一種改進的線導+尾流自導魚雷導引方法

野學范，朱偉良，張靖康，許兆鵬

（海軍潛艇學院，山東 青島 266042）

一種改進的線導+尾流自導魚雷導引方法

野學范，朱偉良，張靖康，許兆鵬

（海軍潛艇學院，山東 青島 266042）

線導＋尾流自導魚雷傳統(tǒng)的導引算法均依賴目標運動要素，目標運動要素誤差將會導致魚雷進入尾流點的偏差，從而降低了魚雷自導裝置捕獲目標尾流的概率。在過去方位導引法基礎上根據(jù)瞄點和目標尾流特性對過去方位進行一定的修正，從而對線導＋尾流自導魚雷實施導引，無論有無目標運動要素，也無論目標如何機動規(guī)避，只需連續(xù)測得目標方位，就能將魚雷準確地導入目標尾流的期望位置。

線導魚雷，尾流自導魚雷，導引方法

0 引言

線導魚雷攻擊通常是在沒有目標運動要素情況下進行的，魚雷一經(jīng)發(fā)射，潛艇魚雷攻擊的成敗完全取決于艇上武器系統(tǒng)能否有效地對魚雷實施導引［1］。因此，創(chuàng)造線導魚雷導引的條件，選擇合適的導引方法對魚雷實施導引，保證魚雷的自導裝置能有效地發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標，并以確定的命中點進入目標尾流是線導魚雷導引過程中魚雷武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)使用者的主要任務。為此，本文在分析傳統(tǒng)導引方法的基礎上，研究了線導加尾流自導魚雷攻擊過程中過去方位法的導引問題。

1 傳統(tǒng)導引方法

對線導＋尾流自導魚雷導引的傳統(tǒng)方法有固定滯后角導引法、固定滯后距離導引法和滯后進入尾流時間導引法。

1.1 固定滯后角導引法

所謂固定滯后角導引法是指系統(tǒng)控制將魚雷導引到當前目標方位滯后一個固定角度的方向上，最終期望魚雷進入目標尾流［2］。采用固定滯后角導引最終魚雷進入尾流的距離大小與目標距離的遠近以及目標舷角的大小有關。由于目標距離和目標舷角的不確定性，就會導致魚雷進入尾流的距離不確定。

例如：當目標舷角一定而實際目標距離比預估目標距離遠時，則實際進入距離就比預定進入距離大；反之，實際進入距離就比預定進入距離小。同樣，當魚雷進入目標尾流時的目標舷角不同，從而導致實際進入距離與預定進入距離的偏差也很大。可見，在沒有目標運動要素的情況下，使用固定滯后角導引法無法掌握魚雷進入目標尾流的位置，因此，這種導引方法沒有實用價值。

1.2 固定滯后距離導引法

固定滯后距離導引法也稱保持距離導引法，它是在現(xiàn)在方位導引法的基礎上，將魚雷導引點始終偏后于當前方位線一個固定的距離上，直到將魚雷導入目標尾流中［3］。

這種導引方法與固定滯后角法導引相比，它克服了因目標距離誤差導致魚雷進入距離的偏差，但魚雷進入距離仍然受到目標舷角大小影響。同時，由于固定滯后距離是根據(jù)估計目標速度確定的，因此，目標速度誤差也會導致魚雷進入距離的偏差。

1.3 滯后進入尾流時間導引法

滯后進入尾流時間導引法原理上與線導＋聲自導魚雷的現(xiàn)在方位導引法類似，其導引的質(zhì)點不是魚雷本身，而是在離魚雷前方一定的距離上，即魚雷到達當前引導點還需一段“滯后時間”［4］。當將魚雷前方的導引點導引到與目標位置點重合時，魚雷離目標還有一段距離。當魚雷到達該導引點，即進入目標尾流時，目標已經(jīng)前移了一段距離?？梢?，這段距離就是尾流自導魚雷的進入距離。因此，滯后進入尾流時間就是上述目標前移距離所用的時間，即預定的進入距離與估計目標速度之比。

從以上分析可知，滯后進入時間導引法較前兩種導引法具有明顯的優(yōu)點，它克服了目標距離誤差和舷角誤差對魚雷進入距離的影響，但由于滯后進入時間的計算有賴于目標速度的大小，當目標速度有誤差時同樣會導致魚雷進入距離的誤差。如估計目標速度為18 kn，預定進入距離為900 m，即滯后進入時間約100 s。如果實際目標速度24 kn（誤差為6 kn），則實際魚雷進入距離為1 200 m，其誤差為300 m。

2 過去方位導引法的基本思路

所謂過去方位導引法是指系統(tǒng)控制將魚雷導引到某一固定時間之前的目標方位線上，直至魚雷進入目標尾流。

在三級海況條件下，尾流保持時間約為180 s，即目標經(jīng)過180 s后魚雷自導裝置仍能有效地檢測到尾流。如果測得一個目標方位，并假定潛艇不動，則經(jīng)過180 s后，該目標方位就是當前尾流終點的方位。換句話說，180 s之前的目標方位就是當前尾流終點的方位。如果取尾流中點作為魚雷進入點，在不考慮潛艇位移的影響時，該點無疑就是90 s之前的目標方位。如果系統(tǒng)控制始終將魚雷導引到90 s之前的目標方位線上，即可準確地將魚雷導入到目標尾流的中點，而且進入點的準確性與目標距離的遠近、目標舷角的大小以及目標速度的高低無關。

為了便于理解，假定導引間隔時間等于固定滯后時間，則前一條方位線就是固定滯后時間的過去方位線，即系統(tǒng)試圖將魚雷導引到前一條方位線上。由此可見，過去方位導引法不同于固定滯后角法，其導引點方向的滯后角隨目標位變率不同而改變，即隨目標距離、目標舷角和目標速度不同而變化，但導引點方位始終指向魚雷預定進入點。

3 進入點選擇及過去時間取值

目標尾流長度主要取決于海況和目標速度，而海況決定于尾流保持時間的長短。通常當海況為三級時有效尾流長度Lw＝180Vm。

在海況一定條件下，如果已知目標速度，即可求得目標尾流長度，并按預定進入距離Dw確定魚雷進入尾流的具體位置，進而求得進入點方位（過去方位）相對當前目標方位的滯后時間tb=Dw/Vm，只要利用過去時間tb前的目標方位導引即可將魚雷導入到預定進入距離上。

如果未知目標速度或估計目標速度不準確時，則過去時間就無法確定，即難以得到準確的導引方位。為此，考慮進入點在尾流總長度的相對位置指定進入距離，即Dw＝kLw，則過去時間tb＝ktw。由此可見，過去時間取值與目標速度無關，只要選擇適當?shù)南禂?shù)k（0≤k≤1），就可以保證魚雷從尾流適當位置進入。

當使用尾流自導魚雷對水面目標攻擊時，魚雷進入點選擇的一般原則，一是為提高魚雷進入目標尾流的概率，通常進入點取在尾流中點附近為宜；二是保證魚雷進入尾流并待追蹤彈道趨于穩(wěn)定后追上目標，以防止魚雷蛇形彈道幅度過大而從目標前方跨過，要求進入點離目標的距離不小于一定數(shù)值；三是為了減小魚雷追蹤航程的損耗，進入距離盡量小

些［5］。

由于利用過去方位法對線導＋尾流自導魚雷導引不依賴于目標運動要素，并能準確地將魚雷導入目標尾流。因此，在選擇魚雷進入點時只需重點考慮后兩個問題，即在保證進入距離不小于一定數(shù)值的條件下，使進入點盡量靠近目標。

假設目標射距20鏈，目標航向80°，潛艇航向270°，潛艇速度4 kn，魚雷速度45 kn，初始目標舷角20°，取目標速度范圍［8 kn，32 kn］，步長5 kn，設定發(fā)現(xiàn)概率0.9，在三級、五級海況下分別進行仿真，可以得出系數(shù)k的取值規(guī)律如圖1所示。

由仿真結果可以得出過去時間值設定的基本規(guī)則：

（1）如果未知目標速度，可取過去時間值tb= 0.5tw，以保證魚雷從目標尾流中點進入。

（2）如果能概略估計目標速度，對低速目標瞄點取尾流中點，則tb=0.5tw；中速目標（Vm＝16 kn～24 kn）取tb=0.4tw；高速目標（Vm＞24 kn）取tb=0.3tw。

（3）當已知或能估計目標速度時，可根據(jù)目標速度大小及海況確定進入距離Dw，進而求得過去時間。

4 過去方位的修正

從以上分析可知，過去方位導引法對線導＋尾流自導魚雷導引的實質(zhì)就是指定進入點的現(xiàn)在方位導引。如果能準確地求得進入點的方位，就可以將魚雷準確地導引到指定進入點的尾流中。假定潛艇沒有位移的條件下，過去時間tb的目標方位就是對應指定進入點的當前方位。但在魚雷導引過程中，潛艇需要機動，由于在過去時間tb潛艇的機動位移，使得過去方位與指定進入點的當前方位不一致，因此，應對過去方位加以修正。

如圖2所示，在過去tb時刻，潛艇位于Wi-1點，目標位于Wi-1點，測得目標方位Fi-1。而當前潛艇位于Wi點，目標位于Mi點，測得目標方位Fi，MiMi－1為期望進入距離。由于在過去時間tb內(nèi)潛艇的位移Wi-1Wi，過去方位Fi-1并非是當前期望進入點的方位。如果按該方位導引，將會使魚雷導入到C點，從而產(chǎn)生進入點偏差。為了準確地將魚雷導入到期望進入點，應求出當前期望進入點的方位Fbi，即對過去方位加以修正，其修正量就是因潛艇位移引起的期望進入點的方位變化量β。

因方位變化量與距離有關，但由于進入點的坐標無法確定，也就無法掌握潛艇到進入點的距離。在導引過程中，不妨用潛艇到魚雷的瞬時距離來代替潛艇至魚雷導引終點（即進入點）的距離。這樣做盡管在導引過程中由于距離誤差大而導致方位修正量大，但當魚雷實際進入尾流時，該距離就是潛艇到進入點的距離，因此，最終可以做到準確修正。

設當前潛艇坐標為Wi（xwi,ywi），過去tb的潛艇坐標為Wi-1（xwi－1,ywi－1），魚雷坐標為Li（xli,yli），則根據(jù)三點坐標值即可求得方位修正量β。計算步驟如下：

求魚雷位置點Li（xli,yli），至過去tb潛艇位置點Wi-1（xwi－1,ywi－1）的方位：

求魚雷位置點Li（xli,yli）至當前潛艇位置點Wi（xwi,ywi）的方位：

則方位修正量為：

因此，指定進入點的當前方位，即導引方位為：

只要始終將魚雷導引到上述方位線上，則最終就能將魚雷準確地導入到尾流的指定進入點，其進入距離為kLw。

5 導引參數(shù)計算

由于過去方位導引法對線導＋尾流自導魚雷導引參數(shù)計算原理與現(xiàn)在方位導引法類似，只需將當前目標方位Fi換成當前期望進入點的方位，即過去一段時間tb并經(jīng)修正后的方位Fbi。

如圖3所示，Wi（xwi,ywi）為潛艇當前位置點，Li（xli,yli）為魚雷當前位置點，經(jīng)過一個導引間隔Δt后期望將魚雷導引到過去方位線Fbi上，其魚雷航程為△Sl=VlΔt。圖中Fli、Dli為當前潛艇到魚雷的方位和距離；Fbi為采用的過去方位（已修正潛艇位移的影響），即潛艇到導引點的方位，通過ΔWiLiLi+1可求得潛艇到導引點的距離Dli+1：

在一定導引間隔中魚雷以既定速度到達過去方位線Fbi上有兩種可能，一是遠離發(fā)射艇向目標靠攏；二是向發(fā)射艇接近。顯然只能選擇前者，即導引點距離大的值。則潛艇到導引點的距離為：

進而可求得導引點 Li+1的坐標值（xl+1,yl+1）：

再根據(jù)當前魚雷位置點Li和導引點Li+1的坐標值即可求得魚雷的導引航向Hli＋1，

利用過去方位對線導＋尾流自導魚雷導引過程中，只要控制魚雷轉(zhuǎn)到上述導引航向上，即可始終將魚雷導引到指定進入點的當前方位上，直到進入目標尾流。

6 工程化分析

該方法是對過去方位導引法的改進，可以在無目標運動要素情況下將魚雷準確導入目標尾流期望位置，在工程上易于實現(xiàn)，但仍需注意以下問題。

（1）為獲得理想的魚雷導引航向，系統(tǒng)應設定適宜的導引時間間隔［6］。一般而言時間間隔以短些為宜，然而過短可能會無法確定魚雷導引航向。因此，系統(tǒng)應設置“長”、“短”兩種時間間隔以滿足系統(tǒng)計算及導引控制的需要，并根據(jù)實際情況選用其中一種或適時切換控制。

（2）導引期間，魚雷會進行多次變速，且實際變速是一個漸變的過程。為便于研究，該模型對此進行了簡化處理，這與實際相比會有一定的誤差，在工程化實現(xiàn)時應加以完善。

7 結束語

由于過去方位導引法對線導＋尾流自導魚雷導引的實質(zhì)就是指定進入點的現(xiàn)在方位導引，只要能準確地求得指定進入點的現(xiàn)在方位，不管有無測得目標運動要素，都能將魚雷準確地導入到指定進入點。即使在導引過程中目標進行規(guī)避機動，由于過去方位已被記錄，且目標經(jīng)過的尾流仍然存在，因此，不管目標如何機動，終究能將魚雷導入到指定尾流進入點。綜上所述，這種導引方法不僅不依賴于目標運動要素，還可對機動目標實施導引控制，是一種行之有效的導引方法，且在工程上易于實現(xiàn)。

［1］李本昌，劉振峰.尾流自導魚雷及其射擊控制的關鍵技術［J］.火力與指揮控制，2002，27（增刊）：90-92.

［2］艾東.線導+尾流自導魚雷導引方法應用探討［J］.指揮控制與仿真，2010，32（4）：47-48.

［3］李本昌，楊海濤.線導加尾流自導魚雷保持距離導引法［J］.火力與指揮控制，2004，24(2)：65-67.

［4］宋明玉.基于模糊控制的線導魚雷組合導引方法［J］.魚雷技術，2008，16（3）：51-55.

［5］羅迪,李本昌，衡輝.尾流自導魚雷瞄點優(yōu)化方法［J］.魚雷技術，2009，17（5）：77-80.

［6］顏士坤,楊大偉，楊光.線導魚雷的方位導引模型及工程化研究［J］.指揮控制與仿真，2009，31（8）：51-53.

An Improved Guidance Method for Wire-guided+Wake-homing Torpedo

YE Xue-fan，ZHU Wei-liang，ZHANG Jing-kang，XU Zhao-peng
（Navy Submarine Academy，Qingdao 266042，China）

All traditional guidance methods for wire-guided+wake-homing torpedo depend on target motion parameter.Target motion parameter error has direct influence on the position error of entering wake，consequently the probability of a wire guiding torpedo capturing targetl falls.Based on past-bearings guidance method，past-bearings is modified according to aiming point and target wake trait,guide wire-guided+wake-homing torpedo accordingly.Whether target motion parameter is getted or not,and whether target eludes or not，torpedo can be guided to expectant position only by continuous bearings.

wire-guided torpedo，wake-homing torpedo，guidance methods

TJ630.1

A

1002-0640（2015）09-0172-04

2014-07-05

2014-08-27

野學范（1977- ），男，江蘇南通人，碩士，講師。研究方向：潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)及武器運用。