使累積方位變化量的變化規(guī)律更明顯，需進(jìn)行最小二乘擬合處理。

通過仿真發(fā)現(xiàn)，累積方位變化量隨累計(jì)時(shí)間的變化規(guī)律符合冪函數(shù)y=axb的變化規(guī)律，因此，可以用y=axb對(duì)累積方位變化量進(jìn)行最小二乘擬合，擬合之后將得到累積方位變化量隨累積時(shí)間變化的一條光滑的曲線，這有利于分析不同魚雷累積方位變化量之間的差異。

4 仿真分析

根據(jù)文獻(xiàn)［3］中的彈道模型，假定本艦對(duì)來襲魚雷的報(bào)警距離為7 km，自報(bào)警時(shí)刻起累積魚雷的方位變化，每10 s鐘測(cè)量一次來襲魚雷的方位，測(cè)向方位均方根誤差為1.5°，當(dāng)魚雷和本艦的距離為2 km時(shí)自導(dǎo)開啟，結(jié)束累積。取本艦速度Vm=18 kn，其航向Cm=180°，聲自導(dǎo)魚雷作用距離r=1 000 m，尾流自導(dǎo)魚雷的尾流長度按120 VW（m/s）取值，線導(dǎo)魚雷采用現(xiàn)在方位導(dǎo)引法導(dǎo)引，采樣間隔△t=10 s，發(fā)射魚雷時(shí)與本艦的距離DT=10 km，魚雷相對(duì)于本艦舷角在-180°～180°間隔10°取值，魚雷速度VT=50 kn。圖2給出了XW=90°時(shí)4種魚雷方位變化率隨雷艦距離的變化曲線。圖3給出了時(shí)聲自導(dǎo)魚雷、尾流自導(dǎo)魚雷和線導(dǎo)魚雷的累積方位變化量隨累積時(shí)間的變化曲線。

從圖3中可以看出：尾流自導(dǎo)魚雷累積方位變化量曲線始終位于聲自導(dǎo)魚雷之上，且上升得更快；線導(dǎo)魚雷累積方位變化量曲線變化比較平緩，起初位于聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)魚雷之上，隨著時(shí)間的推移，和它們的差距逐漸縮小甚至被超越。

對(duì)比圖2和圖3可知：經(jīng)過時(shí)間的積累，方位變化率中細(xì)微的差異放大了［4-5］。假定兩種魚雷的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)為累積方位變化量差異達(dá)到1.6°，可以得到不同舷角下將聲自導(dǎo)魚雷、尾流自導(dǎo)魚雷和線導(dǎo)魚雷兩兩區(qū)分時(shí)距離報(bào)警時(shí)刻的時(shí)間（見圖4）和此時(shí)魚雷和本艦之間的距離（見圖5）。

分析仿真結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

（1）線導(dǎo)魚雷和聲自導(dǎo)魚雷的識(shí)別時(shí)間最短，聲自導(dǎo)魚雷和尾流自導(dǎo)魚雷的識(shí)別時(shí)間最長。

（2）報(bào)警時(shí)魚雷若位于本艦艏艉附近，累積方位變化量方法失效，此時(shí)需用文獻(xiàn)［2］中的方法加以識(shí)別。

（3）報(bào)警時(shí)魚雷若位于本艦正橫附近，不同魚雷累積方位變化量的差異比較明顯，能在較遠(yuǎn)距離識(shí)別魚雷制導(dǎo)方式。

（4）無論報(bào)警時(shí)魚雷位于本艦的哪個(gè)舷角，線導(dǎo)魚雷和聲自導(dǎo)魚雷的累積方位變化量差異都最大，因而能在最遠(yuǎn)的距離識(shí)別，識(shí)別距離在4 000 m～ 6 000 m之間，識(shí)別時(shí)間為50 s～120 s。

（5）線導(dǎo)魚雷和尾流自導(dǎo)魚雷的累積方位變化量差異在40°～70°時(shí)很小，只能在2 000 m～3 000 m識(shí)別，識(shí)別時(shí)間為150 s～170 s。但在80°～120°時(shí)差異急劇增大，能在5 000 m～6 000 m處識(shí)別，識(shí)別時(shí)間為50 s～80 s。

（6）聲自導(dǎo)魚雷和尾流自導(dǎo)魚雷的識(shí)別距離在2 000 m～4 000 m之間，識(shí)別時(shí)間大于100 s。

（7）本文的方法可以作為文獻(xiàn)［2］的補(bǔ)充，聯(lián)合其中的13個(gè)證據(jù)指標(biāo)識(shí)別來襲魚雷的制導(dǎo)方式。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)文獻(xiàn)［3］的不足，引入了累積方位變化量，使得不同魚雷方位變化率中不明顯的差異被放大，具有實(shí)際意義。考慮到聲納實(shí)際測(cè)向誤差，對(duì)累積方位變化量做了最小二乘擬合處理。通過大量仿真可以建立魚雷累積方位變化量數(shù)據(jù)庫，與實(shí)際過程中來襲魚雷的累積方位變化量比對(duì)從而識(shí)別魚雷制導(dǎo)方式。最后估計(jì)了將魚雷兩兩區(qū)分時(shí)魚雷和本艦的距離和區(qū)分時(shí)間，為水面艦艇的魚雷防御提供了有益參考。但是文中只是構(gòu)建了累積方位變化量數(shù)據(jù)庫，來襲魚雷累積方位變化量采用何種算法與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)以及如何聯(lián)合文獻(xiàn)［2］中的13個(gè)證據(jù)指標(biāo)以縮短識(shí)別時(shí)間、提高識(shí)別可信度，都是下一步研究中需要解決的問題。

［1］黃鑫，馬曲立，曹陽.水面艦艇魚雷防御系統(tǒng)近期發(fā)展趨［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2011，50（2）:10-14.

［2］陳顏輝，趙曉哲，黃文斌.潛射魚雷類型識(shí)別系統(tǒng)建模與數(shù)值仿真［J］.彈道學(xué)報(bào)，2007，19（4）:82-85.

［3］余躍，孫振新，陳顏輝，等.基于來襲魚雷方位變化率的制導(dǎo)類型識(shí)別技術(shù)［J］.指揮控制與仿真，2014，36（4）: 114-117.

［4］劉勝，張紅梅.最優(yōu)估計(jì)理論［M］.北京:科學(xué)出版社，2011.

［5］呂英，孫越林，聶凱.基于同時(shí)到達(dá)目標(biāo)準(zhǔn)則的線導(dǎo)魚雷協(xié)同攻擊方法［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2014，34（10）：33-35.

Guidance Type Identification Based on Cumulative Azimuth Variation of Incoming Torpedo

YU Yue1，SUN Zhen-xin1，CHEN Yan-hui1，2
（1.Jiangsu Automation Research Institute，Lianyungang 222061，China；2.Unit 92330 of PLA，Qingdao 266102，China）

To recognize the guidance type of incoming torpedo exactly is one of significant problems in surface ship's defense action.Introducing cumulative azimuth variation of incoming torpedo，accumulating the azimuth variation from torpedo alert to homing boot，the cumulative azimuth variation curves are obtained by least squares fitting.The cumulative azimuth variation database can be constructed through enormous simulation.Finally，the time and the distance between torpedo and ship in which acoustic homing torpedo，wake homing torpedo and wire-guided torpedo can be distinguished pairwise are estimated.The simulation results can provide helpful references for surface ship's defense towards incoming torpedo.

incoming torpedo，guidance type identification，cumulative azimuth variation，least squares fitting

TJ630；E917

A

1002-0640（2015）10-0087-03

2014-07-25

2014-10-10

余 躍（1990- ），男，湖北黃岡人，碩士研究生。研究方向：魚雷制導(dǎo)方式識(shí)別和魚雷防御。