反鱼雷鱼雷武器系统效能仿真
顾天军，孙振新，刘 希
(江苏自动化研究所，江苏 连云港 222006)
摘要： 反鱼雷鱼雷拦截来袭鱼雷常用的方式有直接拦截和迎面拦截，在此基础上研究了当前位置拦截和概略位置拦截的效能，分析了它们的适用条件和作战特点；并研究了拦截距离、探测误差、自导作用距离、自动搜索扇面角对反鱼雷鱼雷效能的影响；最后，基于以上4种不同拦截方式的适用条件制定了反鱼雷鱼雷防御作战策略。
关键词： 反鱼雷鱼雷；迎面拦截；当前位置；概略位置
0 引 言
现代鱼雷在水面、空中和水下的广泛应用大大提高了对水下目标的隐蔽搜索、探测和攻击能力，水面舰艇的生存受到了越来越大的威胁，这迫使水面舰艇采用更多的方式进行防御。从目前水面舰艇防御鱼雷的发展趋势来看，防御武器分为软杀伤武器和硬杀伤武器[1]。随着现代鱼雷对目标的提取和判断，已经能够有效识别假目标、声诱饵、声对抗等“软对抗”器材；当前的硬杀伤武器主要是反鱼雷深弹，但其精度低、拦击概率不高。反鱼雷鱼雷(ATT)作为一种积极主动搜索并拦截来袭鱼雷的“硬杀伤”武器，可应对多种制导类型鱼雷，以其毁伤概率高成为各国海军水下防御的重要发展方向。
根据报道，各海军强国的反鱼雷鱼雷都有初步发展。法国和意大利对联合研发的MU90轻型反潜鱼雷进行改进，研制出MU90HK反鱼雷鱼雷。据报道，MU90HK对直航鱼雷、尾流自导鱼雷有很高的命中率[2]，结合软杀伤武器可以有效应对多种重型鱼雷。德国研制的“海蜘蛛”反鱼雷鱼雷，直径210 mm，长2 260 mm，重115 kg，采用主被动声自导的自导方式，既可装备于水下潜艇，也可装备于水面舰艇[3]。俄罗斯研制的“小包”-E/NK反鱼雷鱼雷系统已经装备使用。
反鱼雷鱼雷拦截来袭鱼雷存在多种拦截方式[4]，而拦截方式的选择直接影响反鱼雷鱼雷对来袭鱼雷的拦截效果。本文选取了鱼雷攻击水面舰艇的多种典型态势，运用Matlab工具分析了在反鱼雷鱼雷不同拦截方式下，拦截距离、探测误差、自导作用距离、自导搜索扇面角对反鱼雷鱼雷效能的影响，并基于4种拦截方式的适用条件且结合作战态势制定了反鱼雷鱼雷防御策略。
1 模型的建立
1.1 直接拦截模型
直接拦截弹道就是在解算出来袭鱼雷攻击弹道后，将反鱼雷鱼雷发射到来袭鱼雷未来弹道航路的附近，使来袭鱼雷刚好处于其自导搜索扇面形心位置，进而实施拦截，来袭鱼雷初始位置在M 点，以固定提前角方式攻击，舰艇发射反鱼雷鱼雷直接拦截来袭鱼雷，反鱼雷鱼雷在O 点以β 发射后，沿直线航行，直至在B 点与来袭鱼雷相遇，拦截弹道如图1所示。
趾臂指数与踝肱指数对诊断2型糖尿病下肢动脉粥样硬化病变的临床价值………………………… 张麦叶 任丽君 高彬（1）48
图1 反鱼雷鱼雷直接拦截示意图
图中：V b 为舰艇航速(kn)；V m 为来袭鱼雷航速(kn)；V a 为反鱼雷鱼雷航速(kn)；k 为舰艇航速和来袭鱼雷速度比；q 1为目标初始方位(°)；r 1为目标初始距离(m)；r 2为相遇时雷舰距离(m)。
假设来袭鱼雷采用固定提前角的攻击方式，从A 点到B 点的导引时间t 为：
反鱼雷鱼雷的旋回弹道模型：
水下机器人的LiFi通信数据如图10所示,由示波器显示可知,在时隙频率为 100 kHz 时水下联调时发射端(示波器通道2)与接收端(示波器通道1)的信号输出波形对比。可以发现,接收端的脉冲与发射端相应的脉冲一致,无延迟和丢包的现象。实验表明水下机器人之间的协调作业通过LIFI通信不仅能够避免因干扰带来的数据丢失和错误的问题,还能够提高信号传输的效率和安全性。
(1)
可得到如下数学模型：
经病理证实，42例疑似乳腺病变患者中，阳性共计32例，阴性10例；乳腺MR动态增强单一检查中，阳性25例，阴性17例；乳腺MR动态增强扫描联合扩散加权成像检查中，阳性31例，阴性11例。详情见表1。
(2)
(r 2)2=(V a t )2+(V w t )2-2V a t ·V w t ·cosβ
(3)
r 2[k +cos(q 2+η )]}
(4)
θ =π-q 1
没多久，市里要建一个新电厂，公开招工人。李红怂恿齐海峰和她一起考：“这可是个千载难逢的好机会，难道你要在菜站当一辈子临时工？万一哪天菜站解散了怎么办？”
(5)
通过解上述方程，给出方位角θ 即可求出ATT发射角β 。
1.2 迎面拦截模型
迎面拦截就是在解算来袭鱼雷攻击弹道后，将反鱼雷鱼雷发射到来袭鱼雷未来弹道航路上的某一点，使其转向沿着来袭鱼雷相反的方向航行，进而实施拦截，如图2所示。
图2 迎面拦截弹道示意图
反鱼雷鱼雷直航弹道[5-6]相应的数学模型：
X t+1 =X t +V sin(C t )Δt
(6)
Y t+1 =Y t +V cos(C t )Δt
(7)
式中:V 为反鱼雷鱼雷航速(kn)；C t 为反鱼雷鱼雷的航向(°)。
r 2[k +cos(q 2+η )]}
X a (t )=r a ·cos(ω a ·(t -t s ))
(8)
反鱼雷鱼雷旋回后的弹道模型：
(9)
图5为鱼雷报警舷角60°、反鱼雷鱼雷自导作用距离800 m、报警舷角误差3°、报警距离误差2%D ，搜索扇面角90°时,反鱼雷鱼雷发现概率随拦截距离的变化趋势图。
C t (t )=(sin(ω a ·(t -t s )),cos(ω a ·(t -t s )))
(10)
式中：r a 为反鱼雷鱼雷的旋回半径；ω a 为反鱼雷鱼雷的旋回角速度。
Y a (t )=r a ·sin(ω a ·(t -t s ))
X t+1 =X t +V ·sin(C t +ω a )Δt
(11)
Y t+1 =Y t +V ·cos(C t +ω a )Δt
(12)
1.3 当前位置拦截模型
当前位置拦截就是在无法准确掌握目标运动趋势或者本舰在近距离发现目标时，距离比较近，时间比较紧急，来不及解算目标航速、航向，反鱼雷鱼雷通过一次转角后直接朝着目标的当前位置发射实施拦截，如图3所示。
水面舰艇在O 点以速度V w 、航向C w 运动，目标当前位置在M 点，反鱼雷鱼雷旋回半径为R ，声纳探测到来袭鱼雷方位q 、雷舰距离D 。由于距离较近，来不及解算目标运动要素，考虑到反鱼雷鱼雷发射装置角度问题，反鱼雷鱼雷以π/4的发射角度沿着
方向发射出去，直航时间t 后，在A 点以半径为R ，转过θ 后，反鱼雷鱼雷方向指向来袭鱼雷M 点位置，沿着
方向进行扇面搜索。
图3 当前位置拦截弹道示意图
根据图中几何关系及正弦定理可得：
(13)
式中：D ，q ，R ，V a 均为已知量，式子是关于反鱼雷鱼雷直航时间t (和鱼雷的直航距离有关)和转角θ 的关系表达式，给出t 即可求解算出旋转角度θ 。
建议摄入的蛋白质应以优质蛋白质为主，所以孕期增加的蛋白质也要以优质蛋白质为主，优质蛋白质应该占到蛋白质总量的一半以上。
1.4 概略位置拦截模型
概略位置拦截弹道就是在声纳被动探测条件下，仅知道目标的方位信息[8]，利用四方位法解算出来袭鱼雷概略航向、航速，预估来袭鱼雷的弹道，进而实施概略拦截，如图4所示。
图4 概略位置拦截弹道示意图
设舰艇在W 点，舰艇航向C w ，航速V w ，声纳被动探测情况下，在W 点发现来袭鱼雷在与本艇航向成q 的方位上，不能得到目标的准确距离，可以通过四方位法计算概略航向、概略距离，结合估测的来袭鱼雷航速，就可以求出概略航向和方位线的夹角η 。当声纳探测到目标时，来袭鱼雷可能发现本艇，也可能没有发现本艇。如果已经发现本艇，则其航向通常是指向本艇的，即
方向；如果没有发现本艇，则其航向是原正常的搜索航向，即沿概略航向C m 方向搜索。因此来袭鱼雷的实际航向可能分布在由和C m 内的其中一个方向。
2.2.2 报警方位误差对拦截概率的影响
按照概略航向、概略速度可算出反鱼雷鱼雷的发射提前角：
(14)
式中：θ 为反鱼雷鱼雷的发射提前角(°)；V a 为反鱼雷鱼雷的航速(kn)；V m为来袭鱼雷的概略速度(kn)。
因此，在没有更多有用信息的条件下，发射角可以直接取
和θ 决定方向的中间值。
养殖户反映患病牛发病较为突然，发病初期表现为精神萎靡不振，鼻镜干燥，采食量下降，随着病情的发展，患病牛食欲废绝，反刍减少，直至停止，从口腔中分泌出粘稠的唾液，存在明显的酸臭味。牛会出现间歇性鼓气，自主收缩能力减弱，瘤胃蠕动能力减弱，用手触摸瘤胃，内部充满粘腻感、呈粥状的内容物，触诊瘤胃内容物松软，患病牛胃部存在疼痛感，用手轻轻按压瘤胃存在指痕。患病牛排便量逐渐减少，粪便干硬呈现深褐色，排出的粪便呈现球状，有时在粪便表面附着大量粘液。
2 仿真分析
2.1 捕获鱼雷的条件
反鱼雷鱼雷采用扇面检测法进行主动搜索[9]，即在反鱼雷鱼雷搜索过程中，只有目标进入了反鱼雷鱼雷的自导搜索扇面内，才能发现目标，进而去捕获目标。因此，目标和反鱼雷鱼雷之间的相对距离和相对方位必须满足一定的约束条件。
反鱼雷鱼雷与来袭鱼雷的相对距离[10]：
D =(X t -X at )2+(Y t -Y at )2
(15)
来袭鱼雷的相对方位：
一个企业的企业文化决定了这个企业中员工的企业认知度、企业忠诚度以及大多数员工的工作态度，也决定了这个企业中员工的凝聚力和向心力，这对于一个企业来说尤为重要。精益生产的引进可以说是一场思想上的变革，是传统生产思想的消除和精益思想的融入，这对于员工来说本能地会产生一种抗拒心理。这种抗拒心理在不同的企业文化面前会呈现出不同的行为表现，从而作用于精益生产的实施过程中。
综上所述，通过将陶瓷造型以及陶瓷纹样应用到现代酒类包装设计之中，设计人员将能更好的借助这些元素表现出酒类产品自身所包含的文化背景和精神内涵，进而在市场上塑造出良好的品牌形象，获得消费者的欢迎。在后续发展过程中，相关设计人员以及酒类产品生产企业应进一步对现代包装设计与传统文化元素之间的融合进行研究和分析，通过外包装体现出酒的口感和人文特点等，进而在市场竞争之中取得良好的运营成效。
(16)
(17)
(18)
(19)
式中：X at 为反鱼雷鱼雷的横坐标；Y at 为反鱼雷鱼雷的纵坐标；X t 为来袭鱼雷的横坐标；Y t 为来袭鱼雷的纵坐标。
反鱼雷鱼雷最大搜索航距为S ，搜索扇面半径为R ，自导扇面角为λ 时，需同时满足：
D ≤R
(20)
f w ≤λ /2
(21)
(22)
当同时满足上述3个条件时，可判定来袭鱼雷进入了反鱼雷鱼雷的搜索范围，反鱼雷鱼雷开启自导，直至捕获目标。
2.2 仿真试验
2.2.4 自导扇面角对发现概率的影响
2.2.1 拦截距离对拦截概率的影响
旋回搜索过程中，反鱼雷鱼雷的航向为[7]：
图5 拦截距离对反鱼雷鱼雷发现概率的影响
如图5所示,随着拦截距离不断减小,反鱼雷鱼雷发现概率不断上升，且上升趋势不断变快。特别是当目标距离为2 km～3.5 km时,拦截距离每减少500 m,发现概率将会增加10%左右。
在如此严峻的生存问题前，我国政府根据我国实际，提出了可持续发展战略与绿色经济的一系列科学思维，力求在自身发展的同时，能有效的减少破坏环境的现象，给我们的子孙后代留下一片蔚蓝天空与绿色大地。可循环再生、可持续利用、可永续发展、人与自然环境的和谐相处以及以不超越环境容忍度为限制来发展的经济，才是人类真正需要的经济，这也是一种正确的资源应用理念，在社会发展的今天，完善健康的产业才能让社会经济有更好的发展。
图6为鱼雷目标距离2 000 m、报警舷角60°、报警距离误差2%D 、自导作用距离800 m、搜索扇面角90°时,反鱼雷鱼雷发现概率随报警方位误差的变化趋势图。
图6 报警方位误差对反鱼雷鱼雷发现概率影响
如图6所示,随着报警方位误差的减少,反鱼雷鱼雷的发现概率不断提高。反鱼雷鱼雷发现概率随报警方位误差的减少呈现不断增加趋势。报警方位误差由10°减少到1°时,发现概率增加20%左右；误差每减少5°,发现概率增加10%左右。
2.2.3 自导作用距离对拦截概率的影响
图7为鱼雷目标距离2 000 m、报警舷角60°、报警方位误差3°、报警距离误差2%D 、搜索扇面角90°时,反鱼雷鱼雷拦截概率随自导作用距离的变化趋势图。
图7 自导作用距离对反鱼雷鱼雷发现概率的影响
如图7所示,可以得到当自导作用距离不断增加时,反鱼雷鱼雷发现概率明显增加。当自导作用距离小于800 m时,发现概率随自导作用距离的变化较为明显;自导作用距离大于800 m时,发现概率随自导作用距离的增加而缓慢增加。当自导作用距离由400 m提高至1 000 m时,发现概率能够提高30%左右。这是因为自导作用距离的增加,使得反鱼雷鱼雷有了更宽的搜索扇面，因此反鱼雷鱼雷更容易在更远距离上发现来袭鱼雷,从而获得较大的发现概率。
假设来袭鱼雷的航速V m =50 kn，反鱼雷鱼雷的航速V a =50 kn，水面舰艇的航速V w =20 kn，反鱼雷鱼雷的自导作用距离R 为800 m～1 200 m，搜索扇面角λ 为45°～130°，航速误差
探测方位误差
测量距离的误差
测向误差ΔC ～(0，σ C 2)。运用Matlab工具对每一个拦截方式进行建模，模拟来袭鱼雷和反鱼雷鱼雷的运动过程，每次仿真10 000次，仿真步长0.5，当目标进入反鱼雷鱼雷的搜索扇面，即判定为成功发现目标，采用蒙特卡罗法，计算典型态势下反鱼雷鱼雷的发现概率。
一老木匠告诉秀容川，二十年前他是条老光棍，夜里睡不着，就出来瞎转，在钱葱山看到一具尸体，是个男的，身下淌了一大摊血。他骂了声晦气，正要走，瞥见死者肩头有个包袱，便将之打开，里面有上百两银子，还有一件皮袄。他生了贪念，埋了尸体，把包袱带回了家。他就靠那上百两银子，娶了媳妇，做起了木匠，日子渐渐好起来。今年他都七十多了，快进棺材的人，把这事说出来也不怕。
图8为鱼雷目标距离2 000 m、报警舷角60°、报警舷角误差3°、报警距离误差2%D 、自导作用距离800 m时,反鱼雷鱼雷拦截概率随自导扇面角的变化趋势图。
欣欣和老亮约定今天去民政局办离婚，是谁也看不出来也意想不到的。在电梯里，邻居彼此打招呼，那个快嘴的阿姨一如既往地夸赞他们：“看人家这小两口，什么时候都笑呵呵的，和和气气的，好女旺三代，这小媳妇儿会说话会办事，给她当婆婆真是修来的福气呀！”
图8 自导扇面角对反鱼雷鱼雷发现概率的影响
如图8所示,当自导扇面角不断增加时,反鱼雷鱼雷发现概率不断提高。当自导扇面角由60°增加至130°时,发现概率能够提高20%左右。这是因为自导扇面角的增大,使反鱼雷鱼雷自导装置可覆盖较大的目标区域,从而取得更大的捕获概率。
2.3 反鱼雷鱼雷武器系统拦截策略研究
通过对以上4种拦截方式的研究，可以得出不同拦截方式的适用条件。为了达到快速拦截来袭鱼雷且保证本舰安全的目的，可以根据目标报警距离分为3段：远距离段、中距离段、近距离段。
2.3.1 远距离段
当目标距离在(4～7)km左右时，水面舰艇在声呐被动探测情况下，探测到目标信息，此时目标距离较远，处于直航搜索段(假定不发生机动)。由于此时为声呐被动探测，能获得的探测信息只有目标方位，概略位置拦截方案概率偏低，此时水面舰艇一般采用机动规避的方式进行防御。
2.3.2 中距离段
梨花的声音怯怯的，好像是谁家的童养媳，小李的眼神却有些热，轻声对着梨花：别有什么顾虑，这只是走个过场而已。梨花对着小李点了点头，脸色依然沉重。老邓狠狠地瞪了小李一眼：什么过场，这是很严肃的事情，是需要人坐牢的大事。小李对梨花伸了伸舌头，再次温和地笑笑。
当目标距离在(2～4)km左右时，水面舰艇转为声呐主动探测或者主被动联合探测，可以精确解算目标航速、航向、方位信息。不论来袭鱼雷是直航鱼雷、声自导鱼雷、尾流自导鱼雷还是线导鱼雷，此时水面舰艇还未进入来袭鱼雷的自导搜索范围内，且按照固定提前角方式逼近水面舰艇，水面舰艇可采用直接拦截、迎面拦截方案对其实施拦截，并配合机动规避，保证舰艇不在来袭鱼雷自导搜索范围内。
2.3.3 近距离段
当目标距离在(0.5～2)km左右时，对于自导鱼雷，水面舰艇很大可能已经进入了自导作用范围内。由于时间紧迫，其没有足够的反应时间去解算目标的精确运动要素，不能采用直接拦截和迎面拦截方案，应当启动应急作战方案。即，若目标是尾流自导鱼雷，宜采用当前位置拦截策略，沿着尾流方向实施拦截；若目标是声自导鱼雷，宜采用概略位置拦截，通过齐射的形式，增大自导覆盖区域来确保水面舰艇的安全。
3 结 论
由上述数据结果分析可以得到:
(1) 声呐探测性能角度：探测方位误差在3°～5°范围时，反鱼雷鱼雷的发现概率可以维持在75%左右；继续提高探测精度，发现概率变化不大。因此，提高对目标的探测精度，特别是对目标报警方位的准确解算能够有效提高反鱼雷鱼雷的拦截效能。
以上例子VP对A性状简洁而生动的表述方式已经成为网络新媒体语言中常用的表达，跟前面两类不同的是，VP已经不表示字面意义上的具体动作，VP与A的关联相对自由，不依赖语境。例（22）的“哭”是情绪宣泄，情绪的波动一般跟性状的极性特征密切相关，从而转喻性状程度之深。例（23）的“燃”是火热迸发的状态，可以隐喻性状程度量之大，例（24）的“飞起”代表超越、有高度，隐喻性状程度量之高。例（25）的“没朋友”可以回溯推理为因某方面太好而遭人嫉妒或某方面太差遭人排斥，因此也表程度量。这四个例子都是用具体的VP来隐喻A抽象的程度量。
(2) 反鱼雷鱼雷武器性能角度：反鱼雷鱼雷的自导作用距离及自导扇面角，增大扇面角和自导作用距离可明显提高反鱼雷鱼雷的发现概率。考虑到反鱼雷鱼雷自身结构、研制成本以及发现概率的变化情况，自导扇面角在120°、自导作用距离900 m左右时即可保证反鱼雷鱼雷拦截的高效能。
(3) 反鱼雷鱼雷防御策略角度：远距离拦截精度较低，但由于距离较远，水面舰艇受到的安全威胁更小；近距离拦截，由于反应时间较短，水面舰艇受到较大安全威胁；考虑到拦截距离在(2～4)km范围内，反鱼雷鱼雷具备较好的拦截效能，因此综合考虑，尽可能选择在中距离段实施反鱼雷鱼雷精准拦截(直接拦截或迎面拦截)，既可保证反鱼雷鱼雷拦截的高效能，又能够保证水面舰艇的安全。
4 结束语
以上通过对反鱼雷鱼雷不同拦截方式的研究,建立了基于蒙特卡洛法的仿真计算模型。通过仿真计算,分析了拦截距离、报警方位误差、自导作用距离和自导搜索扇面角对反鱼雷鱼雷发现概率的影响,并制定了反鱼雷鱼雷武器系统拦截策略，得到有一定价值的结论。当然本文的仿真是建立在二维空间的基础上,和实际作战情况还有一定差别，在今后的作战研究中可以考虑建立三维空间,并结合复杂水文条件，分析各参量对反鱼雷鱼雷作战效能的影响，进而得出更加有效的拦截策略。
参考文献
[1] 杨日杰,高学强,韩建辉.现代水声对抗技术与应用[M].北京:国防工业出版社,2007.
[2] 钱东,崔立,顾险峰.MU90HK反鱼雷鱼雷的作战效能[J].鱼雷技术,2004,12(4):5-8.
[3] 陈颜辉.水面舰艇防御鱼雷原理与应用[M].北京:国防工业出版社,2015.
[4] 白一慧,周涛.基于鱼雷报警性能的反鱼雷鱼雷拦截效能分析[J].指挥控制与仿真,2017,34(4):60-64.
[5] 由大德,徐德民.反鱼雷鱼雷拦截概率影响因素仿真分析[J].鱼雷技术,2010,18(4):312-315.
[6] 彭会斌,刘希.基于效能分析反鱼雷鱼雷拦截方式优选技术[J].指挥控制与仿真,2018,40(2):,90-94.
[7] 陈卫伟,李明辉.舰载反鱼雷鱼雷对抗行为分析与建模[J].中国舰船研究,2014,9(5):111-119.
[8] 陈春玉,张静远,王明洲.反鱼雷技术[M].北京:国防工业出版社,2006.
[9] 姜凯峰,周明.舰载反鱼雷鱼雷齐射作战能力研究[J].舰船科学技术，2010,32(11):64-68.
[10] 李晓宁,明星,朱若寒.反鱼雷鱼雷拦截弹道及拦截概率[J].鱼雷技术,2008,16(3):9-12.
Efficiency Simulation of Anti -torpedo Torpedo Weapon System
GU Tian-jun,SUN Zhen-xin,LIU Xi
(Jiangsu Automation Research Institute of CSIC,Lianyungang 222006,China)
Abstract :The conventional methods of anti-torpedo torpedo interception include direct interception and oncoming interception.On this basis,the efficiency of current location interception and rough location interception are studied,and their applicable conditions and operational characteristics are analyzed.The influence of interception distance,detection error,self-guided distance,and automatic search fan angle on the anti-torpedo torpedo performance is studied.Finally,based on the applicable conditions of the above four different interception methods,the anti-torpedo torpedo defense strategy is formulated.
Key words :anti-torpedo torpedo;oncoming intercept;current location;rough location
中图分类号： E925.23
文献标识码： A
文章编号： CN32-1413(2019)02-0043-06
DOI :10.16426/j.cnki.jcdzdk.2019.02.009
收稿日期: 2019-01-11
标签：反鱼雷鱼雷论文; 迎面拦截论文; 当前位置论文; 概略位置论文; 江苏自动化研究所论文;