魚(yú)雷航行姿態(tài)變化對(duì)三波束聲引信的干擾分析及其抑制方法

唐 波,譚思煒,張靜遠(yuǎn),吳笛霄

魚(yú)雷航行姿態(tài)變化對(duì)三波束聲引信的干擾分析及其抑制方法

唐 波,譚思煒*,張靜遠(yuǎn),吳笛霄

(海軍工程大學(xué) 兵器工程學(xué)院,湖北 武漢,430033)

針對(duì)魚(yú)雷航行姿態(tài)變化引起的聲引信測(cè)距干擾問(wèn)題,從三波束聲引信和干擾產(chǎn)生的基本原理出發(fā),采用歐拉旋轉(zhuǎn)定理對(duì)波束向量進(jìn)行空間變換,分析了存在航行姿態(tài)變化時(shí)的聲引信各波束測(cè)距誤差; 在獲取航行姿態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,將航行姿態(tài)數(shù)據(jù)引入到干擾存在條件下的引信測(cè)距算法,推導(dǎo)了消除魚(yú)雷航行姿態(tài)變化引起的聲引信測(cè)距干擾方法。仿真試驗(yàn)表明,該方法可有效抑制魚(yú)雷航行姿態(tài)變化引起的聲引信測(cè)距干擾。

魚(yú)雷; 聲引信; 干擾; 抑制; 航行姿態(tài)

0 引言

魚(yú)雷非觸發(fā)引信主要包括磁引信、電磁引信和聲引信。其中,磁引信是最早出現(xiàn)的一種非觸發(fā)引信,二戰(zhàn)時(shí)期就已經(jīng)在魚(yú)雷武器上得到了應(yīng)用,如德國(guó)的Pi-1型引信,前蘇聯(lián)的HNB-36、HNB-53型引信等。但磁引信由于作用距離、抗干擾性等因素,應(yīng)用越來(lái)越少。目前應(yīng)用較多的為主動(dòng)電磁引信,其通過(guò)主動(dòng)的輻射電磁場(chǎng),即接收目標(biāo)散射的電磁場(chǎng)來(lái)判斷目標(biāo)的有無(wú),是一種比較可靠的水下目標(biāo)探測(cè)手段。但由于電磁波在水下衰減嚴(yán)重以及近場(chǎng)的問(wèn)題,使得電磁引信的作用距離非常有限,并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)距。聲引信作為一種魚(yú)雷非觸發(fā)引信,由于具有作用距離遠(yuǎn),抗干擾性能強(qiáng)以及可準(zhǔn)確測(cè)距等諸多優(yōu)勢(shì),引起了越來(lái)越多的重視,各國(guó)都展開(kāi)了大量研究,瑞典、意大利等國(guó)已經(jīng)將聲引信裝配于其生產(chǎn)的魚(yú)雷,如意大利的A184,瑞典的TP2000等[1-2]。

聲引信不但可以應(yīng)用于反潛魚(yú)雷,也可以應(yīng)用于反艦魚(yú)雷[3]。在反艦魚(yú)雷的應(yīng)用中,由于魚(yú)雷航行姿態(tài)變化,聲信號(hào)傳播的聲程也隨之發(fā)生變化,導(dǎo)致在聲引信測(cè)距中存在干擾,增加了目標(biāo)檢測(cè)的虛警概率[4]。

針對(duì)該問(wèn)題,文中提出將魚(yú)雷航行姿態(tài)數(shù)據(jù)引入到目標(biāo)距離解算中,用以抑制魚(yú)雷航行姿態(tài)變化產(chǎn)生的干擾。

1 三波束聲引信基本原理

圖1 波束分布示意圖

對(duì)于無(wú)限大平面目標(biāo)來(lái)說(shuō),回波信號(hào)可以分別表示為

理想狀態(tài)下

通過(guò)對(duì)式(8)解算得到的目標(biāo)距離變化判斷,可以確定是否與目標(biāo)相遇。

2 魚(yú)雷航行姿態(tài)干擾分析

圖2 空間坐標(biāo)系與魚(yú)雷坐標(biāo)系示意圖

其中

可得三波束回波信號(hào)的時(shí)延分別為

1.2.3 培訓(xùn)方式 ①基本操作技能培訓(xùn):按計(jì)劃每個(gè)月集中培訓(xùn)1項(xiàng)操作，主要采取帶教老師赴上級(jí)醫(yī)院觀摩培訓(xùn)的方式，組織護(hù)士觀看操作視頻，老師操作演示，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，護(hù)士分組進(jìn)行訓(xùn)練。②社區(qū)護(hù)理服務(wù)培訓(xùn):主要包括健康人群與高危人群的健康管理，社區(qū)居家護(hù)理，急、危重病人的院前急救與轉(zhuǎn)診，社區(qū)傳染性疾病的護(hù)理及消毒隔離指導(dǎo)，健康教育指導(dǎo)及如何建立健康信息檔案等。③院前急救培訓(xùn):重點(diǎn)對(duì)門診及社區(qū)站點(diǎn)護(hù)士，每個(gè)月1次進(jìn)行心肺復(fù)蘇、簡(jiǎn)易呼吸機(jī)操作訓(xùn)練、綠色通道及猝死急救演練等，熟練掌握及時(shí)轉(zhuǎn)診的流程。

將式(9)、式(10)和式(12)代入式(13)～式(15)可得

假設(shè)分別只存在

圖3 只有振動(dòng)時(shí)各波束距離變化

圖4 只有俯仰角變化時(shí)各波束距離變化

圖5 只有橫滾角變化時(shí)各波束距離變化

從圖3～圖5可以看出,雷體振動(dòng)、俯仰角變化和橫滾角變化都會(huì)對(duì)聲引信目標(biāo)距離的探測(cè)產(chǎn)生影響。

圖3中振動(dòng)對(duì)于聲引信測(cè)距帶來(lái)的最大誤差分別為左波束0.38 m,中波束0.38 m,右波束0.38 m; 圖4中俯仰角變化對(duì)于聲引信測(cè)距帶來(lái)的最大誤差分別為左波束0.08 m,中波束0.08 m,右波束0.08 m; 圖5中橫滾角變化對(duì)于聲引信測(cè)距帶來(lái)的最大誤差分別為左波束0.62 m,中波束: 0.76 m,右波束0.62 m。

由以上分析可知,由于航行姿態(tài)變化導(dǎo)致聲引信測(cè)距產(chǎn)生誤差,因此影響聲引信目標(biāo)檢測(cè)中的虛警概率。雖然圖4中俯仰角變化導(dǎo)致的測(cè)距誤差較小,但考慮魚(yú)雷水下航行中存在深度調(diào)整過(guò)程,此時(shí)俯仰角變化較大,由此帶來(lái)的聲引信測(cè)距誤差也將急劇增大,因此俯仰角變化導(dǎo)致的測(cè)距誤差也應(yīng)該考慮。

3 魚(yú)雷航行姿態(tài)干擾抑制方法分析

由上文分析可知,產(chǎn)生干擾的主要原因是實(shí)際的回波延時(shí)為式(16)～式(18),而采用了式(8)的距離解算方式。因此為了消除魚(yú)雷航行姿態(tài)變化產(chǎn)生的引信目標(biāo)探測(cè)距離干擾,需要對(duì)式(16)～式(18)采用新的解算方式。

對(duì)式(16)～式(18)化簡(jiǎn)并進(jìn)行等式變換可得

圖6 干擾存在時(shí)各波束距離變化

由圖7可以看出,當(dāng)魚(yú)雷航行姿態(tài)發(fā)生變化時(shí),采用式(22)～式(24)計(jì)算聲引信各波束對(duì)應(yīng)的目標(biāo)距離,可有效消除魚(yú)雷航行姿態(tài)變化帶來(lái)的干擾。

圖7 干擾消除時(shí)各波束距離變化

其他條件不變,則由式(22)～式(24)計(jì)算出的各波束對(duì)應(yīng)的目標(biāo)距離如圖8所示。

圖8 隨機(jī)噪聲存在時(shí)各波束距離變化

由圖8可以看出,各波束測(cè)距的結(jié)果為伴有隨機(jī)噪聲的直線,但噪聲的幅度非常小,僅為0.01 m左右,在實(shí)際應(yīng)用中可以忽略,因此可以認(rèn)為在實(shí)際工程中,該算法是有效可行的。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)魚(yú)雷航行姿態(tài)變化對(duì)三波束聲引信測(cè)距干擾的問(wèn)題,從三波束聲引信測(cè)距和干擾產(chǎn)生的基本原理出發(fā),采用數(shù)學(xué)方法分析了干擾產(chǎn)生的原因,提出了將魚(yú)雷航行姿態(tài)參數(shù)引入測(cè)距計(jì)算的干擾抑制算法,仿真結(jié)果表明,該算法可有效抑制魚(yú)雷航行姿態(tài)變化引起的三波束聲引信測(cè)距干擾,同時(shí)對(duì)于航行姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)中的隨機(jī)噪聲也具有適應(yīng)性。

該算法對(duì)魚(yú)雷聲引信的抗干擾研究以及裝備研制均具有重要的參考價(jià)值。下一步將針對(duì)該算法開(kāi)展工程化實(shí)踐,以驗(yàn)證該方法在裝備中的適應(yīng)性。

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Analysis on Interference of Torpedo Navigation Attitude of Acoustic Fuze with Three Beams and Its Suppressing Method

,*,,

(College of weaponry Engineering,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China)

In terms of ranging interference of an acoustic fuze due to torpedo navigation attitude changing,based on the basic principles of three-beam acoustic fuzes and interference generation,this paper applies Euler rotation theorem to spatial transformation of the beam vector and analyzes the ranging error of each beam with torpedo navigation attitude changing. Based on the acquisition of the navigation attitude data,a method is proposed to eliminate the ranging error of the acoustic fuze caused by the variation in the torpedo navigation attitude. These data are introduced into a fuze-ranging algorithm considering interference. A simulation test shows that the proposed method can effectively suppress the interference caused by the change in the torpedo navigation attitude.

torpedo; acoustic fuze; interference; suppressing; navigation attitude

TJ630; TJ431.7

A

2096-3920(2021)04-0415-05

10.11993/j.issn.2096-3920.2021.04.007

唐波,譚思煒,張靜遠(yuǎn),等. 魚(yú)雷航行姿態(tài)變化對(duì)三波束聲引信的干擾分析及其抑制方法[J]. 水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào),2021,29(4): 415-419.

2020-06-02;

2020-09-09.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(11602300); 國(guó)防十三五預(yù)研基金項(xiàng)目資助(3020601030302).

通信作者簡(jiǎn)介:譚思煒(1985-),男,講師,主要研究方向?yàn)樗履繕?biāo)探測(cè)與識(shí)別.

(責(zé)任編輯: 許 妍)