主动攻击水雷正横攻击首次捕获目标概率计算方法

黄 强，王 维，刘 成

(中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003)

主动攻击水雷正横攻击首次捕获目标概率计算方法

黄 强，王 维，刘 成

(中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003)

正横点是指过水雷布放点在水面的投影做目标航迹的垂线，与目标航迹的交点。主动攻击水雷正横攻击是指当目标到达封锁区域内的正横点时，被动探测系统进行目标锁定跟踪，并预测目标航迹一定距离后再进行攻击的一种攻击决策方式。本文在分析主动攻击水雷正横攻击方式的基础上，提出了使战斗载荷首次捕获目标概率最大的锁定跟踪距离计算方法，并据此推导出该方式的概率计算模型。最后对模型进行了数值仿真分析。

主动攻击水雷;正横攻击;正横点

0 引言

主动攻击水雷具有封锁半径大、攻击精度高等特点，受到各海军大国的高度重视。主动攻击水雷对应不同的作战目标、作战环境可采取不同的攻击决策方式［1］，以提高水雷对攻击区域的控制能力。本文介绍主动攻击水雷攻击决策方式之一的正横攻击，建立了该攻击方式下战斗载荷首次捕获目标的概率计算模型，并对模型进行了仿真分析。

1 主动攻击水雷正横攻击方式

主动攻击水雷正横攻击方式是指当水雷发现目标进入攻击区域并到达正横点，被动探测系统对目标进行锁定跟踪，在估计并预测出目标航迹后以恒定速度和恒定角度释放战斗载荷向目标所在深度爬升。当战斗载荷爬升到达目标所在深度后，开启主动探测系统，按照预先设定的运动轨迹运动，在战斗载荷扇形探测区域内，探测到目标即认为捕获目标，并对目标实施攻击，如图1所示。其中，O点是水雷布放点在目标所在深度的投影，实线圆表示水雷的攻击区域边界，虚线圆表示战斗部按与水平面成一定夹角爬升到目标所在深度时的位置所组成的集合，目标航迹如图中所示(方向不定)，其与攻击区域边界的交点分别为X1、X2。

图1 水雷攻击目标示意图Fig．1 Chart of mine attacks target

2 战斗载荷首次捕获目标概率计算方法

2.1 参数定义

1)深度传感器测量参数：深度h，误差为e3，m;

2)大地坐标系下目标俯仰角α0，计算误差为e4，m;

3)大地坐标系下目标方位角β0，计算误差为e5，m;

4)攻击半径R，m;

5)战斗载荷爬升速度 v1，m/s;爬升角度α1，rad;水面运动速度v2，m/s;

6)战斗载荷扇形探测区域：半径为R1，m;角度为 α2，rad;

7)目标速度v，m/s;

8)锁定跟踪距离r，m。

2.2 研究思路

由图1可知，正横z在［0，R］上服从均匀分布，由此分2种情况研究战斗载荷捕获目标的概率。

2.2.1 当正横z＞上浮半径(h/tanα1)

拟定攻击决策方式如下：

1)释放战斗载荷的时刻目标到达正横点，对目标进行锁定跟踪，在估计并预测一段距离r后，发射战斗载荷。

2)战斗载荷爬升到水面的位置，即爬升到虚线圆上距正横点最近的点。

3)战斗载荷爬升到水面后的运动方向指向预测点。

由此攻击方向是爬升到虚线圆上距正横点最近的点，指向预测点A，如图2。

图2 水雷捕获目标图Fig．2 Chart of mine locks target

设当战斗载荷爬升到X3时，目标的位置是A。要使得概率最大，需使目标在以X3为顶点的扇形封锁区域内。

当目标的运行正横为z时，记

这里［］表示取整数。

则，A到以X3为顶点的扇形封锁区域一边的距离近似为

当α2=40°时，通过计算选取r=200 m。

2.2.2 当正横z≤上浮半径(h/tanα1)

此时，水雷战斗载荷与目标位置关系如图3所示。拟定攻击决策方式如下：

1)释放战斗载荷的时刻，目标到达虚线圆第2个交点的时候，对目标进行锁定跟踪，在估计并预测一段距离r后，发射战斗载荷。

2)战斗载荷爬升到水面的位置，即爬升到虚线圆上第2个交点。

3)战斗载荷爬升到水面后的运动方向为指向目标运动方向。

图3 水雷攻击目标示意图Fig．3 Chart of mine attacks targer

如图4所示，攻击方向是爬升到虚线圆上距正横点最近的点后，指向预测方向。r的选择就要使目标在最大误差的情况下都落在探测区域内，即Ey＜(vt0+r－ Ex)sinα2。这里，Ex，Ey是预测误差。在 α2≥40°的条件下，通过计算选取r=100 m。

图4 水雷捕获目标图Fig.4 Chart of mine locks target

2.3 建立模型

设当 z≤htan α1时捕获概率为p1(z);当htan α1＜z捕获概率为p2(z)。

若忽略搜索半径大于 R的限制(当 z≥1 486.6 m时，r取200 m就超出了R=1 500 m的观测范围)，此时p1(z)=p2(z)=0.994。此种方法下捕获目标的概率为：

若考虑搜索半径大于R的限制(当z≥1 486.6 m时，r取200 m就超出了R=1 500 m的观测范围)，此时p1(z)=0.994。下面讨论p2(z)的表达式：

2.4 仿真分析

对水雷战斗载荷首次捕获目标概率计算模型的仿真，选择仿真参数［2］如下：深度差100，200，300 m;目标速度4，7，10，12，15 m/s;爬升角度45°;爬升速度12.5 m/s;水平面速度25 m/s;攻击半径1 500 m;搜索半径1 500 m和搜索张角40°，仿真计算捕获概率结果见表1。

表1 数值仿真结果Tab．1 Numerical simulations

仿真结果表明，当目标由远及近，探测系统获取的目标参数稳定，滤波起点清楚，能估计出目标航迹和正横点时，采用正横攻击，捕获概率较大。

3 结语

本文在介绍主动攻击水雷正横攻击方式的基础上，提出了正横攻击方式下的攻击决策方法，推导出包含测量误差信息的水雷首次捕获目标概率计算数学模型，结合仿真研究结果，分析了该种攻击方式下水雷引信的整体作战效能。该成果可直接应用于水雷攻击决策，以增强水雷的区域控制能力。

［1］许三祥．目标跟踪技术应用于水雷引信［J］．水雷战与舰船防护，2004，(3)：29 －32．

［2］王维，等．卡尔曼滤波技术在水雷上的应用［J］．水雷战与舰船防护，2006，(4)31 －35．

［3］李庆扬，等．数值计算原理［M］．北京：清华大学出版社，2000．

Research on the probability calculation of first target locked in abeam attack of homing mine

HUANG Qiang，WANG Wei，LIU Cheng
(The 710 Research Institute of CSIC，Yichang 443003，China)

The abeam point in this paper refers to a point on the target's trajectory，and the line over this point and the surface projected point of the mine is vertical to the target's trajectory．When the target crosses the abeam point in the blockaded area，the passive detecting system locks and tracks the target，after the evaluation and prediction of the target's movement，the mine launches the attack．This approach is called the abeam attack and is discussed in this paper．The various ways of the abeam attack are first presented，the approach to calculate the locked and tracked length which has the maximal probability to detect the target is derived．Based on these results，a probability calculation model of this approach has been got．Numerical simulations of this model have been done in the end．

homing mine;abeam attack;abeam point

TJ61

A

1672－7649(2012)08－0095－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.08.023

2011－12－07;

2012－01－10

黄强(1982－)，男，工程师，从事导航控制与电子总体技术研究。