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基于高斯过程回归的潜射声自导鱼雷发现概率研究任 斌 1, 谢 超 2(1. 海装装备项目管理中心, 北京, 100071; 2. 北京理工大学 自动化学院, 北京, 100081)摘 要: 明确潜射声自导鱼雷的发现概率, 对相关战术制定具有显著作用。
传统解析算法和统计算法无法平衡概率评估的快速性和精确性, 针对此问题, 文中提出了一种基于高斯过程回归的发现概率评估模型, 以及基于解析模型的训练数据集生成方法, 并在特定态势下开展了发现概率评估的数值仿真。
结果显示, 文中所提方法具有很好的评估效果, 可为相关战场决策提供理论支撑。
关键词: 潜射声自导鱼雷; 发现概率; 高斯过程回归中图分类号: TJ630.1 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2024)02-0368-08DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0113Finding Probability of Submarine-Launched Acoustic Homing TorpedoesBased on Gaussian Process RegressionREN Bin1, XIE Chao2(1. Marine Equipment Project Management Center, Beijing 100071, China; 2. Beijing Institute of Technology, School of Automation, Beijing 100081, China)Abstract: The determination of the finding probability of submarine-launched acoustic homing torpedoes significantly affects tactical formulation. Conventional analytical and statistical algorithms fail to balance the speed and precision of probability assessment. In response to this issue, this paper introduced a model for assessing the finding probability based on Gaussian process regression. Additionally, a method was proposed for generating a training dataset based on the analytical model. Numerical simulations for assessing the finding probability were conducted within a specific battlefield scenario. The outcomes illustrate the superior assessment effect of the proposed method, offering theoretical support for decision-making in relevant battlefield contexts.Keywords: submarine-launched acoustic homing torpedo; finding probability; Gaussian process regression0 引言鱼雷是水下和水面战场的大杀器, 充分利用了海洋环境高隐蔽性以及不可压缩流体带来的高毁伤性, 具有很强的战略威慑力[1]。
反鱼雷技术什么是反鱼雷技术反鱼雷技术是指各国海军为其水面舰艇和潜艇提供足够的对抗鱼雷攻击所研制和应用的技术。
反鱼雷技术的类型水面舰艇是未来海战的主要兵力之一。
随着鱼雷技术的不断发展，鱼雷对水面舰艇和潜艇的威胁越来越大，已成为制约水面舰艇发展的因素之一。
随着鱼雷从自控鱼雷、声自导鱼雷、线导鱼雷，逐渐发展到最先进的尾流自导鱼雷，各国海军研制的反鱼雷技术也在不断向前发展，目前已形成了比较完善的反鱼雷防御系统。
为了抗击鱼雷的攻击，目前世界各国研究开发的反鱼雷技术可分为两类：一:是被动防御，二:是主动进攻。
被动防御主要是通过在舰艇上涂层、贴片、敷设橡胶等措施来降低舰艇的噪音，使舰艇隐身，以降低被敌声纳发现的概率和减小声自导鱼雷的自导作用距离，从而达到减少被声自导鱼雷命中的目的。
如原苏联潜艇表面的吸声材料“集束卫士（Clusterguard）”，能吸收入射波的1/3，而且由于吸声层使入射声波成漫反射，类似尾流层回波，影声纳工作，使声纳探测和鱼雷自导装置的作用距离缩短约1/3。
潜艇指挥塔部分涂敷这吸声材料，使声纳识别图象中的最显著特征消失，难以识别。
同时，在舰艇两侧或尾部拖带防鱼雷网，以阻拦鱼雷，使舰艇免受损伤；或改进舰艇装甲，采用钛等高强度合金材料；或将舰艇外壳作成耐冲压隔层（称舰舷防雷结构）或防雷隔舱（一般用在潜艇上，使固壳和外壳间有一段距离），以对抗鱼雷战斗部的穿甲和杀伤力。
个别舰艇还进行了消磁处理，降低磁探仪的探测效果，并且导致磁和电磁引信鱼雷失效。
主动防御又可分为战术防御和器材对抗防御。
战术防御主要通过改变舰艇的航向、航速及航深（用于潜艇）的方法来规避直航鱼雷的雷迹和自导鱼雷的探测，从而达到避开被敌雷击中的目的。
器材对抗措施又包括软杀伤（软对抗）和硬杀伤（硬对抗）两种。
软杀伤主要是通过采用各种诱饵、干扰器和气幕弹等，使来袭鱼雷跟踪或攻击假目标或偏离航向，迷盲、消耗鱼雷的动力，造成鱼雷攻击失效。
硬杀伤主要是使用反鱼雷浮标、反鱼雷深弹（炸弹）、反鱼雷水雷、反鱼雷鱼雷等，把来袭鱼雷拦截、摧毁或让其失去战斗力。
第26卷第6期 水下无人系统学报 Vol.26No.62018年12月JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Dec. 2018收稿日期: 2017-06-09; 修回日期: 2017-07-29.作者简介: 杨绪升(1976-), 男, 工程师, 研究方向为武器系统试验数据处理.[引用格式] 杨绪升, 尹文进. 基于潜射自导鱼雷射击优化模型的发现概率仿真计算[J]. 水下无人系统学报, 2018, 26(6):568-574.基于潜射自导鱼雷射击优化模型的发现概率仿真计算杨绪升, 尹文进(中国人民解放军91388部队, 广东 湛江, 524022)摘 要: 射击三角形是计算潜射鱼雷发射提前角的理论依据, 随鱼雷技术的发展和战场需要, 传统的鱼雷射击三角形的应用局限性日益显现。
据此, 文中充分考虑了鱼雷实航速度变化和目标辐射噪声对鱼雷自导作用距离的影响, 提出有利于贴近实战的潜射声自导鱼雷的射击要素解算优化模型, 推导出提前角解算方法, 并依该模型进行鱼雷攻击弹道仿真和发现概率计算。
结果显示, 该模型适用于广泛的战场态势, 可为工程应用提供有益参考。
关键词: 鱼雷; 射击模型; 弹道仿真; 发现概率中图分类号: TJ631.5; E843 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2018)06-0568-07DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.010Simulation on Detection Probability of Submarine-Launched HomingTorpedo Based on the Optimized Firing ModelYANG Xu-sheng , YIN Wen-jin(91388th Unit, the People’s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)Abstract: The firing triangle is the theoretical basis for calculating the firing advance angle of submarine-launched torpedo. With the development of torpedo technology and the need of battlefield, the application of traditional torpedo firing triangle becomes more and more limited. In this paper, the effects of torpedo velocity variation and target radiated noise on torpedo homing distance are considered, and an optimization model of the firing elements of submarine-launched acoustic homing torpedo, which is close to actual combat, is established, and a method for calculating the advance angle is deduced. According to this model, simulation of torpedo attack trajectory and calculation of detection probability are conducted, and the results show that this model is applicable to comprehensive battlefield situations. Keywords: torpedo; firing model; trajectory simulation; detection probability0 引言鱼雷作为潜艇携带的主要武器之一, 其发射时机和作战效能[1]在一定程度上影响着海战进程。
第４１卷第６期２０１９年１２月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ ４１㊀Ｎｏ ６Ｄｅｃ ２０１９文章编号：１６７３⁃３８１９（２０１９）０６⁃００４８⁃０４潜艇使用声抗器材防御鱼雷方案优化模型及模型求解策略程㊀健，张㊀会（海军潜艇学院，山东青岛㊀２６６１９９）摘㊀要：建立了基于多实体有限状态机的潜艇使用声抗器材防御鱼雷效能计算 过程仿真 模型和以此为基础的 过程仿真＋方案搜索 防御方案优化模型㊂为降低方案优化模型的计算复杂度，设计并实现了针对 求使得过程中指标函数最小值最大方案 优化模型㊁提高方案优化模型求解效率的 淘汰标准即时提高㊁劣等方案及时淘汰 方案求解策略，并编制了单线程和多线程程序，对求解效率进行实验㊂实验情况表明，其可有效提高模型的求解效率㊂关键词：声抗器材；鱼雷防御；优化模型；求解策略；多线程程序中图分类号：ＴＪ９６；Ｅ９３５㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０１９．０６．００９ＯｐｔｉｍａｌＭｏｄｅｌａｎｄＭｏｄｅｌＳｏｌｖｉｎｇＳｔｒａｔｅｇｙｏｆＳｕｂｍａｒｉｎｅＴｏｒｐｅｄｏＤｅｆｅｎｃｅＵｓｉｎｇＡｃｏｕｓｔｉｃＣｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣＨＥＮＧＪｉａｎ，ＺＨＡＮＧＨｕｉ（ＮａｖｙＳｕｂｍａｒｉｎｅＡｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６１９９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ⁃ｅｎｔｉｔｙｆｉｎｉｔｅｓｔａｔｅｍａｃｈｉｎｅｆｏｒｔｏｒｐｅｄｏｄｅｆｅｎｓｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｍａｒｉｎｅｕｓｉｎｇａｃｏｕｓｔｉｃｒｅａｃｔａｎｃｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｐｒｏｃｅｓｓ＂ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ＋ｓｃｈｅｍｅｓｅａｒｃｈ＂ｄｅｆｅｎｓｅｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｍｏｄｅｌａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄ⁃ｅｌ，ａｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｏｆ＂ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ，ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｉｎｆｅｒｉｏｒｓｃｈｅｍｅｓｉｎｔｉｍｅ＂ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅ⁃ｍｅｎｔｅｄ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆ＂ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇａｎｄｍａｘｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｉｎｄｅｘｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ＂ａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．Ａｓｉｎｇｌｅ⁃ｔｈｒｅａｄｅｄａｎｄｍｕｌｔｉ⁃ｔｈｒｅａｄｅｄｐｒｏｇｒａｍｉｓｃｏｍｐｉｌｅｄｔｏｔｅｓｔｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｏｌｖｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｏｕｓｔｉｃｒｅａｃｔａｎｃｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｔｏｒｐｅｄｏｄｅｆｅｎｃｅ；ｏｐｔｉｍａｌｍｏｄｅｌ；ｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙ；ｍｕｌｔｉ⁃ｔｈｒｅａｄｅｄｐｒｏｇｒａｍ收稿日期：２０１９⁃０３⁃２４修回日期：２０１９⁃０４⁃０３作者简介：程㊀健（１９６２ ），男，安徽怀宁人，高级工程师，研究方向为潜艇作战软件和水声目标识别㊂张㊀会（１９７１ ），女，博士，副教授㊂㊀㊀在探潜和反潜技术迅速发展的现代海战条件下，潜艇的防御行动显得越来越重要［１］㊂对于潜艇而言，其威胁主要来自于自导㊁线导等重型鱼雷以及空投㊁火箭助飞等轻型鱼雷㊂潜艇防御鱼雷一般是使用水声对抗器材结合潜艇自身的规避机动来实现的㊂潜用水声对抗器材主要有气幕弹㊁噪声干扰器和声诱饵㊂其中，自航式声诱饵不仅能模拟潜艇的辐射噪声特性和声反射特性，还能模拟潜艇的运动特性，对鱼雷具有很大的欺骗性㊂使用自航式声诱饵防御声自导鱼雷已成为潜艇水下防御的主要手段之一［２⁃３］㊂潜艇使用自航式诱饵防御鱼雷方案决策涉及的决策变量多，方案计算可用时间短，如何实现高效可靠的防御方案优化计算是潜艇战术决策模型设计的一个难点问题㊂本文对潜艇使用自航式诱饵防御鱼雷方案优化方法进行研究，目的是提供一种防御方案优化计算的思路和方法㊂简单起见，所编制的计算实验程序将鱼雷对潜艇和诱饵的探测范围均简化为扇面，将潜艇和诱饵的转向机动均简化为匀速圆周运动㊂文中所提供的方案优化方法对使用更复杂的机动和探测模型时的方案优化计算依然适用㊂１㊀ 过程仿真＋方案搜索 的防御方案优化模型及存在问题㊀㊀由于潜艇鱼雷防御行动的持续时间短，不能忽略潜艇和诱饵的转向过程对防御效果的影响，而对转向机动目标的搜索效果的准确判断难以用解析方法实现，故需要使用 过程仿真 模型进行鱼雷搜索和防御过程效果判定，使用 过程仿真＋方案搜索 类模型进行防御方案的搜索优化㊂１ １㊀基于多实体有限状态机的防御方案效能计算模型㊀㊀潜艇使用自航式诱饵防御鱼雷过程仿真，涉及潜艇㊁鱼雷以及诱饵三个实体，为清晰起见，选择使用多实体有限状态机表示鱼雷防御过程中各实体运动过第６期指挥控制与仿真４９㊀程，建立防御方案效能计算模型如下㊂１ １ １㊀鱼雷防御态势和防御方案表示潜艇鱼雷报警态势用鱼雷到潜艇的距离Ｄ和鱼雷所处的潜艇舷角Ｘ表示㊂潜艇的鱼雷防御方案表示为四元组（αｍ，αｙ１，ｔｙ１，αｙ２），其中αｍ，αｙ１，ｔｙ１，αｙ２分别为潜艇转向角，诱饵的第一次转向角㊁第一段直航时间和第二次转向角㊂防御过程为：潜艇鱼雷报警后立即发射诱饵，并转向αｍ角度规避，诱饵出水后首先转向αｙ１，直航ｔｙ１，然后转向αｙ２，然后再直航至航程终了㊂１ １ ２㊀效能指标使用安全余量作为效能和方案优化指标㊂安全余量分为瞬时安全余量和过程安全余量两种㊂瞬时安全余量定义为Ｊ＝ｄ（Ｍ，Ｃ）Ｍ∉Ｃ０ＭɪＣ{其中，Ｍ为潜艇位置点，Ｃ为鱼雷搜索扇面，ｄ（Ｍ，Ｃ）为点Ｍ到扇面Ｃ的距离㊂过程安全余量定义为整个过程中安全余量的最小值㊂１ １ ３㊀基于多实体有限状态机的效能计算模型根据潜艇㊁诱饵和鱼雷的运动控制逻辑，可建立潜艇使用声抗器材防御鱼雷效能计算的多实体有限状态机模型如图１所示㊂图１㊀潜艇使用声抗器材防御鱼雷效能计算的多实体有限状态机模型㊀㊀根据图１中的潜艇使用声抗器材防御鱼雷效能计算的多实体有限状态机模型进行过程仿真，可以实现潜艇使用声抗器材防御鱼雷效能计算㊂使用过程仿真方法进行作战效能计算思路简单，需要注意的是，临界情况下可能发生事件遗漏（例如漏掉发现鱼雷发现诱饵事件），从而导致效能计算结果发生较大偏差㊂为了降低事件遗漏的可能，进行仿真计算时需要尽量减小仿真的时间步长，这样就会大幅增加过程仿真的计算复杂度㊂１ ２㊀ 过程仿真＋方案搜索 的方案优化模型以效能计算过程仿真模型为基础，构建 过程仿真＋方案搜索 的潜艇使用声抗器材防御鱼雷优化方案模型㊂方案优化模型的最优方案搜索流程如图２所示㊂图２中符号ａｅｒｆａｍ㊁ａｅｒｆａｙ１㊁ｔｙ１㊁ａｅｒｆａｙ２分别为潜艇转向角㊁诱饵第一次转向角㊁诱饵第一段直航时间㊁诱饵第二次转向角㊂Ｎａｅｒｆａｍ㊁Ｎａｅｒｆａｙ１㊁Ｎｔｙ１㊁Ｎａｅｒｆａｙ２分别为潜艇转向角㊁诱饵第一次转向角㊁诱饵第一段直航时间㊁诱饵第二次转向角搜索步数㊂ｄｅｌｔａｅｒｆａｍ㊁ｄｅｌｔａｅｒｆａｙ１㊁ｄｅｌｔｔｙ１㊁ｄｅｌｔａｅｒｆａｙ２分别为潜艇转向角㊁诱饵第一次转向角㊁诱饵第一段直航时间㊁诱饵第二次转向角搜索步长㊂１ ３㊀ 过程仿真＋方案搜索 方案优化模型存在的问题㊀㊀ 过程仿真＋方案搜索 方案优化模型为方案四维搜索优化与效能计算过程仿真的嵌套㊂除了前述过程仿真时间步长要充分小（仿真步数足够多）的要求外，为了保证所得的优化方案与最优方案实际值充分接近，方案搜索步长也要充分小（搜索的步数足够多）㊂如此导致 过程仿真＋方案搜索 的方案优化模型计算量非常大，难以满足临场决策的需要㊂２㊀劣等方案尽早淘汰的方案优化方法所建立的防御方案优化模型是一种 求使得过程中指标函数最小值最大方案 的优化模型，即效能指标为某个量在过程中的最小值，例如模型中的效能指标为过程安全余量，即规避过程中潜艇到鱼雷搜索扇面的距离的最小值，而方案优化的目的是找出使得效能指标最大的方案㊂这类问题在战术决策软件开发过程５０㊀程㊀健，等：潜艇使用声抗器材防御鱼雷方案优化模型及模型求解策略第４１卷图２㊀潜艇使用声抗器材防御鱼雷优化方案搜索流程中经常使用㊂为了提高 过程仿真＋方案搜索 模型求解效率，借鉴整数规划提高算法效率的思想，设计一种淘汰标准即时提高㊁劣等方案及时淘汰 的模型求解加速机制㊂求解整数规划的隐枚举法和分支定界法，核心思想都是尽早判定某些方案不可能是最优方案，从而对其不再进行进一步的搜索计算，达到减少搜索计算量㊁提高计算效率的目的［４⁃５］㊂借鉴这种思想设计的 淘汰标准即时提高的劣等方案及时淘汰 的模型求解加速机制基本思想如下㊂如果已经找到一个效能指标为Ｄｍｉｎ０的方案，则其他的效能指标不高于Ｄｍｉｎ０的方案都不可能是最优方案，而在过程安全余量仿真计算过程中，如果某时刻的安全余量小于等于Ｄｍｉｎ０，则立刻可以判定该方案效能指标已不可能高于Ｄｍｉｎ０，故马上就可终止该方案效能计算㊂最优方案搜索过程中，根据已选出的当前最佳方案，逐步提高Ｄｍｉｎ０的值，也就是提高淘汰标准，从而进一步加速方案优化计算的速度㊂３㊀计算实验根据所设计的模型求解机制编制了模型求解程序，进行计算实验，并与普通的 效能过程仿真＋方案搜索 方案程序进行计算结果和计算耗费时间比较㊂并在处理器多核计算环境下，采用多线程程序进行最优方案求解㊂简单地把第一个方案参数取值的可能空间等分为ｎ份，每个进程负责一个区间内的最优方案的搜索，主进程根据各进程的计算结果确定最佳方案值㊂取潜艇鱼雷报警时鱼雷到目标距离为２ｎｍｉｌｅ，鱼雷所处的潜艇舷角６０ʎ，潜艇速度１８ｋｎ，转向半径０ ３ｎｍｉｌｅ；诱饵速度１２ｋｎ，转向半径０ １ｎｍｉｌｅ，可用航程３ｎｍｉｌｅ；鱼雷搜索航向－９３ ６ʎ（正常提前角攻击方向），鱼雷速度３５ｎｍｉｌｅ，搜索扇面半角６０ʎ，鱼雷对潜艇探测距离０ ８ｎｍｉｌｅ，对诱饵探测距离０ ８ｎｍｉｌｅ，对诱饵识别距离０ ０５ｎｍｉｌｅ㊂每个方案参数搜索步数均为２０，过程仿真时间步长１ｓ㊂计算参数设置和结果显示如图３所示，三种方法所得最优方案效能指标相同，普通方法耗时８１ ３ｓ，引入劣等方案尽快淘汰机制的单线程程序耗时２７ ２ｓ㊁多线程程序耗时１１ ６ｓ㊂实验程序在个人笔记本电脑上运行，笔记本电脑处理器为４核处理器，多线程程序为４线程程序㊂实验结果表明， 淘汰标准逐步提高㊁劣等方案尽早淘汰 机制的引入，可有效提高 过程仿真＋方案搜索 方案优化模型的求解效率㊂而且，这种机制可很方便地应用于多线程并行仿真和决策程序开发㊂４㊀结束语本文建立了 过程仿真＋方案搜索 的潜艇使用声抗器材防御鱼雷方案优化模型，设计实现了 淘汰标准逐步提高，劣等方案尽早淘汰 的 过程仿真＋方案搜索 方案优化模型求解策略㊂该策略的基本思想是：设第６期指挥控制与仿真５１㊀图３㊀ 方案搜索＋过程仿真 使用声抗器材防御鱼雷方案优化方法比较立一个淘汰标准，并在方案优化过程中不断提高该标准，尽早判定劣等方案效能指标已不可能高于淘汰标准，尽早将其淘汰，从而可大幅减少仿真计算量㊂计算实验表明，淘汰标准初值的设置影响方案优化效率以及是否能得到最优方案计算结果，该值越高，非最优方案就能越早被淘汰，故计算效率越高，但若该值大于能搜索到的最优方案值，会导致无法得到解㊂实际使用时可以结合普通的 效能过程仿真＋方案搜索 使用，或者事先积累对于最优方案效能指标的取值范围的经验，作为临场方案优化计算的效能指标淘汰标准值初值㊂参考文献：［１］㊀夏佩伦，李本昌．潜用自航式声诱饵发展有关问题探讨［Ｊ］．火力与指挥控制，２０１２，３７（３）：１⁃３．［２］㊀侯琳，胡波，章桂永．潜艇自航式声诱饵发射方向仿真研究［Ｊ］．计算机仿真，２００９，２６（６）：２３⁃２５．［３］㊀李斌，王顺杰．潜艇应用自航式声诱饵防御声自导鱼雷仿真研究［Ｊ］．指挥控制与仿真，２０１４，３６（３）：９８⁃１０３．［４］㊀于战科，倪明放，汪泽焱，等．整数线性规划的改进分支定界算法［Ｊ］．计算机应用，２０１１，３１（ｚ２）：３６⁃３８．［５］㊀温大伟，谢文环．求解整数规划的一种隐枚举法［Ｊ］．数学教学研究，２０１２，３１（１１）：６０⁃６１．（责任编辑：许韦韦）。
一种反潜声自导鱼雷目标尺度识别方法研究
反潜声自导鱼雷是一种能够根据目标的声音特征进行自主导航
和打击的武器系统。
在实际应用中，准确地识别目标的尺度尺寸对于鱼雷的导航和打击精度至关重要。
因此，研究一种反潜声自导鱼雷目标尺度识别方法具有重要的实际意义。
传统的目标尺度识别方法主要基于目标的声纳特征，如频率、振幅等进行分析。
然而，这些方法往往对噪声和干扰较为敏感，容易导致误识别。
因此，需要寻求一种更加稳定和准确的目标尺度识别方法。
近年来，基于深度学习的目标尺度识别方法逐渐得到广泛关注。
这种方法通过对大量的目标尺度数据进行训练，可以学习到目标尺度的特征表示，从而实现准确的识别。
具体而言，可以使用卷积神经网络（CNN）对目标声音数据进行特征学习和提取，然后使用分类器对不同尺度的目标进行识别。
此外，还可以考虑结合其他传感器的信息，如声呐、红外等，进行多模态的目标尺度识别。
通过综合多种传感器的信息，可以提高目标尺度识别的准确性和鲁棒性。
总之，研究一种反潜声自导鱼雷目标尺度识别方法是一项具有重要实际意义的任务。
通过应用深度学习和多模态信息融合等技术，可以提高目标尺度识别的准确性和鲁棒性，从而提高鱼雷的导航和打击能力。
试验靶标对抗主动声自导鱼雷效能仿真报告本文主要针对试验靶标对抗主动声自导鱼雷效能进行仿真分析和评估。
本文首先介绍了实验的背景和目的，然后详细阐述了仿真模型的构建和参数设定，并且给出了仿真结果的数据分析和总结结论。
最后，提出了几点对改进后续研究的建议。
一、实验的背景和目的主动声自导鱼雷是目前常见的反潜武器之一，具备高效、准确、迅速等优势，已经得到各国军队的广泛采用。
然而，鱼雷局限于水下运动，面对快速变动、极易识别靶标时很难准确打击目标的问题。
因此，本次实验的目的是通过仿真分析建立试验靶标对抗主动声自导鱼雷效能的模型，探索如何有效提高主动声自导鱼雷的打击精度和效率。
二、仿真模型的构建和参数设定该实验采用MATLAB软件进行仿真模拟，包括三个主要模块: 靶标模块、鱼雷模块、及目标模块。
下面分别介绍各模块的参数设定和操作流程。
1、靶标模块试验靶标是一种航行平稳的目标，能够模拟潜艇或舰艇的尺寸和运动，主要参数包括速度、方向、位置和深度等。
为了更好的模拟实际情况，我们将靶标设置为随机变动运动，这样能更真实、全面的反映出主动声自导鱼雷在不同情况下的对抗效果。
2、鱼雷模块主动声自导鱼雷模块包含了鱼雷本身和航向、深度等相关设备的模拟。
该模块设定了初始速度和方向，然后鱼雷会通过声纳系统检测到靶标的位置，并依据算法调整航向和深度来对靶标进行攻击。
因此，鱼雷的控制算法是影响鱼雷攻击效果的重要因素。
具体包括传感器参数、控制系统设计以及导引规律等。
3、目标模块目标模块是鱼雷模块和靶标模块之间的传输调度中心，主要控制鱼雷和靶标之间信息的传递和处理。
将靶标和鱼雷的监视器与控制器相连接是目标模块的核心步骤，通过这一步骤能够实现靶标信息和攻击策略的传递和分析，从而进一步分析对策和措施。
三、仿真结果的数据分析和总结结论我们通过对试验靶标对抗主动声自导鱼雷效能的仿真模拟得出如下结论：1、鱼雷制导精度影响鱼雷攻击的效率。
在不断的仿真实验中，我们发现鱼雷制导精度越高，则鱼雷打击目标的效率也越高。
收稿日期：2017-06-17修回日期：2017-07-23作者简介：宫友明（1983-），男，辽宁辽阳人，会计师。
研究方向：雷达作战使用。
摘要：为优化潜射声自导鱼雷二次转角射击时的射击参数解算模型，采用几何分析法，对预定相遇态势的声自导鱼雷二次转角射击原理进行了分析；分析了相遇态势对鱼雷自导作用距离的影响，并建立了鱼雷自导作用距离的解算模型；综合考虑声自导鱼雷二次转角射击原理和相遇态势对鱼雷自导作用距离的影响，建立了声自导鱼雷二次转角射击时的射击参数优化解算模型，并通过实例证明了模型正确性和方法的可行性。
关键词：声自导鱼雷，二次转角射击，射击参数，优化建模中图分类号：TJ630文献标识码：ADOI ：10.3969/j.issn.1002-0640.2018.07.015引用格式：宫友明，武志东，刘志成.声自导鱼雷二次转角射击目标优化建模［J ］.火力与指挥控制，2018，43（7）：82-85.声自导鱼雷二次转角射击目标优化建模宫友明1，武志东2，刘志成1（1.解放军93534部队，天津301716；2.海军潜艇学院，山东青岛266042）Optimal Modeling of Two-Time Rotating AngleShoot Target for Acoustic Homing TorpedoGONG You-ming 1，WU Zhi-dong 2，LIU Zhi-cheng 1（1.Unit 93534of PLA ，Tianjin 301716，china ；2.Navy Submarine Academy ，Qingdao 266000，china ）Abstract ：In order to optimize the calculating model of two -time rotating angle shoot target foracoustic homing torpedo ，this paper analyzes the acoustic homing torpedo hitting principle by using the geometrical analysis method.Then this paper analyzes the Influence of encountering situation and establishes the calculation model of torpedo homing radius.Based on this ，the paper optimizes themodel of two-time turn angle shooting under predetermined encountering situation for acoustic homing torpedo with accounting for both the hitting principle and the influence of encountering situation.Example result demonstrates the correctly of model and the feasibility of the optimal method lastly.Key words ：acoustic homing torpedo ，two-time rotating angle shooting ，shooting parameter ，optimal modelingCitation format ：GONG Y M ，WU Z D ，LIU Z C.Optimal modeling of two-time rotating angle shoot target for acoustic homing torpedo ［J ］.Fire Control &Command Control ，2018，43（7）：82-85.0引言潜射鱼雷攻击目标时，通常采用一次转角射击方式，当鱼雷一次转角射击不能满足鱼雷以有利相遇态势接近并发现目标时，需实施二次转角射击［1］。
文献［2］研究了预定相遇态势下的鱼雷二次转角射击通用建模方法。
声自导鱼雷转角射击时，为降低射击参数解算模型的复杂度，通常不考虑相遇态势对鱼雷自导作用距离的影响［3-4］，这时实际鱼雷声自导作用距离与预期的鱼雷声自导作用距离之间的偏差导致鱼雷实际自导段弹道与预期的自导段弹道存在偏差，在鱼雷命中角较大或较小情况下，会产生较大弹道偏差，甚至鱼雷无法稳定追踪目标。
基于以上考虑，本文拟对预定相遇态势下潜射声自导鱼雷二次转角射击时的射击参数解算模型进行优化，使其兼顾模型解算可行性和相遇态势对鱼雷声自导作用距离的影响。
文章编号：1002-0640（2018）07-0082-04Vol.43，No.7Jul ，2018火力与指挥控制Fire Control &Command Control 第43卷第7期2018年7月（总第43-）1声自导鱼雷二次转角射击原理假设潜艇发射鱼雷时刻目标位于M s 点，航向为C m 、速度为V m 、舷角为Q ms 、方位为B s 、射距为D s ，潜艇位于W s 点，航向为C w 、速度为V w 、舷角为Q ws ，潜艇对目标实施声自导鱼雷二次转角射击的射击原理，如图1所示。
图1声自导鱼雷二次转角射击原理示意图图1中，D n 为潜艇观测器材位置点到鱼雷发射管管口之间的距离；φ为鱼雷射击提前角；θ为鱼雷命中角（即鱼雷发现目标时刻，目标航向线与鱼雷反航向线之间的夹角）；r 0为鱼雷自导作用距离；S zh 为鱼雷抛射段航程；S 1和S 2分别为鱼雷二次转角前后的直航段航程。
当潜艇采用声自导鱼雷攻击目标时，射击瞄准点是发射鱼雷时刻的目标位置点M s ，当鱼雷发射出管后航行到T 点时其自导扇面的前沿与目标同时到达预定相遇点C 而构成鱼雷的发现条件，即：其中，V Tl 为鱼雷低速；V Th 为鱼雷高速；R T 为鱼雷旋回半径；ω1和ω2分别为鱼雷一次和二次转角。
可建立声自导鱼雷的射击方程［5］，即：（1）其中，。
解算声自导鱼雷射击诸元时，通常将鱼雷自导作用距离r 0取为定值，此时式（1）共有4个未知数（φ、θ、S 1、S 2）或（φ、ω2、S 1、S 2），显然式（1）有无穷多解。
为了使式（1）的解具有唯一性，通常在鱼雷二次转角射击时预先给定鱼雷与目标的末段相遇运动态势，即预先指定θ和S 2。
实际上目标的辐射噪声和目标对声波的反射强度均具有方向性，即鱼雷自导作用距离随鱼雷发现目标时所处目标舷角的变化而变化。
2鱼雷声自导作用距离解算模型影响鱼雷声自导作用距离的因素主要有水文条件、目标声源级、目标反射强度、鱼雷自噪声、声波传播损失和海洋混响等，此外还与鱼雷自导装置性能密切相关。
在理想的水文条件下，鱼雷自导装置主要是受各向同性背景噪声的影响。
本文仅分析背景噪声为各向同性噪声时的鱼雷声纳探测能力。
下面分别研究鱼雷主动声自导作用距离r zd 和被动声自导作用距离r bd 的解算方法。
2.1鱼雷主动声自导作用距离依据文献［6］可知主动声纳方程为：（2）其中：TL 为声传播损失；SL 为鱼雷发射声源级；TS 为目标反射强度；NL 为背景噪声干扰级，主要指鱼雷自噪声；GL 为鱼雷自导装置处理增益；DT 为检测阈。
声传播损失TL 的常用计算方法为：（3）其中，β为声波传播衰减系数。
鱼雷自噪声NL 的解算模型为：（4）其中，V T 为鱼雷航行速度；H T 为鱼雷搜索深度；f 为鱼雷自导装置中心工作频率。
目标反射强度TS 与目标的大小、材料及入射波的角度有关，其解算模型为：（5）其中：其中，K 为声波反射系数；A ，B ，C 分别对应目标的长度、宽度和吃水深度（对水下目标为其高度）；Q m为鱼雷发现目标时所处的目标舷角，当鱼雷搜索扇面前沿中点与目标相遇时目标舷角Q m 即为鱼雷命中角θ。
宫友明，等：声自导鱼雷二次转角射击目标优化建模1199（总第43-）火力与指挥控制2018年第7期联立式（2）~式（5），即可解算出不同目标舷角Q m 所对应的鱼雷主动声自导作用距离r zd 。
2.2鱼雷被动声自导作用距离依据文献［6-7］可知被动声纳方程为：（6）其中，SL 为舰船辐射噪声，其解算模型为：（7）其中，T 为排水量；f 为频率；k （Q m ）为与目标舷角Q m 有关的系数，且或用以下模型近似计算：联立式（3~4，6~7），即可解算出不同目标舷角Q m 所对应的鱼雷被动声自导作用距离r bd 。
3鱼雷二次转角射击时的参数解算模型优化预定相遇态势下声自导鱼雷二次转角射击参数的解算步骤为：1）基于攻防态势解算声自导鱼雷一次转角射击时的命中角θ；2）在一定角度范围内将命中角θ优化为θ′，并确定出鱼雷二次转角结束时与目标的相遇运动态势；3）解算预定相遇态势下声自导鱼雷二次转角射击时的射击诸元。
其解算流程如图2所示。
由图2可知，在鱼雷射击诸元解算过程中始终认为鱼雷自导作用距离r 0保持不变，而实际上r 0随鱼雷与目标的相遇态势的变化而变化，使得鱼雷首次发现目标时，目标不一定正好位于鱼雷搜索扇面前沿中点附近，而可能偏离鱼雷搜索航向较大的角度，以致实际的鱼雷追踪目标弹道过程与期望的鱼雷末段弹道过程可能相差甚远。
可见，若能实时解算声自导鱼雷作用距离，优选声自导鱼雷二次转角射击时的命中角，提高预定相遇态势（即鱼雷和目标的相遇态势）的可行性和可信度，将能在很大程度上减小鱼雷末段搜捕目标弹道过程的不确定性，改善鱼雷作战效能。
优化后的鱼雷射击诸元解算流程，如图3所示。
4实例分析假设潜艇发射鱼雷时刻的目标航向C m 为160°、航速V m 为20kn 、方位B s 为0°、射距D s 为35cab 、长度A 为130m 、宽度B 为50m 、吃水C 为10m 、排水量为3000t ，潜艇航向C w 为330°、航速V w 为4kn 、航深H w 为50m ，鱼雷高速V Th 为60kn 、低速V Tl 为30kn 、抛射段航程S zh 为100m 、旋回半径R T 为30m 、声自导作用距离R 0为1000m 、声自导装置的处理增益GL 为20db 、检测阈DT 为10db 、中图2声自导鱼雷二次转角射击时的参数解算流程图3声自导鱼雷二次转角射击时的参数优化解算流程1200（总第43-）心工作频率为40kHz 、搜索深度H T 为15m 、主动声自导的声源级为140db 。
此外，作战海区为等温层，水温t 为5℃。
