中国指挥与控制学会会刊 
线导鱼雷作为水下运载体使用的精确制导武器之一,对水面舰船和水下目标造成重创乃至毁伤沉没是其攻击使用的根本目的[1]。通常只要有稳定的目标方位信息就可以实施线导鱼雷攻击[2-3]。由于海洋环境影响水下运载体探测设备、艇载武器的整体技术战术性能[4],因此,由海洋环境导致的目标方位误差很大程度上会影响攻击效果。影响水下运载体的海洋环境参数主要有海流、海洋锋、跃层、声场结构、内波和海底地形等海洋环境要素[5]。其中,海洋锋是海洋中存在的特征明显不同的两种或几种水体之间的狭窄过渡带,其生命期可达数月,分布从数千米到数千千米,深度可涵盖潜艇全部航行深度[6],如东海黑潮海洋锋区[7-8]。
目前,国内对于海洋锋的研究多集中于海洋、水文、气象对水下潜体的影响等[9⇓-11],未见有针对线导鱼雷攻击影响方面的文献。如文献[9]介绍了基于卫星遥感海面温度数据的海洋锋分海区分析方法,对中国近海海洋锋分布进行了研究。由于在海洋锋区存在明显的时/空间特征变化,导致锋区声速具有明显的水平梯度变化,与声速的垂体梯度变化相类似,水平梯度变化会改变水下声传播的方向,导致声呐探测水下目标方位发生改变,这种改变反映到声呐目标方位上就会产生一定的目标方位误差,从而影响线导鱼雷的使用。
本文主要通过研究海洋锋产生的目标方位误差,分析其对线导鱼雷使用的影响,可为鱼雷的使用提供一定的参考。
1 声波传播规律
2 海洋锋方位误差计算模型及分析
从图1 中可以看出,方位误差的大小等于目标实际方位减去目标实测方位,也可用式(2)表示。
ε=|α-β|-γ
式中:ε为目标方位误差大小;γ为声源入射线和目标实测方位线反向的夹角。
从式(1)可知,声线的折射角是入射角的函数,声线从锋的两侧入射时,产生的水平偏转角度有很大的差别。因此,将式(1)代入式(2)可得
ε= -γ
从式(3)中可以看出,目标方位误差的大小与入射角α、声速C2和C1的比值及γ角有关。
1)从图1 中可以看出,入射角α的大小与声源点和接收点相对于锋面法线的位置有关。显然,当声源点和接收点的连线即目标的实际方位线与锋面法线的夹角越大,则入射角α越大,反之亦然。因此,实际中如果能预知海洋锋的大致走向,则可根据目标实测方位大致预估入射角α的范围大小。
2)在一定条件下,当声线由暖水区经过锋面向冷水区传播时,C1要大于C2,通过式(3)可以看出,随着海洋锋强度的增大,声线的水平偏转角度同时增大,导致目标方位误差增大。而当声线由冷水区经过锋面向暖水区传播时,可得到相同结论。
3)从图1 中可以看出,γ的大小与锋面处于声源点和接收点的相对位置有关,例如,锋面处于中间位置时,三角形OAB大致呈等腰三角形,此时,γ的大小接近于偏转角的一半。而锋面越靠近声源点,γ越大;锋面越靠近接收点,γ越小。
假设目标处于暖水区,暖水区一侧锋面声波传播速度为1 530 m/s,本艇处于冷水区,冷水区一侧锋面声波传播速度为1 490 m/s。利用公式(3)计算不同情况下初始目标方位误差。
表1 不同条件下初始目标方位误差 |
| 入射角/(°) | OA与OB距离比( | ||
|---|---|---|---|
| 1/2 | 1 | 2 | |
| 10 | 0.1 | 0.1 | 0.2 |
| 20 | 0.2 | 0.3 | 0.4 |
| 30 | 0.3 | 0.4 | 0.6 |
| 40 | 0.4 | 0.6 | 0.8 |
| 50 | 0.6 | 0.9 | 1.2 |
| 60 | 0.8 | 1.3 | 1.7 |
| 70 | 1.3 | 1.9 | 2.5 |
| 80 | 2.1 | 3.2 | 4.3 |
另外,当目标处于冷水区,本艇处于暖水区时,同样满足以上规律,只是方位误差的符号发生了变化。
3 海洋锋对线导鱼雷攻击影响分析
想定条件1:目标处于暖水区,暖水区一侧锋面声波传播速度为1530 m/s,本艇处于冷水区,冷水区一侧锋面声波传播速度为1490 m/s,本艇航向为020°,速度为4 kn,目标方位为020°,目标舷角为右舷30°,目标速度为16 kn,采用线导被动声自导,鱼雷平均速度为40 kn,自导作用距离为1500 m。
表2 不同射距下鱼雷能捕获目标时方位误差的最大值 |
| 射距/cab | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
|---|---|---|---|---|---|
| 方位误差最大值/(°) | 3.5 | 2.9 | 2.5 | 2.2 | 2 |
从表2 中可以看出,随着射距的增大,对目标方位误差的要求越高。例如,当射距为90 cab时,若入射角达到70°以上,参考表1 中所示数据,鱼雷捕获目标概率较低。因此,大射距条件下实施攻击时,应主要注意入射角的大小带来的影响。
4 降低海洋锋对线导鱼雷攻击影响措施
如前所述,实际中如果能预知海洋锋的大致走向,则首先可根据目标实测方位大致预估入射角α的范围大小。当预估入射角α的范围大小后,可根据本艇所处冷水/暖水区位置,本艇距离锋面的距离以及估计得目标距离锋面的距离,对线导鱼雷的导引方位进行适当修正,当无法预估目标距离锋面距离时可按OA与OB距离比为1∶2进行计算。
以本艇处于冷水区为例进行说明,当预估入射角为70°时,若估计OA与OB距离比为2∶1,则估计海洋锋产生的方位误差为2.5°。根据表2 数据,射距超过80 cab,方位误差大于2.2°后鱼雷将无法捕获目标,如图6 所示。此时可利用将实测方位减小2.5°左右后得到的新方位导引鱼雷,如图7 所示,此时鱼雷能够捕获目标。
5 结束语
本文主要对海洋锋产生的目标方位误差对线导鱼雷使用的影响问题进行了研究,通过分析,可以得到以下结论。
1)能预知海洋锋的大致走向时,可根据目标实测方位大致预估入射角α的范围大小,进而大致确定目标方位误差,对鱼雷的使用有一定的参考价值。
2)在海洋锋、目标、本艇位置比例固定的情况下,随着入射角的增大,产生的方位误差增大;而在相同的入射角条件下,海洋锋位置越接近本艇,则产生的方位误差越大,在条件允许时,适当远离海洋风区域有利于降低目标方位误差。
3)随着入射角的增大,方位误差增大的幅度也增大。随着射距的增大,对目标方位误差的要求越高。大射距条件下实施攻击时,更应注意入射角的大小。