舰载反鱼雷鱼雷作战效率仿真研究

第２８卷第６期　计算机仿真　２０１１年６月　

文章编号：１００６—９３４８（２０１１）０６—０００９—０４　

舰载　反鱼雷鱼雷作战　效率仿真研究　

姜凯峰　，周　明　，林宗祥　

（１．海军大连舰艇学院水下战研究所，辽宁大连１１６０１８；　２．海军大连舰艇学院博士生队，辽宁大连１１６０１８）　

摘要：研究舰艇对抗性，有效拦截来袭鱼雷的问题，为提高舰载反鱼雷鱼雷拦截来袭鱼雷的作战效率，根据反鱼雷鱼雷典型　作战态势建立了鱼雷弹道模型、自导检测模型以及舰艇规避模型，定量分析了影响反鱼雷鱼雷拦截概率的主要因素，运用　

Ｍａｔｌａｂ工具，模拟了反鱼雷鱼雷作战过程。仿真结果表明，射击距离和报警舷角对反鱼雷鱼雷拦截概率有较大影响，提高对　来袭鱼雷的定位精度，增加反鱼雷鱼雷自导作用距离、自导扇面角可以有效提高反鱼雷鱼雷拦截概率，可为反鱼雷鱼雷的设　计与研制等方面提供参考。　关键词：反鱼雷鱼雷；作战效率；鱼雷弹道模型；仿真　中图分类号：ＴＪＯ１　文献标识码：Ａ　

Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

ｏｆ　Ｓｈｉｐｂｏａｒｄ　Ａｎｔｉ——ｔｏｒｐｅｄｏ　Ｔｏｒｐｅｄｏ　

ＪＩＡＮＧ　Ｋａｉ—ｆｅｎｇ　，ＺＨＯＵ　Ｍｉｎｇ　，ＬＩＮ　Ｚｏｎｇ—ｘｉａｎｇ　

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ｗａｒｆａｒｅ，Ｄａｌｉａｎ　Ｎａｖａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　１　１６０１８，Ｃｈｉｎａ；　

２．ＰＨＤ　Ｔｅａｍ　ｏｆ　Ｄａｌｉａｎ　Ｎａｖａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　１　１６０１８，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｓｈｉｐｂｏａｒｄ　ａｎｔｉ—ｔｏｒｐｅｄｏ　ｔｏｒｐｅｄｏ（Ａｒｒｒ），ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｅｔｓ　ｕｐ　ａ　ｂａｌｌｉｓｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ａ　ｓｈｉｐ　ｅｖａｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｔｅ．Ｉｔ　ｕｓｅｓ　Ｍａｔｌａｂ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ　

ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ　ｏｆ　ＡＴＴ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ａ１Ｔｒ　ａｒｅ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｗｅ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｉｎｃｏｍｉｎｇ　ｔｏｒｐｅｄｏ　ａｎｄ　

ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｈｏｍｉｎｇ　ｒａｎｇｅ　ａｎｄ　ｈｏｍｉｎｇ　ｓｅｃｔｏｒ　ａｎｇｌｅ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒ丌．Ｔｈｅ　ｃｏｎ－　

ｃｌｕｓｉｏｎ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｓｏｍｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．　

ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＡＴＦ；Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；Ｔｏｒｐｅｄｏ　ｂａｌｌｉｓｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

１　引言　

现代水面舰艇水声对抗装备包括探测报警装备、软杀伤　

对抗装备和硬杀伤对抗装备等…　。其中，反鱼雷鱼雷　

（Ａｎｔｉ—ｔｏｒｐｅｄｏ　ｔｏｒｐｅｄｏ，以下称Ａ１Ｔｒ）是硬杀伤对抗装备中比　

较理想的对抗武器，它通过自身机动积极、主动搜索并有效　

拦截来袭鱼雷，已经得到许多国家的重视，美国、德国等军事　

强国均已研制了反鱼雷鱼雷。目前国内外关于Ａ　Ｉｒｒ的资料　

以介绍性为主，而关于作战效率和作战使用方面的资料相对　

较少。　本文根据Ａ１Ｔｒ典型作战态势建立了鱼雷弹道模型扇面　

检测以及舰艇规避模型。仿真程序采用Ｍａｔｌａｂ　语言编制，　

基金项目：国防科技国家级重点实验室基金项目资助（９１４０￣）　收稿日期：２０１０—０５—０７　模拟了Ａ１Ｔｒ的拦截弹道，以拦截概率表征Ａ，ｒｒ作战效率，用　

蒙特卡洛法定量讨论了主要因素对作战效率的影响并提出　

相应的作战使用建议。　

２典型作战态势　

以美ＭＫ４８为作战对象，舰艇发射Ａ１Ｔｒ时，ＭＫ４８鱼雷根　

据距离选择线导或自导导引方式，最终以固定提前角方式攻　

击舰艇。　

假设来袭鱼雷速度　，ＡＴＴ航速　，我舰航速　，来袭　

鱼雷、ＡＴＴ的提前角分别为Ｆａｉ—ｔ　Ｆａｉ　ａｔ。如图１所示，以舰　

艇鱼雷报警时的位置为坐标原点，我舰航向为　轴建立直角　

坐标系，　为来袭鱼雷与我舰之间的距离。鱼雷报警后，指　

挥仪迅速解算来袭鱼雷航向、Ａ１Ｔｒ射击诸元，进行参数设定，　

此时舰艇到达Ｆ点，Ａ１Ｔｒ在Ｔ点，发控仪经系统反应时间发　

一９一

　射ＡｒＩＴＩ１，ＡｒＩＴＩ’根据设定的参数进入相应弹道，当其接近到来　

袭鱼雷一定距离时进行自爆，或摧毁鱼雷，或使来袭鱼雷的　自导控制系统失效［４　３。　

▲　１　

０　Ｆ　ＣｗＶｗ　Ｘ　

图１　ＡＴｒ拦截示意图　

３模型建立　

３．１来袭鱼雷弹道模型　

＋１＝　＋Ｖ，ｓｉｎ（Ｃ　）Ａｔ　

＋１＝　＋Ｖ，ｃｏｓ（Ｃ　）△￡　

＝　ａ　箍ｌ　

－ｓｏ。一一ｎ＿篇ｌ　

啪。＋…Ｉ　ｌ　

ｓ—ａｒｃｔａｎ　Ｉ　

９０。　（１）　

（２）　

（Ｘ　≥　，　＞　）　

（　＞Ｘ　，　＜Ｙｗ）　

（　≤　，　＜Ｙｗ）　（３）　

（　＜Ｘ　，　＞Ｙｗ）　

（　＞Ｘ　，　＝Ｙｗ）　

（　＜Ｘ　，　＝Ｙｗ）　

式中：　

一来袭鱼雷航速；　

Ｃ　一来袭鱼雷估计航向；　

＋。一鱼雷在ｔ＋１（经时间△ｆ后）时刻横坐标；　

一鱼雷在ｔ时刻横坐标；　

＋　一鱼雷在ｔ＋１（经时间△￡后）时刻纵坐标；　

一鱼雷在ｔ时刻纵坐标；　

一鱼雷在ｔ时刻横坐标；　、　

一鱼雷在ｔ时刻纵坐标；　

一来袭鱼雷相对我舰的方位。　

△ｆ一仿真步长。　

以ＭＫ４８为来袭鱼雷，大于３０００米时线导，考虑到探测　

潜艇难度较大，模型中的用固定提前角为０时的弹道代替线　

导弹道即Ｃ　＝　；小于３０００米时自导，　由估计来袭鱼雷提　

一１０一　前角方位转换求得。　

３．２反鱼雷鱼雷弹道模型　

入水段弹道模型：　

－＝　Ａ‘　ｒ．ｃｏｓ（　ｒ）’ｓｉｎ（ｃ　）・Ａｔ　（４）　【　＋１＝ｙｆ＋Ａ・　・ＣＯ８（Ｏ／　）・ＣＯＳ，（Ｃ　）・△ｆ　

式中：　

，—Ａ　入水速度；　

Ｏｌ　一，４　入水角度；　

Ａ—Ａ玎入水后的阻尼系数；　

Ｃ　丌航向；　下潜寻深段弹道模型：　

－：　Ａ‘　…ｓ（卢）。ｓｉｎ（ｃｍ）・Ａｔ（５）　

Ｌ　ｙｆ＋１＝　十Ａ・　・ｃｏｓ（　）・ＣＯＳ（Ｃ　）・△￡　

式中：　

＿－Ａ　航速；　

Ａ　下潜角。　

直航搜索段弹道模型：　

置＋１＝　＋Ｖｏ　ｓｉｎ（Ｃ　）　（６）　

＋ｌ＝　＋Ｖｏ　ＣＯＳ（Ｃ　）△ｆ　（７）　

跟踪段弹道模型：　

＋。＝　＋　ｓｉｎ（Ｃ　＋６）Ａｔ　（８）　

ｙ　＋１＝ｙ　＋　ＣＯＳ（Ｃ　＋占）Ａｔ　（９）　

式中，６为固定提前角。　

３．３自导检测模型　

Ａ１Ｔｒ采用扇面检测法进行主动检测，即在鱼雷搜索期　间，要想使自导装置捕获目标，必须使目标进入自导装置有　

效作用范围之内，即目标要落入到自导扇面中，需满足相对　

距离和相对方位的约束条件。　

ＡＴＴ与来袭鱼雷的相对距离：　

Ｄ＝￣／（置一　）　＋（　一ｙ　）　（１０）　

来袭鱼雷相对　的方位：　

＝　ａｒｃｔａｎ　１　Ｘ　，－Ｘ￣　ｉ　

。－ａｒｃｔａｎｌ　

。＋一ｎｌ　

ｓ一一ｎ】矬　

９０。　

式中，　

置——来袭鱼雷横坐标；　

ｙｆ——来袭鱼雷纵坐标；　

——‘４　横坐标；　

——｜４　纵坐标。　（　≥　，ｙ｜＞　）　

（Ｘ　＞　，　＜　）　

（　≤　，　＜　）（１１）　

（　＜　，　＞　）　

（　＞　，　＝　）　

（置＜　，　＝　）

　当Ｄ＜ｒ且Ｃ　一Ａ＜　＜Ｃ　一Ａ时，鱼雷捕获目标。其　

中，　、ｒ．Ａ分别为Ａ１Ｔｒ航向、Ａ　丌自导作用距离和Ａ１Ｔｒ自　

导扇面半角。　

３．４舰艇规避模型　

规避样式：　

考虑来袭鱼雷小舷角攻击时加速会缩短与来袭鱼雷的　

距离，因而采用“旋回＋加速”的机动样式。当舰艇旋回至将　

来袭鱼雷甩到舷角±１５５。时停止旋回，改为加速直航运动，　

如图２所示。　

／　

／　

／　

图２舰艇规避来袭鱼雷示意图　

图２中，　点为鱼雷报警时我舰位置，　点为鱼雷报警　

时来袭鱼雷位置，Ｃ　为我舰完成规避后的航向。　

规避时机：　

以鱼雷报警时间为计时起点，经过舰长接到报警到做出　

决策的反应时间　和舰艇操纵的延迟时间　，舰艇开始规　

避。因此规避时刻为Ｔ＝　＋　，该时间与系统反应时间、　

舰长和舰员的训练水平有关。　

旋回段模型：　

＋ｌ＝Ｘ　＋Ｌｓｉｎ（Ｃ　＋ａＡｔ／２）　（１２）　

＋ｌ＝　＋Ｌｃｏｓ（Ｃ　＋ｏａｔ￣２）　（１３）　

Ｌ＝ｌ　２Ｒ　ｓｉｎ（ａＡｔ／２）Ｉ　（１４）　

式中，　

Ｃ　——舰艇航向　

——两点间的舷长；　

Ｒ　——舰艇旋回半径　

０ｔ——舰艇旋回角速度，左旋取负，右旋取正。　加速直航段模型：　

Ｘ　１＝Ｘ　＋Ｖ　ｓｉｎ（Ｃ　）Ａｔ　（１５）　

ｙｆ＋Ｉ＝　＋Ｖ　Ｃ０８（Ｃ　）Ａｔ　（１６）　

Ｖ　＝Ｖ　＋／３Ａｔ　（１７）　

式中，口为舰艇加速度。　

４命中目标条件分析　

Ａ１Ｔｒ发现并捕获目标后，在追踪段能否命中目标与阵位　条件及本身战术技术性能有关　Ｊ，把命中目标条件归结为：　

１）在速度比和发射敌舷角一定的条件下，按一定提前角　

射击，必须使Ａ１ＴＩ’在自主搜索段捕获目标。　

２）考虑到ＡＴＴ丢失目标无再搜索段，射击距离的选择　

应保证Ａ１Ｔｒ自导搜索段和自导跟踪段之和不大于ＡｒＩＴＩ＇总动　

力航程。　

３）Ａ１Ｔｒ捕获目标进入跟踪段，当Ａｒｒｒ与目标距离Ｄｓ＜　

２５ｍ时，认为拦截成功。　

５仿真结果分析　

假设上述模型中来袭鱼雷在末弹道以固定提前角５。攻　

击我舰，来袭鱼雷速度Ｖ　＝５０ｋｎ，Ａｒｒｒ速度Ｖ　＝５０ｋｎ，自导　

作用距离Ｒ＝６００ｍ，自导扇面角　＝６０。，我舰初始航速Ｖ　＝　

１２ｋｎ，最高航速Ｖ　一ｍａｘ＝３０ｋｎ，旋回半径Ｒ　＝２００ｍ，旋回角　

速度ｄ＝１。／ｓ，系统反应时间为１２ｓ，仿真次数２０００次，仿真　

步长０．５ｓ。　

５．１拦截弹道仿真结果　图３为第２３次模拟中Ａ，ｒｒ成功拦截来袭鱼雷弹道仿真　

图，图４为第４５次模拟中Ａ１ＴＩ＇未成功拦截来袭鱼雷弹道仿　

真图。　

量　ｊ。　／　Ｓｍｆ￣ｅＳ　—　

‘＼　ｌ订＼　＼　

、　＼　

＼一　＼　

＼　＼　

｛　｛Ｉ１　番　横坐标　

图３　ＡＴＴ成功拦截来袭鱼雷弹道仿真图　

ｓｌｍ　ｓ　曩　

＼　．　ＡＴｒ　

ｆ　．　、＼　

｜　＼．　ｌ　

１　

横坐标／ｍ　

图４　ＡＴＴ未成功拦截来袭鱼雷弹道仿真图　

图３中，由于鱼雷报警舷角较小，来袭鱼雷相对本艇方　

一

ｌ１一