飞航式助飞鱼雷指令修正攻潜能力研究

贾　跃，梁　良，任　磊

（1. 海军大连舰艇学院 水武与防化系，辽宁 大连，116018； 2. 海军大连舰艇学院 研究生1队，辽宁 大连，116018）

飞航式助飞鱼雷指令修正攻潜能力研究

贾跃1，梁良2，任磊1

（1. 海军大连舰艇学院 水武与防化系，辽宁 大连，116018； 2. 海军大连舰艇学院 研究生1队，辽宁 大连，116018）

针对飞航式助飞鱼雷的指令修正功能，介绍了其对潜攻击的基本过程，深入分析了指令修正射击的方法原理及修正时机，从鱼雷的修正能力、鱼雷的飞行姿态及目标的运动要素等方面研究对指令修正射击的影响，并建立了飞航式助飞鱼雷的攻潜能力仿真模型。通过计算得到最佳修正后鱼雷飞行距离的确定原则及变化规律，分析了飞航式助飞鱼雷指令修正射击的攻潜能力，为实际操作提供了理论依据。

飞航式助飞鱼雷； 指令修正； 攻潜能力

0　引言

随着舰艇反潜作战形势日趋严峻，各国海军对反潜武器的发展提出了更高的要求。为了使反潜鱼雷能够增加攻击距离，提高打击精度，出现了具有指令修正能力的飞航式助飞鱼雷［1］。飞航式助飞鱼雷在反潜作战过程中与传统管装鱼雷和弹道式助飞鱼雷最大的区别在于其具有无线电指令修正功能，鱼雷在巡航飞行过程中可以通过无线电获取最新的目标位置信息，从而改变鱼雷的飞行航向和入水位置，使其入水后更加接近目标，由此提高鱼雷的捕获概率。

鉴于飞航式助飞鱼雷在空中是高速飞行，且受到飞行距离、飞行姿态、自身机动能力和目标运动等诸多因素影响，鱼雷飞行方向不能频繁进行更改，因此反潜作战时鱼雷是否需要修正，在什么时机进行修正，修正时能否达到预定效果都会影响攻潜能力，文中依此展开研究。

1　指令修正射击攻潜过程概述

飞航式助飞鱼雷对潜攻击作战可通过舰载拖曳声呐或舰载直升机的吊放声呐引导实施。下面以直升机引导为例，介绍典型的飞航式助飞鱼雷指令修正射击攻潜过程［2］。如图1所示，反潜直升机在敌潜艇可能存在海域搜索并发现目标后，

利用探测设备测定本机位置和目标位置，发射舰接收由直升机传来的直升机和目标位置信息，据此计算出目标相对于本舰的位置信息并装订射击诸元，向目标潜艇当前位置发射助飞鱼雷。鱼雷发射后会按程序自动调整至一定高度并沿预定弹道巡航飞行接近目标，此时反潜直升机保持对目标潜艇的跟踪探测，当鱼雷飞至指令修正点时，

直升机将此时刻的目标位置信息发送给发射舰艇，

再由发射舰艇将指令修正信息上传给助飞鱼雷，

鱼雷接到指令后改变飞行航向飞向目标此时的位置。鱼雷入水后下潜至设定深度，按照预定的弹道自动对目标进行搜索、跟踪和攻击。

图1　指令修正射击攻潜过程Fig. 1　Process of attacking submarine with instruction correction shooting

2　指令修正射击原理与方法

2.1指令修正射击原理

可以看出，飞航式助飞鱼雷发射时，如果仅知道潜艇坐标，但其在发射后有能力再次探测到目标位置信息或能对目标保持稳定跟踪，可以对目标现在位置射击后通过对助飞鱼雷发射无线电指令修正其飞行航向和入水点，使鱼雷落在修正时刻的目标所在位置，该方法称为指令修正射击方法。如图2所示，以发射时刻舰艇所在位置为坐标原点，真北方向为y轴，建立坐标系，舰艇以Cw航向航行，在O点处发射助飞鱼雷，初始瞄点为M0，当鱼雷飞行Ds1距离到达W点时，根据无线电指令发送的目标当前位置M1，鱼雷修正飞行航向至Ccf2，此时目标运动的直线距离为Dm，修正后鱼雷飞行Ds2距离后在M1点入水，Dc为修正点与初始瞄点的距离。

图2　指令修正射击原理示意图Fig. 2　Principle of instruction correction shooting

指令修正射击方法实际上就是通过探测设备对目标潜艇进行二次定位，当飞航式助飞鱼雷在空中接近目标并达到合适距离时，获取目标最新的位置信息，修正鱼雷的飞行方向和入水点位置，来减小目标运动带来的鱼雷捕获概率下降的影响。这种方法无需火控设备计算目标潜艇的运动要素，从而使舰艇能在第一时间发射鱼雷，指令修正后优化了鱼雷的入水位置，能使其具有较高的捕获概率，确保打击精度。

2.2指令修正射击的影响因素

1） 鱼雷的指令修正能力。

飞航式助飞鱼雷由于受到其飞行速度、气动布局及其他设计因素影响，在进行指令修正时其转弯半径和转弯角度会受到一定限制，从而目标修正距离Dm是有限的，称之为鱼雷的指令修正能力。该修正能力可以用修正后鱼雷飞行距离Ds2与目标修正距离Dm之间的函数关系表示。以某型飞航式助飞鱼雷为例，假设已知鱼雷的指令修正能力满足图3所示的函数关系曲线，则通过Matlab对该函数关系进行拟合，可以近似得到图3中拟合后的能力函数关系曲线及1个修正后鱼雷飞行距离Ds2与目标修正距离Dm的4阶函数关系式Dm=f（Ds2）。

鱼雷的指令修正能力直接决定了鱼雷能否顺利完成转向，若不能转至修正航向，助飞鱼雷将不会进行修正，继续按原航向飞行至初始瞄点后入水，因此修正能力是确定修正时机必须考虑的

重要因素。

图3　助飞鱼雷修正能力关系曲线Fig. 3　Curves of correction capability of a cruise assisted torpedo

2） 鱼雷的空中飞行姿态。

从图1可以看出，飞航式助飞鱼雷在发射过程的初期要经过一段时间的助飞和调整，此时鱼雷的空中飞行姿态一直在不停调整变化，然后才会到达预定的飞行高度、速度进行巡航平飞。因此，飞航式助飞鱼雷在发射后一段时间内无法进行指令的接收及航向的调整，直至其稳定飞行并达到转向要求，将鱼雷可以开始修正的时刻设为Ts。以某型飞航式助飞鱼雷为例，在发射飞行后30 s即Ts=30，水平飞行距离大约8 km后才会稳定飞行姿态以保证能成功进行指令修正，此时助飞鱼雷的指令修正时机就必须选择鱼雷飞行8 km以后的某一时刻。

3） 目标的位置与运动要素。

目标的初始距离决定了助飞鱼雷的飞行时间，从而直接影响鱼雷修正时机的选择。目标的运动速度与运动方向决定了在鱼雷入水时目标的位置散布范围，从而影响鱼雷对目标的搜索和捕获，也影响到指令修正时鱼雷飞行航向的改变量。因此，目标的初始距离及运动要素也是影响指令修正时机选择的重要因素。

2.3指令修正的时机

由图2可以看出，要让助飞鱼雷命中目标，就必须使其在指令修正时刻的目标位置M1点入水后能够搜索捕获到潜艇，所说的“指令修正时刻”就是鱼雷的修正时机。指令修正时机如果过早，目标可能在鱼雷入水时已经运动出鱼雷水下搜索范围，助飞鱼雷无法捕获目标； 指令修正时机如果过晚，鱼雷可能无法转至修正航向，不能实现修正要求。由此可见，确定合适的指令修正时机对于助飞鱼雷能否捕获目标是至关重要的，也是指令修正射击的关键环节。通过以上对指令修正射击的影响因素分析，选择助飞鱼雷最佳指令修正时机必须满足以下条件: 一方面受鱼雷飞行姿态影响，指令修正时刻要大于Ts； 另一方面受鱼雷修正能力和目标运动的影响，修正后对目标的捕获概率要最大。以上条件可表示为

3　指令修正射击攻潜能力仿真模型

3.1对目标的捕获概率模型

对机动目标进行大量仿真射击，每次射击入水后鱼雷可能捕获目标，也可能未捕获目标。如果在N次射击中捕获M次，根据Monte-Carlo方法的原理［3］，助飞鱼雷捕获目标的概率可以近似表示为捕获次数M与总射击次数N之比

通过计算机仿真确定助飞鱼雷是否捕获目标，求出捕获次数M，即可得到捕获概率。

飞航式助飞鱼雷的战斗载荷一般为自导鱼雷，其要想捕获目标，就必须使目标落入自导扇面内，且自导作用距离要大于此刻目标与鱼雷的距离。考虑到自导鱼雷在垂直面上的搜索宽度较大，目标在垂直方向的散布范围有限，可以忽略深度上对捕获概率的影响，将搜索过程简化为平面运动［4］。因此，满足下式可认为目标被鱼雷捕获

式中: Qs，Ds分别为潜艇相对鱼雷的舷角和距离；λ，l分别为鱼雷自导作用扇面角和自导作用距离。

3.2鱼雷仿真模型

飞航式助飞鱼雷的运动模型分为空中运动和水下运动两部分，空中运动对鱼雷捕获概率的影响主要考虑其入水点精度，简化为匀速直线运动； 水下运动主要研究其搜索弹道样式，简化为平面运动。

1） 入水点仿真模型

在飞航式火箭助飞鱼雷从发射至入水的整个飞行过程中，多种误差源综合作用的结果最后体现为飞航式助飞鱼雷的入水点散布误差［5］。假设鱼雷入水点为2D圆散布，其误差为ΔW～（xt0，yto，σ2，σ2，0），服从2D正态分布，σ=σ。则鱼雷实际入水点坐标（Xt′0，Yt′0）为

式中: （Xt0，Yt0）为期望的鱼雷入水点； Bw为鱼雷实际入水点偏离期望入水点的方位，在（0，360°）范围内服从均匀分布。

2） 水下运动模型

飞航式助飞鱼雷比较典型的水下搜索弹道是“环形+8字”搜索，具体搜索形式如图4所示。

图4　水下搜索弹道示意图Fig. 4　Schematic of underwater searching trajectory of a cruise assisted torpedo

建立如式（5）所示的鱼雷水下运动仿真模型，鱼雷位置坐标（Xts，Yts）为

式中，ωts，Rts分别为鱼雷旋回角速度和旋回半径，s= -1时表示鱼雷向左环形搜索，s=1时表示鱼雷向右环形搜索。

3.3目标仿真模型

1） 目标探测位置模型

假设直升机自身定位误差为ΔH，其服从2D正态分布； 直升机吊放声呐的测向误差为，测距误差为，则直升机实际位置（Xh′，Yh′ ）为

式中: （Xh，Yh）为直升机自身定位坐标； Bh为直升机实际位置偏离定位坐标的方位，在（0，360°）范围内服从均匀分布。则目标潜艇的真实位置由下式确定

式中:Bhm，Dhm分别为目标相对于直升机的理论方位和距离。

2） 目标运动模型

根据目标潜艇的距离及方位推算其初始坐标，及其瞬时坐标（Xm，Ym）为

式中: （Xm0，Ym0）为潜艇初始位置坐标； Vm为潜艇速度。

4　仿真结果与分析

4.1仿真条件

1） 以某型助飞鱼雷为例，不考虑鱼雷对目标的追踪概率，鱼雷捕获潜艇即认为其命中潜艇。

2） 不考虑目标潜艇采取对抗器材的影响。

3） 舰载主动拖曳式声呐测方位误差均方差4.2°，测距误差均方差0.018D （D为距离），计算目标航向误差均方差5°，计算目标航速误差均方差5 kn，最远探测距离35 km。

4） 直升机位置不影响鱼雷空中飞行。直升机吊放声呐测方位误差均方差2.5°，测距误差均方差0.02D，计算目标航向误差均方差3°，计算目标航速误差均方差4 kn，直升机定位误差200 m（1σ），直升机探测目标距离5 km且不影响鱼雷空中飞行。

4.2指令修正与否对捕获概率的影响

图5和图6分别为目标速度12 kn和20 kn时，直升机吊放声呐引导情况下，鱼雷在进行和不进行指令修正时的捕获概率。由图可知，鱼雷在进行指令修正时对目标潜艇的捕获概率高于不进行指令修正时的捕获概率，两者相差幅度随着目标潜艇的距离增加而增大，且对于高速目标（20 kn）修正效果更明显。对于低速目标（12 kn），目标潜艇距离在30 km以内时，两者捕获概率相差不到0.02，距离为50km时，两者相差则达到0.15； 对于高速目标（20 kn），目标潜艇距离在20km以内时，两者捕获概率仅相差0.05，距离为50km时，两者相差则达到0.66。

图5　吊放声呐引导时修正与否对捕获概率的影响（目标速度为12 kn时）Fig. 5　Influence of instruction correction on acquisition probability of the torpedo guided by dipping sonar （target speed is 12 kn）

图6　吊放声呐引导时修正与否对捕获概率的影响（20kn）Fig. 6　Influence of instruction correction on acquisition probability of the torpedo guided by dipping sonar （target speed is 20 kn）

图7和图8分别为目标速度12 kn和20 kn时，舰载主动拖曳式声呐引导情况下，鱼雷进行和不进行指令修正时的捕获概率。从图中可以看出，与直升机引导不同，主动拖曳式声呐引导下助飞鱼雷修正与不修正时对目标潜艇的捕获概率基本一致，在30～35 km时进行修正的捕获概率比不修正时略高，但不超过0.05，这是因为受限于主动拖曳式声呐的探测范围，助飞鱼雷攻击距离近，且拖曳声呐的探测误差较大时精度较低。

图7　拖曳声呐引导时修正与否对捕获概率的影响（12kn）Fig. 7　Influence of instruction correction on acquisition probability of the torpedo guided by towed sonar （target speed is 12 kn）

图8　拖曳声呐引导时修正与否对捕获概率的影响（20 kn）Fig. 8　Influence of instruction correction on acquisition probability of the torpedo guided by towed sonar （target speed is 20 kn）

因此，在主动拖曳声呐引导情况下，使用飞航式助飞鱼雷对潜攻击时无需进行指令修正； 在直升机吊放声呐引导攻击时，对于低速目标（12 kn），距离30km范围内可以不进行指令修正，对于高速目标（20 kn），距离20km范围内可以不修正； 且目标距离越远、速度越快，指令修正攻潜对于鱼雷捕获概率的提升幅度越大。

4.3目标速度一定时目标距离对修正时机的影响

图9为目标速度12 kn时，目标距离不同的情况下，鱼雷在不同修正点-初始瞄点距离修正时的捕获概率。由图可知，当鱼雷的修正点-初始瞄点距离=22 km时，捕获概率最大； 修正点-初始瞄点距离>22 km时捕获概率略有下降但基本接近于1，这是因为在仿真中，当修正点-初始瞄点距离≥22 km时能满足鱼雷的指令修正能力，鱼雷能顺利完成航向修正，且在直升机引导攻潜方式下，助飞鱼雷对速度较慢的潜艇有较高的捕获概率。所以当取不同的目标潜艇距离时，鱼雷的捕获概率变化不大； 反之，当修正点-初始瞄点距离<22 km时不能满足鱼雷的指令修正能力，鱼雷无法转向至修正航向，因此助飞鱼雷不能进行指令修正，入水点仍为初始瞄点，捕获概率迅速降低并保持不变。

图9　目标距离变化对修正时机的影响（12 kn）Fig. 9　Influence of target distance variation on correction occasion （target speed is 12 kn）

图10为目标速度20 kn时，目标距离不同情况下，鱼雷采用不同修正点-初始瞄点距离时的捕获概率。由图可知，当目标潜艇距离分别取20 km，30 km，40 km，50 km时，最佳修正点-初始瞄点距离分别为12 km，18 km，20 km，22 km，此时鱼雷捕获概率最大，修正效果最好，最佳修正点-初始瞄点距离随着目标距离的增加而增大； 当大于最佳修正点-初始瞄点距离时，捕获概率随着修正距离的增加而减小，因为鱼雷越早修正，入水时目标运动距离越远，反而降低了捕获概率；当小于最佳修正点-初始瞄点距离时，捕获概率迅速降低并保持不变，原因同图9。因此，目标速度较慢（12 kn）时，进行指令修正射击，最佳的修正点-初始瞄点距离为22 km，不随目标距离的增加而改变； 目标速度较快（20 kn）时，最佳的修正点-初始瞄点距离随着目标距离的增加而增加。

4.4目标距离一定时目标速度对修正时机的影响

图11和图12分别为目标距离30 km和40 km，目标速度不同时，采用不同修正点-初始瞄点距离时的捕获概率。由图可知，最佳的修正点-初始瞄点距离随着目标速度的增加而增加，大于最佳修正点-初始瞄点距离时，鱼雷捕获概率随着修正点-初始瞄点距离的增加而减小，小于最佳修正点-初始瞄点距离时鱼雷不能修正，捕获概率迅速降低并保持不变； 且这一变化趋势随着目标速度的增加而变得更为明显。

图10　目标距离变化对修正时机的影响（20 kn）Fig. 10　Influence of target distance variation on correction occasion （target speed is 20 kn）

图11　目标速度变化对修正时机的影响（目标距离30 km时）Fig. 11　Influence of target speed variation on correction occasion（target distance is 30 km）

图12　目标速度变化对修正时机的影响（40 km）Fig. 12　Influence of target speed variation on correction occasion（target distance is 40 km）

综合4.3节和4.4节中的结论，经过大量仿真计算，可总结出最佳指令修正时机: 低速目标（＜12 kn）最佳的修正点-初始瞄点距离为22 km；对于高速目标（＞16 kn），鉴于指令修正射击一般不计算目标具体航速，所以在同一距离上将目标速度变化对修正点-初始瞄点距离的影响取平均值，得出最佳指令修正时机如表1所示。

表1　高速目标（＞16 kn）最佳指令修正时机Table 1　Optimum instruction correction occasion for a high-speed target（target speed＞16 kn）

5　结束语

文中详细阐述了飞航式助飞鱼雷指令修正射击的原理与方法，综合分析了鱼雷修正能力、鱼雷飞行姿态、目标运动这3个要素对指令修正时机的影响，通过建立仿真模型和数据分析，对飞航式助飞鱼雷采用指令修正技术进行攻潜的作战能力进行初步研究，可为其作战使用决策等提供参考。但是研究是依靠仿真模型通过定量计算得到，并在一定想定条件下建立的，与实际作战相比进行了简化处理，并且没有考虑目标潜艇采取对抗手段等因素，因此有待进一步完善和提高。

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（责任编辑: 许妍）

Research on Capability of Attacking Submarine by Cruise Assisted Torpedo with Instruction Correction

JIA Yue1，LIANG Liang2，REN Lei1
（1. Department of Underwater Weapon and Chemical defense，Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China； 2. Postgraduate Team 1，Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

This paper introduces the instruction correction function of a cruise assisted torpedo and the process of attacking submarine，and analyzes the principles and correction occasion of instruction correction shooting. The influencing factors on instruction correction shooting are investigated in terms of torpedo′s correction capability and attitude，and target’s motion elements. Subsequently，a simulation model of attacking submarine capability for the cruise assisted torpedo is established，hence the optimum corrected flight distance and its changing rule are obtained，and the attacking submarine capability of the cruise assisted torpedo with instruction correction is analyzed. This study may provide a theoretical basis for practical application of instruction correction shooting.

cruise assisted torpedo； instruction correction； attacking submarine capability

TJ631.8

A

1673-1948（2015）02-0150-07

2014-09-25；

2014-11-11.

贾跃（1964-），男，博导，教授，主要研究方向为鱼雷、深弹武器攻防战术及水下对抗系统的作战效能和作战使用.