第３５卷 第１０期 四川兵工学报 ２０１４年１０月 【武器装备理论与技术】 ｄｏｉ：１０．１ １８０９／ｓｃｂｇｘｂ２０１４．１０．０１０ 基于同时到达目标准则的线导鱼雷协同攻击方法 吕 荧 ，孙越林２，聂 凯。 （１．海军装备部驻广州地区军事代表局，广州５１００００；２．中国人民９１８７２，北京１０２４００； ３．中国人民９１５５０，辽宁大连２１６０２３） 摘要：为了降低鱼雷被规避、诱骗或干扰的概率，提出了一种多艘潜艇发射多条鱼雷并同时到达目标的协同攻击准 则。以线导鱼雷为例应用此准则，给出了协同攻击中的线导鱼雷导引方法，并分析了具体的线导鱼雷的协同攻击过 程。结果表明，此准则不仅可以提高命中概率，而且扩大了攻击效果。 关键词：线导鱼雷；协同攻击；同时到达目标；前置点导引法 本文引用格式：吕荧，孙越林，聂凯．基于同时到达目标准则的线导鱼雷协同攻击方法［Ｊ］．四川兵工学报，２０１４（１０）： ３３—３５． 中图分类号：ＴＪ６３＋１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—０７０７（２０１４）１０—００３３—０４ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ａｔｔａｃｋｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｗｉｒｅ—Ｇｕｉｄａｎｃｅ Ｔｏｒｐｅｄｏｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ａｒｒｉｖａｌ ａｔ Ｔａｒｇｅｔ Ｒｕｌｅ ＬＹＵ Ｙｉｎｇ ，ＳＵＮ Ｙｕｅ—ｌｉｎ ，ＮＩＥ Ｋａｉ （１．Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｎａｖｙ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １００００，Ｃｈｉｎａ； ２．ＰＬＡ ９１８７２ ｔｒｏｏｐｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２４００，Ｃｈｉｎａ；３．ＰＬＡ ９１５５０ Ｔｒｏｏｐｓ，Ｄａｌｉａｎ ２１６０２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ａｒｒｉｖａｌ ａｔ ｔａｒｇｅｔ ｒｕｌｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｗｈｅｎ ｍａｎｙ ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ａｔｔａｃｋ ｇｏａｌｓ ｂｙ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｍａｎｙ ｔｏｒｐｅｄｏｅｓ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｅｌｕｓｉｏｎ，ｄｅｃｏｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｒ— ｐｅｄｏ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｒｕｌｅ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｗｉｒｅ—ｇｕｉｄａｎｃｅ ｔｏｒｐｅｄｏ ａｎｄ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｗｉｒｅ—ｇｕｉｄａｎｃｅ ｔｏｒｐｅｄｏ ｉｓ ｒａｉｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ａｔｔａｃｋ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ａｔｔａｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｒｅ—ｇｕｉｄａｎｃｅ ｔｏｒｐｅ— ｄｏｅｓ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ａｒｒｉｖａｌ ａｔ ｔａｒｇｅｔ ｒｕｌｅ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｈｉｔ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｅｎｌａｒｇｅ ｔｈｅ ａｔｔａｃｋ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅ—ｇｕｉｄａｎｃｅ ｔｏｒｐｅｄｏ；ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ａｔｔａｃｋ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ａｒｒｉｖａｌ ｔｏ ｔａｒｇｅｔ；ｐｒｅ—ｐｏｉｎｔ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ Ｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｔ：ＬＹＵ Ｙｉｎｇ，ＳＵＮ Ｙｕｅ—ｌｉｎ，ＮＩＥ Ｋａｉ．Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ａｔｔａｃｋｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｗｉｒｅ－Ｇｕｉｄａｎｃｅ Ｔｏｒｐｅｄｏｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ａｒｒｉｖａｌ ａｔ Ｔａｒｇｅｔ Ｒｕｌｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｏｒｄｎａｎｃｅ，２０１４（１０）：３３— ３Ｓ 鱼雷是现代潜艇攻击水面舰艇的主要武器。随着鱼雷 效能。 防御技术的进步，水面舰艇防御鱼雷攻击的手段和方法越来 线导鱼雷的突出优点是：反应速度快，可做到先敌发现、 越多，越来越有效。现代水面舰艇装备有鱼雷防御器材，并 先敌攻击；对目标运动要素的依赖性小，可在有限目标信息 可以组织水面舰艇机动规避鱼雷。现代鱼雷防御技术主要 的条件下使用；对目标机动有较好的适应性能力；抗干扰能 分为２大类，即被动式的诱饵、干扰等“软防御”和主动式的 力强，攻击效果好…。因此现在世界各国６０％的水面舰艇 “硬杀伤”。所有这些手段和方法大大降低了鱼雷的作战 和潜艇都装有线导鱼雷。线导鱼雷主要有线导加声自导鱼 收稿日期：２０１４—０６—０２ 作者简介：吕荧（１９８８一），女，硕士，主要从事舰艇作战系统工程研究。 ３４ 四川兵工学报ｈｔｔｐ：／／ｓｃｂｇ．ｑｋｓ．ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ／ 雷和线导加尾流自导鱼雷２种。线导鱼雷的导引方法因具 体的作战环境不同而不同，主要的线导鱼雷导引方法可分为 实测方位导引法（如方位导引法、波束导引法、无干扰导引法 或偏离角导引法等）、要素导引法（如前置点导引法）和人工 导引法３大类，这３大类导引方法都各有自己的适用环境和 优缺点 ］。但是在线导鱼雷发射的初期存在着鱼雷噪声对 本艇声纳的干扰，甚至可能丢失对目标的跟踪，为此提出的 无干扰导引法在一定程度上解决了这个问题，但此导引方法 对艇载声纳的分辨角和潜艇的机动性能要求比较高，而目前 ２协同攻击中的线导鱼雷导引方法 在水下，潜艇之间的通信主要靠通信声纳，但现在装备 的通信声纳暴露率比较高，大大降低了潜艇的隐蔽性，削弱 了潜艇的作战效能。 随着水声换能器技术、无线传感器网络技术等的快速发 展，微功率、低暴露、高数据率的水声换能器开始出现，对水 声换能器的使用方式如自组织网络等的研究也正在兴起 。 艇载声纳的分辨角比较大，潜艇机动能力比较弱 。 １ 同时到达目标准则 潜艇在传统上采用作战的模式，为了保证鱼雷较高 的命中概率，主要使用多雷齐射的方式。线导鱼雷齐射非常 困难，其可行性需要进一步研究。 前苏联有一种饱和攻击理论，主要是同时使用许多巡航 导弹对目标进行饱和攻击，由于许多数量的巡航导弹同时攻 击一个目标，即使一些巡航导弹被拦截，总会有一些巡航导 弹能够突破敌人的防御命中目标。前苏联人高度重视这种 饱和式导弹攻击的战术，并为此建造了数量众多的巡航导弹 潜艇，用来攻击美国海军的航母编队和其他大型水面舰艇， 被称为大型舰艇编队的克星 。 借鉴前苏联的这种饱和攻击理论，设想用多艘潜艇发射 多条鱼雷，通过发射时间和导引方法的协同，使多条鱼雷同 时到达目标，减少鱼雷被规避、诱骗或干扰的机会，这就是同 时到达目标的协同攻击准则。由于受到海洋环境、武器性 能、通信延迟和指挥人员决策能力等的影响，理想的同时到 达目标准则是不能实现的，这里以末制导方式为声自导的鱼 雷为例定义最大到达目标时间差这一概念，即最大到达目标 时间差等于４ｒｏｓｉｎ（Ａ／２）除以目标的航行速度，当相邻２个 鱼雷到达目标的时间差小于这一参数时，都称为同时到达目 标。其中ｒ０为鱼雷声自导装置作用距离期望值，Ａ为鱼雷声 自导装置搜索扇面张角。经过仿真发现当水面舰艇以经济 航速航行时，这个最大到达目标时间差在１ ｍｉｎ之内，基本可 以满足作战的要求。 在多条鱼雷同时到达目标的过程中，鱼雷的航迹交叉和 互导是２个需要注意的问题。由于是从不同的潜艇发射鱼 雷，在鱼雷发射初期自动驾驶阶段，鱼雷航迹交叉和互导的 几率很小，因为我方潜艇为了不误伤和碰撞，潜艇在配置阵 地时有一个安全距离，两潜艇之间的距离必须大于这个安全 距离，通常这个安全距离在１０海里左右。当多条鱼雷在接 近目标末制导开机时，就相当于鱼雷齐射的末制导情形，很 可能出现互导问题，这应该是极力避免的。为了防止互导发 生，通常对协同攻击中的鱼雷采取３条措施：①各艇之间的 鱼雷设置不同的自导开启距离；②鱼雷发射不同的保护标 记频率和设置保护通道，此保护标记频率和保护通道可以采 用齐射时的参数；③设置各艇之间的鱼雷具有不同的工作 周期。 如美海军自１９９８年起多次进行广域海网（Ｓｅａ ｗｅｂ）的海底 水声通信网络试验，大力研制ＤＡＤＳ（可部署自治分布系 统），旨在推进未来海军作战能力。ＤＡＤＳ使用遥控声呐调 制解调技术，不仅可以构造濒海防水雷反潜艇作战的水下传 感器栅格，还能有效地为潜艇提供海底水声通信链路。这些 为鱼雷协同攻击提供了很好的技术支持与手段。这里考虑 采用的水下隐蔽通信方式为：用于目标被动探测的水下无线 传感器网络 。这种新方式可以完成潜艇之间的快速隐 蔽通信，交换目标方位信息功能，其可行性和实用性需要进 一步论证研究。 前置点导引法是将鱼雷向目标未来预期位置点——前 置点导引。与其他几种导引方法不同的是，前置点导引法是 在火控系统已解算出目标运动要素的条件下采用的。系统 利用目标运动参数预测出目标未来位置点，并且利用该预测 点解算出鱼雷提前角，用以导引鱼雷。采用该方法导引鱼雷 时，鱼雷的弹道品质较好，相应的接敌航程和时间较短，有利 于节省航程。但是按前置点导引法导引鱼雷攻击目标的前 提是求出线导鱼雷的有利提前角，而提前角的计算，对目标 运动要素解算的精度有较高要求。也就是说其要求的导引 条件比较严格（如声纳与目标保持可靠的接触；目标做匀速 直线运动；目标的运动要素已知等）。因此，若获得的目标信 息不完整且不准确，将使解算收敛率受到较大影响，无法保 证解算精度，而且难以确定要达到什么样的精度才能满足前 置点导引法导引鱼雷的要求。精度要求高，解算时间长了， 体现不出线导鱼雷快速反应的优势，要求低了，可能存在参 数不能收敛到要求的范围。此外，由于在鱼雷发射出管初 期，鱼雷航行产生的辐射噪声必然导致本艇声纳尢法听测目 标，故前置点导引法一般仅适用于导引的中后阶段，或者用 于对付匀速直航目标。 当潜艇之间可以进行快速隐蔽通信，交换目标方位信息 时，潜艇将采用多站纯方位协同目标跟踪算法代替单站纯方 位跟踪算法，这时潜艇不需要机动就能使解算收敛，而且收 敛速度提高很快 。同时这种攻击方式还可以较好地解 决鱼雷发射出管初期，鱼雷航行产生的辐射噪声导致本艇声 纳无法听测目标的问题。具体的解决方法是，在潜艇发射线 导鱼雷的初期，它可以采用其他潜艇传输来的目标运动要素 信息计算鱼雷转角和导引航向来导引自己发射的线导鱼雷， 从而可以使用前置点导引法来导引整个发射过程。 前置点导引法中的前置点相当于控制声自导鱼雷射击 时满足声自导装置捕获目标概率最高条件下的Ｅｌ标散步期 吕 荧，等：基于同时到达目标准则的线导鱼雷协同攻击方法 望点（见图１）。具体的前置点导引法采用的导引参数计算 公式如下 （为使公式清晰，省略了各参量下角标瞬时值标 号ｉ）： ３５ 的发射时问按各自与目标距离的远近依次发射。每艘潜艇 将自己的发射时间通过隐蔽通信通知其余各艇，其余各艇根 据自己距目标的距离和通信延迟确定自己的发射时间。 对目标的协同探测主要通过各艇先使用自己声纳探测 目标然后通过水下无线传感器网络交换探测信息来完成的。 然后各艇共享目标方位等信息，这样每艘潜艇就相当于多观 ｆＤｃ。ｓ ＝ （ ｍｃ。ｓ ）一 ｆ∞Ｉ ｓｉｎ｝ ｆ ｒｏ（１） 【Ｄｓｉｎｑ￣ ＝ｍＳ２ ｓｉｎ０ ＋ （１一ＣＯＳｌ∞『） Ｊ＿∞ ｚ （２） 测站，能够采用数据融合的方法求解目标运动要素。 Ｌ０ ＝Ｘ ＋ 其中：Ｄ为鱼雷与目标之间的距离； 为目标所处的鱼雷舷 角； 为鱼雷所处的目标舷角；ｔｏ为鱼雷由原航向指令转至 新航向的转向角； 为鱼雷命中角的期望值。 图１ 采用前置点法对线导鱼雷导引过程中目标、 鱼雷及潜艇相对运动态势 显然，只要预先计算出Ｄ、 、 值，系统即可按上式计 算得到鱼雷的转向角 。 在ＡＭ ＷｉＬ 中，可得 ＡＸｍｉ ａｒｃｃｏｓ ■ ＋口 一 （３） Ｘ ＝Ｘ 一△ （４） 墨＝（ ＋ ±１８０。）一 （５） 当系统按以上公式计算得出Ｄ、Ｘ 、Ｘ 值后，即可按式 （１）和式（２）计算鱼雷转角 ，进而按下式计算鱼雷导引航向 Ｈｔｌ＋Ｉ＝Ｈｔｉ＋ （６） ３ 线导鱼雷协同攻击过程 多艘潜艇攻击同一个目标时，潜艇机动占位后距离目标 的距离一般不同，为了使多条线导鱼雷同时到达攻击目标， 这多条线导鱼雷的发射时间必须协调和规划好，确定发射顺 序和时间间隔，这些协调工作可以通过水下隐蔽通信来实 现。由于存在发射顺序和时间间隔，在一艘潜艇发射线导鱼 雷的初期，它可以通过其他潜艇传输来的目标运动要素信息 并采用前置点法来导引自己发射的线导鱼雷，等自己的艇载 声纳能够可靠的跟踪目标时，也可以为其他将要发射的线导 鱼雷提供目标运动要素。 协同方法采用时间协同法，即当所有潜艇都进入有利射 击阵位域占领射击阵位后，满足可攻性条件，以距离目标最 远的潜艇开始发射鱼雷的时间作为初始发射时间，其余潜艇 线导鱼雷射击时，原则上不受发射阵位，只要射距 满足要求，各舷角均可发射。实际上，不同阵位对射击效果 有一定影响。不同的阵位会使鱼雷在导引过程中对目标的 遮盖和以及消耗的航程不同。在战场态势允许的情况下，线 导鱼雷射击同样应该选择较有利的中小舷角阵位范围… 。 同时采用较小的舷角阵位范围还可以减小线导鱼雷航迹交 叉的概率，若舷角阵位较大，航迹交叉后会引起导线缠结 挂断。 发射顺序按照与目标距离的远近确定，距离远的先发 射，距离近的后发射。以距离目标最远的潜艇开始发射鱼雷 的时间作为初始发射时间，发射的时问间隔按照与最远距离 的差再除以鱼雷线导阶段的航速确定，具体时问间隔公式为 Ａｔ ＝（ 一 ）／ｖ ，则各艇鱼雷发射的时间为Ｔｉ＝Ｔｏ＋ （Ｌ…一Ｌ ）／ｖ 一ｔ ，其中 为其余潜艇收到的距离目标最远 的潜艇开始发射鱼雷的时间，三…为最远的潜艇与目标的距 离，ｔ为其余潜艇与目标的距离， 为鱼雷线导阶段的航速， 这里采用线导阶段的航速而不是末制导阶段的航速主要是 因为各鱼雷航程之间的差别主要在线导阶段，ｔ 为距离目标 最远潜艇与其余各艇的通信延迟。 ４结论 通过以上讨论可知，多艘潜艇发射多条线导鱼雷协同攻 击时，潜艇将采用多站纯方位协同目标跟踪算法，求解目标 运动要素时收敛率高，收敛时间快，协同攻击时线导鱼雷使 用前置点导引法，可以将鱼雷精确的导向目标。同时这种协 同攻击方法可以较好地解决鱼雷发射出管初期，鱼雷航行产 生的辐射噪声导致本艇声纳无法听测目标的问题。以上协 同过程和方法在开发的基于高层体系结构（ＨＬＡ）的某型综 合仿真系统上进行了仿真测试，结果表明这种同时到达目标 准则既减少了鱼雷被规避、诱骗或干扰的概率，又可以对目 标饱和攻击，扩大了攻击效果。 参考文献： ［１］徐敦兹，王新远，王文友．线导鱼雷作战使用方法研究 【Ｊ］．鱼雷技术，２００２，１０（１）：３９—４９． ［２］ 李刚强，黄文斌．线导鱼雷导引方法综述［Ｊ］．鱼雷技术， ２ｏｏ３，１１（２）：３８—４２． ［３］ 赵正业．潜艇火控原理［Ｍ］．北京：国防工业出版 社．２００３． （下转第４０页） ４０ 四川兵．ｙ－学报ｈｔｔｐ：／／ｓｃｂｇ．ｑｋｓ．ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ／ （上接第３５页） ［８］ 薛锋，刘忠，曲毅．无线传感器网络中的分布式目标被动 跟踪算法［Ｊ］．系统仿真学报，２００７，１９（１５）：３４９９—３５０２． ［９］ 刘健，刘忠，玄兆林．纯方位两站协同目标运动分析算法 ［４］ 张海波，杨金成．现代潜艇技术［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工 程大学出版社，２００２． ［５］ 蒋兴舟，陈喜．鱼雷制导设计原理［Ｍ］．武汉：海军工程 大学，２００１． ［６］ 李淑秋，李启虎，张春华．水下声学传感器网络的发展和 应用［Ｊ］．物理，２００６，３５（１１）：９４５—９５２． ［７］ 薛锋，刘忠，曲毅．基于Ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ粒子滤波的无序观测 下水下无线传感器网络目标被动跟踪［Ｊ］．传感技术学 报，２００７，２０（１２）：１９３７—１９４２． 研究［Ｊ］．舰船科学技术，２００６，２８（１）：６４—６９． ［１０］刘忠，邓聚龙．多传感器系统纯方位定位与可观测性分 析［Ｊ］．火力与指挥控制，２００４，２９（５）：７９—８７． ［１１］张静远．鱼雷作战使用与作战能力分析［Ｍ］．北京：国防 工业出版社，２００５． （责任编辑杨继森）
