CN116147432B - 一种鱼雷单雷二次转向射击方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鱼雷单雷二次转向射击方法，属于反潜武器装备技术及运用领域，其特征是基于快速接敌原则和满足目标多普勒速度要求，提出鱼雷单雷二次转向射击方法，鱼雷按照最短时间接近到预定距离的方法执行一次航向进入可攻区后，执行二次航向搜索潜艇目标，使鱼雷在二次航向上搜索目标时满足目标多普勒速度要求，从而能够发现并捕获目标，有效解决了单雷射击时由于目标多普勒速度限制导致部分射击阵位无法检测到目标的问题。
Description
技术领域
本发明属于反潜武器装备技术及运用领域，涉及到一种鱼雷单雷二次转向射击方法，特别是涉及基于快速接敌原则和有效检测目标前提下确定鱼雷单雷二次转向射击方案，提出鱼雷两次转角航向和转向时机的计算方法。
背景技术
传统舰载反潜鱼雷单雷射击时一般采用一次转向方案，即：鱼雷发射入水后经过一次转向进入搜索航向，自导系统开机搜索目标。鱼雷搜索航向一般基于相遇原理采用形心法进行解算。由于一次转向方案只涉及鱼雷一次转向，搜索航向计算方法较简单，实现较容易，但也存在着明显的缺陷：当鱼雷发射阵位位于潜艇正横附近时，存在目标多普勒速度不满足鱼雷自导检测要求的情况，会导致鱼雷不能检测并发现目标，进而影响鱼雷武器攻潜效果。
为了解决以上问题，提高单雷在目标正横附近射击命中概率，《水下无人系统学报》2018年8月第26卷第4期第342至347页《声自导鱼雷二次转角作战使用方法》一文中提出了一种声自导鱼雷二次转角射击方式，建立了迎击和追击两种态势下的二次转角射击参数解算模型，通过鱼雷二次转向机动，使其进入目标可攻舷角范围，满足鱼雷多普勒检测要求，从而有效提高了声自导鱼雷对目标发现概率。但文中提出的射击方法建立在鱼雷二次转向后直航距离已知的情况下，且未考虑鱼雷接敌快速性要求，不能保证鱼雷以最短时间发现并有效检测到目标。
为兼顾鱼雷攻潜快速性和多普勒检测要求，本发明提出一种鱼雷单雷二次转向射击方法，该方法不仅能够有效解决潜艇正横附近阵位无法有效检测目标的问题，还能够保证鱼雷接敌时间最短，从而降低潜艇对抗效果，切实提高声自导鱼雷对潜攻击能力。
发明内容
本发明的目的是提出一种鱼雷单雷二次转向射击方法，该方法能够有效解决一次转向方案不满足目标多普勒速度要求而无法有效发现目标的问题，并能提高鱼雷接敌快速性，减小敌潜艇机动对鱼雷攻击效果的影响。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术解决方案：
一种鱼雷单雷二次转向射击方法，包括7个步骤：确定可攻范围、可攻性判断、确定射击方案、计算射击参数、再次可攻性判断、调整射击位置、优化射击参数。
所述鱼雷单雷二次转向射击方法的具体工作流程为：
步骤101、根据潜艇航速、鱼雷自导检测阈确定鱼雷可攻舷角范围，计算可攻区域边界敌舷角。
步骤102、根据射击初始阵位判断鱼雷发射阵位是否处于可攻区，若处于可攻区，直接采用单雷一次转向射击方法，若处于非可攻区，采用单雷二次转向射击方法。
步骤103、按照快速接敌原则和目标多普勒速度要求，确定鱼雷单雷二次转向射击方案。
步骤104、按照最短时间与潜艇接近到鱼雷自导作用距离的要求，计算鱼雷一次航向和在一次航向上航行的最短时间。
步骤105、根据鱼雷初始位置、一次航向和一次航向航行时间，计算鱼雷转向位置，基于此时可攻区范围，再次进行鱼雷可攻性判断。
步骤106、若鱼雷转向位置处于可攻区内，计算鱼雷二次航向；若鱼雷转向位置处于非可攻区内，按照满足目标多普勒速度要求和接敌时间较短原则，调整转向点位置至相邻的可攻区边界点。
步骤107、基于新的转向点位置，根据相遇原理，重新计算一次航向、二次航向和一次航向航行时间。
本发明的效果和益处是通过单雷二次转向射击方案设计，有效解决了在潜艇正横附近阵位射击时鱼雷不能检测到目标的问题，丰富了鱼雷攻潜弹道形式，优化了鱼雷单雷射击弹道参数，确保了鱼雷快速接近潜艇的同时有效检测目标。仿真实验表明该方法具有较高的命中概率，提高了鱼雷攻潜的快速性和灵活性，可以用于鱼雷攻潜弹道优化设计和反潜火控系统射击参数解算，能够有效解决部队鱼雷攻潜作战实际问题，在军事领域有广阔的应用前景。
附图说明
图1是单雷二次转向射击方案流程图。
图2是鱼雷可攻区域示意图。
图3是单雷二次转向射击原理图。
图4是转向位置调整示意图。
图5是调整转向位置后单雷二次转向射击原理图。
具体实施方式
一种鱼雷单雷二次转向射击方法，发明的主要目的在于通过优化鱼雷弹道形式，解决舰艇在潜艇正横附近阵位实射鱼雷攻潜时，由于不能满足目标多普勒速度要求而无法检测发现目标的问题。本发明提出了一种鱼雷单雷二次转向射击方案，为解决鱼雷作战使用问题、提高鱼雷攻潜命中概率、优化鱼雷弹道提供了一条新思路。
如图1所示，本发明包括7个步骤：确定可攻范围、可攻性判断、确定射击方案、计算射击参数、再次可攻性判断、调整射击位置、优化射击参数。
下面结合附图，对本发明做进一步详述。
步骤101、根据潜艇航速、鱼雷自导检测阈确定鱼雷可攻舷角范围。
鱼雷自导系统一般通过设置陷波器的方式克服混响干扰，但同时也会导致目标多普勒速度小于鱼雷自导检测阈值DT时，鱼雷不能检测到目标的情况。目标多普勒速度Vrm与潜艇航速Vm和潜艇舷角Qm有关，其大小如式(1)所示
Vrm＝VmcosQm (1)
当|Vrm|≥DT时，目标多普勒速度满足鱼雷自导检测阈要求，可以检测到目标，由此可确定鱼雷可攻区域敌舷角范围为式(2)中边界舷角Qm_bj所夹的范围
步骤102、判断鱼雷发射阵位是否处于可攻区。
如图2所示，根据求解的可攻区域敌舷角范围确定鱼雷可攻区和不可攻区。若舰艇处于可攻区，可直接采用单雷一次转向射击的方式进行鱼雷攻击，若处于非可攻区，鱼雷发射后，由于不能满足目标多普勒速度要求，而导致不能有效检测目标。基于此，提出鱼雷二次转向射击方案，鱼雷执行一次航向后进入可攻区，保证鱼雷执行二次航向时满足目标多普勒速度要求，从而能够有效发现并捕获目标。
步骤103、确定鱼雷单雷二次转向射击方案。
如图3所示，采用单雷二次转向射击方案关键在于鱼雷一次航向CT1、二次航向CT2和转向时机的确定。通常情况下，为保证鱼雷接敌的快速性，减小潜艇机动对鱼雷攻潜效果的影响，应尽量缩短鱼雷攻击时间。因此，单雷二次转向射击方案应同时满足接敌快速性和目标多普勒速度要求，为此采用以下射击方案：鱼雷发射后，在一次航向CT1上以最短时间与潜艇接近到距离Da时，位T1点转入二次航向CT2搜索目标，考虑到鱼雷转入二次航向后，应能尽快发现目标，因此，距离Da应等于鱼雷自导作用距离RT，使鱼雷二次转向后潜艇即进入鱼雷自导搜索扇面，从而发现目标。
步骤104、按照最短时间与潜艇接近到距离Da的要求，确定鱼雷一次航向CT1和在一次航向上航行的最短时间tmin。
由图3所示的阵位关系，可得鱼雷从T0位置在一次航向上航行时间t至T1位置时，存在以下数学关系
式中：Cm为潜艇航向，VT为鱼雷航速，B0为发射时刻潜艇方位，D0为发射时刻潜艇距离。
根据以上关系式，需确定鱼雷一次航向CT1，使鱼雷一次航向上航行时间t最小，即在公式(3)约束条件下求最小航行时间tmin，采用拉格朗日乘数法求一定约束条件下的极值，构建拉格朗日函数如公式(4)所示
式中，λ表示拉格朗日乘数；
分别对CT1和t求一阶偏导数如公式(5)所示
根据公式(3)、(5)求得鱼雷在一次航向上航行的最短时间如公式(6)所示
鱼雷一次航向如公式(7)所示
对以上所求CT1按照象限进行地理坐标标准化后即可得到鱼雷一次航向。
步骤105、计算鱼雷转向位置T1，再次进行鱼雷可攻性判断。
如图3所示，鱼雷在一次航向上以最短时间航行至T1时，潜艇航行至M1，转向点T1的坐标如公式(8)所示
潜艇M1的坐标如公式(9)所示
此时鱼雷位潜艇方位如公式(10)所示
对以上所求Bm1按照象限进行地理坐标标准化后即可得到此时鱼雷位潜艇方位。
鱼雷位潜艇舷角如公式(11)所示
Qm1＝Bm1-Cm (11)
根据公式(2)判断此时潜艇舷角Qm1是否处于鱼雷可攻区域敌舷角范围内。
步骤106、若鱼雷转向位置处于可攻区内，计算鱼雷二次航向；若鱼雷转向位置处于非可攻区内，调整转向点位置。
若鱼雷转向点T1处于可攻区内，则鱼雷转向进入二次航向后，满足目标多普勒速度要求，可有效发现目标，鱼雷二次航向如公式(12)所示
CT2＝Bm1±180° (12)
如图4所示，若鱼雷转向点处于非可攻区内，调整转向点位置。调整的转向点位置应满足目标多普勒速度要求和接敌时间较短原则，由已知的仿真结果可知，调整的转向点位置距离原转向点位置越近，鱼雷接敌的时间越短，因此，可将鱼雷转向点T1调整至可攻区域边界与预定距离圆的交点处。
步骤107、基于新的转向点T1，根据相遇原理，重新计算一次航向CT1、二次航向CT2和一次航向航行时间t。
如图5所示，转向点调整后，鱼雷将与潜艇可攻区域边界相遇于T1，这实际上是运动目标的相遇问题，即：发射时刻鱼雷和可攻区域边界点分别位于T0和T1′，经过一次航向航行时间t后，两者相遇于T1。
新转向点T1在鱼雷发射时刻对应位置T1′坐标如公式(13)所示
鱼雷发射时刻位置T0坐标如公式(14)所示
发射时刻可攻区域边界点T1′位鱼雷方位B1如公式(15)所示
对以上所求B1按照象限进行地理坐标标准化后即可得到发射时可攻区域边界点位鱼雷方位。
发射时刻可攻区域边界点T1′与鱼雷距离D1如公式(16)所示
根据相遇三角形原理可得鱼雷一次航向如公式(17)所示
对以上所求CT1按照象限进行地理坐标标准化后即可得到鱼雷一次航向。
鱼雷一次航向上航行时间如公式(18)所示
鱼雷二次航向如公式(19)所示
CT2＝Cm+Qm_bj±180°(19)
通过以上计算模型即可求得鱼雷单雷二次转向射击参数：一次航向、一次航向时间和二次航向。
本发明的优点在于：通过采用二次转向射击方案和优化鱼雷弹道参数，在发射阵位不满足目标多普勒速度要求的情况下，依然能够实现对目标的有效检测，并能够确保鱼雷接敌时间最短，提高了攻击快速性和鱼雷命中概率。利用该方法，可以为鱼雷弹道设计、反潜火控系统射击参数解算和鱼雷武器作战使用提供理论支持和参考借鉴。
综上所述，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替代、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种鱼雷单雷二次转向射击方法，其特征在于，具体过程为：
步骤101、根据潜艇航速、鱼雷自导检测阈确定鱼雷可攻舷角范围，计算可攻区域边界敌舷角；
步骤102、根据射击初始阵位判断鱼雷发射阵位是否处于可攻区，若处于可攻区，直接采用单雷一次转向射击方法，若处于非可攻区，采用单雷二次转向射击方法；
步骤103、按照快速接敌原则和目标多普勒速度要求，确定鱼雷单雷二次转向射击方案；具体如下：
采用单雷二次转向射击方案关键在于鱼雷一次航向CT1、二次航向CT2和转向时机的确定；单雷二次转向采用以下射击方案：鱼雷发射后，在一次航向CT1上以最短时间与潜艇接近到距离Da时，位T1点转入二次航向CT2搜索目标，考虑到鱼雷转入二次航向后，应能尽快发现目标，因此，距离Da应等于鱼雷自导作用距离RT，使鱼雷二次转向后潜艇即进入鱼雷自导搜索扇面，从而发现目标；
步骤104、按照最短时间与潜艇接近到鱼雷自导作用距离的要求，计算鱼雷一次航向和在一次航向上航行的最短时间；
步骤105、根据鱼雷初始位置、一次航向和一次航向航行的最短时间，计算鱼雷转向位置，基于此时可攻区范围，再次进行鱼雷可攻性判断；
步骤106、若鱼雷转向位置处于可攻区内，计算鱼雷二次航向；若鱼雷转向位置处于非可攻区内，按照满足目标多普勒速度要求和接敌时间较短原则，调整转向点位置至相邻的可攻区边界点；
步骤107、基于新的转向点位置，根据相遇原理，重新计算一次航向、二次航向和一次航向航行的最短时间。
2.根据权利要求1所述的一种鱼雷单雷二次转向射击方法，其特征在于，所述的步骤101具体如下：
鱼雷自导系统通过设置陷波器的方式克服混响干扰，但同时也会导致目标多普勒速度小于鱼雷自导检测阈值DT时，鱼雷不能检测到目标的情况；目标多普勒速度Vrm与潜艇航速Vm和潜艇舷角Qm有关，其大小如式(1)所示
Vrm＝VmcosQm (1)
当|Vrm|≥DT时，目标多普勒速度满足鱼雷自导检测阈要求，可以检测到目标，由此可确定鱼雷可攻区域敌舷角范围为式(2)中边界舷角Qm_bj所夹的范围
3.根据权利要求2所述的一种鱼雷单雷二次转向射击方法，其特征在于，所述的步骤104：按照最短时间与潜艇接近到距离Da的要求，确定鱼雷一次航向CT1和在一次航向上航行的最短时间tmin，具体如下：
鱼雷从T0位置在一次航向上航行时间t至T1位置时，存在以下数学关系
式中：Cm为潜艇航向，VT为鱼雷航速，B0为发射时刻潜艇方位，D0为发射时刻潜艇距离；
根据以上关系式，需确定鱼雷一次航向CT1，使鱼雷一次航向上航行时间t最小，即在公式(3)约束条件下求最小航行时间tmin，采用拉格朗日乘数法求一定约束条件下的极值，构建拉格朗日函数如公式(4)所示
式中，λ表示拉格朗日乘数；
分别对CT1和t求一阶偏导数如公式(5)所示
根据公式(3)、(5)求得鱼雷在一次航向上航行的最短时间如公式(6)所示
鱼雷一次航向如公式(7)所示
对以上所求CT1按照象限进行地理坐标标准化后即可得到鱼雷一次航向。
4.根据权利要求3所述的一种鱼雷单雷二次转向射击方法，其特征在于，所述的步骤105具体如下：
鱼雷在一次航向上以最短时间航行至T1时，潜艇航行至M1，转向点T1的坐标如公式(8)所示
潜艇M1的坐标如公式(9)所示
此时鱼雷位潜艇方位如公式(10)所示
对以上所求Bm1按照象限进行地理坐标标准化后即可得到此时鱼雷位潜艇方位；
鱼雷位潜艇舷角如公式(11)所示
Qm1＝Bm1-Cm(11)
根据公式(2)判断此时潜艇舷角Qm1是否处于鱼雷可攻区域敌舷角范围内。
5.根据权利要求4所述的一种鱼雷单雷二次转向射击方法，其特征在于，所述的步骤106中，鱼雷二次航向如公式(12)所示
CT2＝Bm1±180°(12)。
6.根据权利要求5所述的一种鱼雷单雷二次转向射击方法，其特征在于，所述的步骤107具体如下：
转向点调整后，鱼雷将与潜艇可攻区域边界相遇于T1，这实际上是运动目标的相遇问题，即：发射时刻鱼雷和可攻区域边界点分别位于T0和T1′，经过一次航向航行时间t后，两者相遇于T1；
新转向点T1在鱼雷发射时刻对应位置T1′坐标如公式(13)所示
鱼雷发射时刻位置T0坐标如公式(14)所示
发射时刻可攻区域边界点T1′位鱼雷方位B1如公式(15)所示
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鱼雷一次航向上航行时间如公式(18)所示
鱼雷二次航向如公式(19)所示
CT2＝Cm+Qm_bj±180°(19)
通过以上计算公式即可求得鱼雷单雷二次转向射击参数：一次航向、一次航向时间和二次航向。
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