目標對抗條件下自導+線導魚雷連射方法

王順杰，丁文強，朱偉良

（海軍潛艇學院，山東 青島 266199）

0 引言

潛艇連射是指在一次攻擊過程中，對一批目標實施一次魚雷射擊后，在較短時間內(nèi)對同一目標實施再次或多次魚雷射擊；或者，在對一批目標實施一次魚雷射擊后，在較短時間內(nèi)轉(zhuǎn)移火力對另一目標進行魚雷射擊的作戰(zhàn)樣式［1-2］。當實施第一次魚雷射擊后，目標很可能采取水聲對抗+機動的對抗措施來規(guī)避魚雷［3-9］，導致魚雷可能出現(xiàn)不能捕獲目標的情況，因此，單靠一次魚雷射擊難以達到預想的戰(zhàn)術(shù)目標。自導+線導魚雷連射是目標對抗條件下有效的攻擊方法，為提高魚雷連射作戰(zhàn)效能，本文重點對目標對抗條件下自導+線導魚雷連射過程中導引組合方式以及為了避免被動互導，魚雷射向、發(fā)射時間間隔等問題進行研究。

1 自導+線導連射組合方式

魚雷自導方式主要有尾流自導、主動聲自導和被動聲自導。當目標對抗時，如何進行制導方式的組合，主要還是要考慮目標的運動狀態(tài)，第1 次攻擊應按目標當前狀態(tài)選擇制導方式；第2 次攻擊應根據(jù)目標機動規(guī)避時可能的狀態(tài)選擇制導方式，以解決目標變速機動導致魚雷自導性能下降的問題。

表1 自導+線導魚雷連射組合方式

如表1 所示，當目標初始狀態(tài)為低速時，第1次射擊可采用主動聲自導方式，若目標高速規(guī)避，此時目標噪聲增大，因此，第2 次射擊從理論上講應采用線導+被動聲自導或線導+尾流自導方式。當目標初始狀態(tài)為中、高速時，第1 次射擊可采用尾流自導或被動聲自導方式，若目標高速規(guī)避，第2次射擊從理論上講應采用線導+被動聲自導或線導+尾流自導方式；若目標低速規(guī)避，第2 次射擊從理論上講應采用線導+主動聲自導方式。

在以上自導+ 線導魚雷連射組合方式中，當?shù)? 次射擊采用線導+被動聲自導或者由其他方法轉(zhuǎn)為線導+被動聲自導時，魚雷自導開機后，可能存在魚雷互導的問題，而采用尾流自導或者主動聲自導則不會出現(xiàn)互導的問題。雖然尾流自導和被動聲自導都可以用來攻擊中、高速目標，但尾流自導魚雷對目標舷別、進入角及進入點都有一定要求［10-11］，當攻擊機動的對抗目標時應首選被動聲自導。因此，被動互導是一個必須要關注的問題，解決被動互導可通過確定合理的射向與發(fā)射時間間隔來進行解決。

2 自導+線導連射模型及分析

2.1 本艇運動模型

假定發(fā)射第1 枚魚雷時刻為0 時刻，本艇位于原點，以速度Vw沿航向Cw進行直線運動，則本艇在任意t 時刻的位置為：

2.2 自導雷控制模型

通常情況下，第1 次射擊可按目標當前位置點或者尾流進入點作為瞄點進行組織。因此，按照現(xiàn)行的轉(zhuǎn)角射擊方程即可計算魚雷射擊參數(shù)。

例如單枚聲自導魚雷參數(shù)計算模型為［12］：

其中：

式中，Dg為射距；a 為觀測點與魚雷發(fā)射管口之間的距離；ST為魚雷航程；φω1為轉(zhuǎn)角提前角；θω1為轉(zhuǎn)角命中角；ω1為魚雷轉(zhuǎn)角；Qwg為我舷角；Qmg為敵舷角；A 為魚雷出管直航段；RT為魚雷旋回半徑；m 為速率比；R 為聲自導作用距離。

通過以上兩式可求解出魚雷轉(zhuǎn)角。

魚雷發(fā)現(xiàn)目標前的位置由出管直航段、執(zhí)行一次轉(zhuǎn)角段、直航搜索段組成。不同時刻魚雷的位置為：

魚雷發(fā)射后，以速度Vl1（t）沿航向Cl1（t）直線航行，直航搜索段任意時刻t 魚雷的位置為：

魚雷以角速度ω 執(zhí)行一次轉(zhuǎn)角時，任意時刻t的位置為：

魚雷旋回結(jié)束后開始直航，直航搜索段任意時刻t 魚雷的位置為：

2.3 線導雷控制模型

當?shù)? 次射擊后，經(jīng)過時間間隔T，發(fā)射線導魚雷，此時，本艇位于W（T）點。

2.3.1 初始導引方法選擇現(xiàn)在方位導引法

圖1 現(xiàn)在方位導引法示意圖

現(xiàn)在方位導引法［13-15］基本導引原理如圖1 所示，W（t）為本艇當前位置點，L2（t）為魚雷當前位置點，Bm（t）為目標方位，Bl2（t）為魚雷方位，經(jīng)過一個導引間隔Δt 后，期望將魚雷導引到現(xiàn)在方位線Bm（t）上，假設魚雷航向線與當前方位線的交點為L2（t+1）。當期望魚雷滯后目標方位距離Rc時，可令L2（t+1）- L2（t）=Sl2+Rc。

現(xiàn)在方位導引法的核心就是通過獲取目標方位，然后通過式（7）每一個周期計算一次φ 值：

式中，ΔB=Bm（t）-Bl2（t）；Sl2=Vl2·Δt；RLW為魚雷到本艇之間的距離。

再通過式（8）計算新的魚雷航向：

此時，經(jīng)過一個導引間隔Δt 后，線導魚雷的位置為：

式中，t ≥T，且L2（T）= W（T）。

2.3.2 初始導引方法選擇修正方位導引法

魚雷出管后首先執(zhí)行修正方位導引法，隨著魚雷遠離本艇系統(tǒng)將逐漸減小偏離角γ，其偏離角的計算公式為：

式中，Dl2魚雷航程；Dl20為修正導引距離；γ0為初始偏離角。

執(zhí)行修正方位導引時，每個導引周期魚雷航向為：

式中，ΔB=Bm（t）-Bl2（t）；Sl2=Vl2·Δt；RLW為魚雷到本艇之間的距離；

此時，經(jīng)過一個導引間隔Δt 后，線導魚雷的位置為：

式中，t ≥T，且L2（T）= W（T）。

當魚雷航程等于修正導引距離時，按式（9）現(xiàn)在方位導引法繼續(xù)導引魚雷。

2.4 判斷魚雷互導模型

被動聲自導魚雷靠其自導扇面來發(fā)現(xiàn)目標，因此，若判斷前雷已落入后雷自導扇面內(nèi)，即可判斷魚雷互導。假設魚雷對魚雷自導作用距離為R，自導扇面角為±，則可通過以下模型判斷是否發(fā)生互導：

當同時滿足以上兩式時，則魚雷互導。式中，前、后兩雷的相關參量可通過2.2 及2.3 中所給出的模型計算。

從線導魚雷導引控制模型可以看出，線導魚雷采用不同的初始導引方法決定了魚雷初始導引階段的航向。當采用修正方位導引時，由于魚雷出管后被向滯后目標方位一定角度的方位上修正，相當于使后雷接近前雷的速度有一定速度損失，因此，直接采用現(xiàn)在方位導引法進行初始導引要比采用修正方位導引法進行初始導引更容易滿足式（10）；而采用修正方位導引法進行初始導引后系統(tǒng)要轉(zhuǎn)為現(xiàn)在方位導引法將魚雷導向目標，因此，與直接采用現(xiàn)在方位導引法進行初始導引相比，兩者在滿足式（11）上沒有明顯的差別。因此，采用修正方位導引法進行初始導引有利于避免魚雷被動互導。

而從模型式（9）和式（12）中可以看出，發(fā)射時間間隔T 決定了線導魚雷的初始位置，在本艇速度明顯小于魚雷速度的情況下，間隔時間越長，第1枚魚雷距離本艇的距離越遠，顯然兩雷之間的距離就會越大。因此，增大發(fā)射時間間隔有利于避免魚雷被動互導。

3 自導+線導連射仿真及分析

仿真條件：假設本艇航向010°，速度4 kn，目標方位050°，目標航向200°，目標初始速度分別為16 kn，第1 次射擊采用被動聲自導魚雷，射距50 cab，目標魚雷報警后加速至24 kn，目標開始機動時雷目距離為4 000 m，目標同時進行變向機動（變向角速度2 °/s，加速度0.1kn/s），目標大角度轉(zhuǎn)向120°，兩雷發(fā)射間隔60 s，魚雷平均速度40 kn，魚雷對魚雷自導作用距離1 500 m，魚雷自導扇面±34°。

3.1 線導雷初始導引方法選擇修正方位導引法

圖2 發(fā)射間隔60 s 時前、后兩雷位置關系曲線圖

若第2 枚魚雷采用修正方位導引法進行初始導引，圖2 為兩雷發(fā)射間隔為60 s 時得到的前、后兩雷之間位置關系曲線圖，其中上圖為兩雷距離關系，下圖為前雷所處后雷扇面角度關系。從圖2 的上圖可以看出，當后雷執(zhí)行修正導引時，兩雷之間的距離緩慢增大；轉(zhuǎn)入現(xiàn)在方位導引后，兩雷之間的距離保持在1 500 m 左右，顯然，若后雷自導開始工作后，若兩雷位置關系同時滿足式（13）、式（14），則就會產(chǎn)生互導。以270 s 時兩雷位置關系為例，圖3 為此時后雷自導扇面捕獲到前雷示意圖。

圖3 發(fā)射間隔60 s 時后雷捕獲前雷示意圖

圖4 為兩雷發(fā)射間隔為70 s 時得到的前、后兩雷之間位置關系曲線圖，圖5 為兩雷發(fā)射間隔為80 s時得到的前、后兩雷之間位置關系曲線圖。

圖4 發(fā)射間隔70 s 時前、后兩雷位置關系曲線圖

圖5 發(fā)射間隔80 s 時前、后兩雷位置關系曲線圖

從圖4、圖5 中可以看到，當發(fā)射間隔在70 s 以上時，在仿真條件下，當后雷轉(zhuǎn)入現(xiàn)在方位導引并自導開機后，其與前雷的距離均大于對前雷的被動自導作用距離，因此，就不會產(chǎn)生互導。

3.2 線導雷初始導引方法選擇現(xiàn)在方位導引法

若第2 枚魚雷采用現(xiàn)在方位導引法進行初始導引，圖6 為兩雷發(fā)射間隔為70 s 時得到的前、后兩雷之間位置關系曲線圖。從圖6 的上圖可以看出，兩雷之間的距離始終小于1 500 m，從下圖可以看出，前雷基本上都處于后雷的扇面作用角度之內(nèi)，因此，當后雷自導開始工作后，兩雷位置關系就會同時滿足式（13）、式（14），進而會產(chǎn)生互導。同樣，以270 s 時兩雷位置關系為例，圖7 為此時后雷自導扇面捕獲到前雷示意圖。

圖6 發(fā)射間隔70 s 時前、后兩雷位置關系曲線圖

圖8 是兩雷發(fā)射間隔為80 s 時得到的前、后兩雷之間位置關系曲線圖，圖9 是兩雷發(fā)射間隔為90 s 時得到的前、后兩雷之間位置關系曲線圖。

圖8 發(fā)射間隔80 s 時前、后兩雷位置關系曲線圖

圖9 發(fā)射間隔90 s 時前、后兩雷位置關系曲線圖

通過以上仿真，比較圖4 與圖6 可以看出，在相同的發(fā)射時間間隔及魚雷自導作用距離條件下，當線導雷采用修正方位導引法進行初始導引時，將魚雷修正到偏離目標方位線一定角度上去，相當于使后雷接近前雷的速度有一定速度損失，在一定程度上可以降低兩雷被動互導的可能性。

當后雷采用修正方位導引法進行初始導引，采用70 s 以上的發(fā)射間隔；當后雷采用現(xiàn)在方位導引法進行初始導引，采用90 s 以上的發(fā)射間隔，基本上可以保證后雷不跟蹤前雷噪聲。

4 結(jié)論

本文主要對采用自導+線導魚雷在連射攻擊時魚雷組合方式，線導雷采用被動聲自導時的魚雷射向、發(fā)射時間間隔等問題進行了研究，通過分析，可以得到以下結(jié)論：

1）在相同的發(fā)射時間間隔及魚雷自導作用距離條件下，當線導雷采用修正方位導引法進行初始導引時，在一定程度上可以降低兩雷被動互導的可能性。

2）當后雷采用修正方位導引法進行初始導引，估計魚雷對魚雷自導作用距離1 500 m 時，采用70 s以上的發(fā)射間隔，基本上可以保證后雷不跟蹤前雷噪聲；當后雷采用現(xiàn)在方位導引法進行初始導引，估計魚雷對魚雷自導作用距離1 500 m 時，采用90 s以上的發(fā)射間隔，基本上可以保證后雷不跟蹤前雷噪聲。當然，若想進一步降低兩雷互導的可能性或者預估實際魚雷對魚雷自導作用距離更大，在實際使用時，可以適當?shù)卦龃蟀l(fā)射間隔時間。

另外，本文中假定兩雷平均速度相同，如果第2次射擊魚雷速度大于第1 次射擊魚雷速度，則兩雷間距必然會越來越小，此時應適當增大兩雷發(fā)射時間間隔，該問題在后續(xù)的研究中將進一步探討。