CN110390141A - 一种鱼雷射击参数通用计算及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鱼雷射击参数通用计算及分析方法，包括以下步骤：1)确定射击鱼雷类型和鱼雷射击方式；2)建立鱼雷射击参数解算模型和速度矢量通用解算模型，所述解算模型包括：提前角通用解算模型、齐射散角通用解算模型；3)针对不同自导类型的鱼雷，采用步骤2)建立的通用计算模型求解鱼雷射击参数；针对不同鱼雷射击模式，采用步骤2)建立的通用计算模型求解鱼雷速度矢量。本发明方法建立通用数学模型实现不同制导类型、不同射击方式鱼雷射击参数计算，支持进行大样本仿真计算鱼雷命中概率，为某舰船武器系统仿真环境研制及试验、水下攻防作战研究提供支撑。

Description

一种鱼雷射击参数通用计算及分析方法

技术领域

本发明涉及舰船武器系统技术，尤其涉及一种鱼雷射击参数通用计算及分析方法。

背景技术

在鱼雷射击仿真过程中，鱼雷射击参数是影响鱼雷命中概率的一个重要因素，不合适的射击参数导致鱼雷命中概率降低，影响仿真试验的逼真性。目前有关鱼雷射击参数的理论方法很多，但大多数是基于反三角函数求解，其值域范围与射击角度无法完全对应，可能存在多解问题，缺少快捷判别方法；不同制导类型的鱼雷计算方法不通用，且单射、齐射等不同鱼雷射击方式，计算方法也不相同，难以实现统一仿真计算。基于此背景，急需一种适用于不同制导类型、不同射击方式鱼雷射击参数计算方法，解决计算方法不通用、效率低的问题，为某舰船武器系统仿真环境研制及试验、水下攻防作战研究提供支撑。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种鱼雷射击参数通用计算及分析方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种鱼雷射击参数通用计算及分析方法，包括以下步骤：

1)确定射击鱼雷类型和鱼雷射击方式，所述鱼雷类型包括直航鱼雷、声自导鱼雷和尾流自导鱼雷；所述鱼雷射击方式包括单射、扇面齐射和平行齐射；

2)建立鱼雷射击参数解算模型和速度矢量通用解算模型，所述解算模型包括：提前角通用解算模型、齐射散角通用解算模型；

所述提前角通用解算模型具体如下：

[x₁,y₁,z₁]^T＝V_m×V_t (2)

其中，M为目标舰船的初始位置，T为潜艇发射鱼雷的初始位置，MT为目标舰船到鱼雷指向矢量，V_T为鱼雷的速度矢量，V_m为舰船的速度矢量，舰船速度与鱼雷速度比为m＝|V_m|/|V_T|，θ_m为鱼雷相对舰船速度方向舷角，为鱼雷发射方向相对目标方位的提前角，[x₁,y₁,z₁]为矢量叉乘结果对应的三维坐标；

式(2)矢量叉乘法则判断θ_m的正负：当z₁＞0时，判定θ_m＞0；当z₁＜0时，判定θ_m＜0，取θ_m＝-θ_m；

所述速度矢量通用解算模型具体如下：

设齐射鱼雷枚数为N，第i枚鱼雷的提前角为速度矢量为V_t(i)，对应的欧拉旋转矩阵为R_z1(i)；

V_t(i)＝|V_t(i)|·R_z1(i)·(-MT/|MT|) (6)

当鱼雷枚数N＝1时，为单射鱼雷速度矢量通用解算模型，当N≥2时，为齐射鱼雷速度矢量通用解算模型；

所述齐射散角通用解算模型具体如下：

d＝kd_z (9)

其中，θ为鱼雷扇面齐射通用求解模型中心线进入角，d_z为相邻两枚鱼雷齐射最大命中间隔，L_m为目标舰船的长度为，k为齐射散角优化系数，S_T为齐射鱼雷中心线航程，α为鱼雷齐射相邻鱼雷展开散角；

3)针对不同自导类型的鱼雷，采用步骤2)建立的通用计算模型求解鱼雷射击参数；针对不同鱼雷射击模式，采用步骤2)建立的通用计算模型求解鱼雷速度矢量。

本发明产生的有益效果是：本发明方法计算效率高，本发明模型中所有角度的正负取值按顺时针为负、逆时针为正的原则确定，同时采用矢量法则求解反三角函数，减少了求解判断的计算量。以此为基础，建立了通用模型求解鱼雷射击参数以及鱼雷速度矢量，降低了模型的复杂度，提高了仿真的计算效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的鱼雷单射示意图；

图2是本发明实施例的鱼雷齐射示意图；

图3是本发明实施例的直航鱼雷平行齐射示意图；

图4是本发明实施例的声自导鱼雷单射示意图；

图5是本发明实施例的声自导鱼雷扇面齐射示意图；

图6是本发明实施例的声自导鱼雷平行齐射示意图；

图7是本发明实施例的尾流导鱼雷单射示意图；

图8是本发明实施例的尾流自导鱼雷平行齐射示意图；

图9是本发明实施例的直航鱼雷单射目标舷角-命中概率对应图；

图10是本发明实施例的直航航鱼雷单射齐射散角系数-命中概率对应图；

图11是本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图11所示，一种鱼雷射击参数通用计算及分析方法，包括以下步骤：

1)确定射击鱼雷类型和鱼雷射击方式，所述鱼雷类型包括直航鱼雷、声自导鱼雷和尾流自导鱼雷；所述鱼雷射击方式包括单射、扇面齐射和平行齐射；

2)建立鱼雷射击参数解算模型和速度矢量通用解算模型，所述解算模型包括：提前角通用解算模型、齐射散角通用解算模型；

所述提前角通用解算模型具体如下：

[x₁,y₁,z₁]^T＝V_m×V_t (2)

潜艇对舰艇发射鱼雷示意图的如图1所示，其中，M为目标舰船的初始位置，T为潜艇发射鱼雷的初始位置，MT为目标舰船到鱼雷指向矢量，V_T为鱼雷的速度矢量，V_m为舰船的速度矢量，舰船速度与鱼雷速度比为m＝|V_m|/|V_T|，θ_m为鱼雷相对舰船速度方向舷角，为鱼雷发射方向相对目标方位的提前角，[x₁,y₁,z₁]为矢量叉乘结果对应的三维坐标；

式(2)矢量叉乘法则判断θ_m的正负：当z₁＞0时，判定θ_m＞0；当z₁＜0时，判定θ_m＜0，取θ_m＝-θ_m；

所述速度矢量通用解算模型具体如下：

设齐射鱼雷枚数为N，第i枚鱼雷的提前角为速度矢量为V_t(i)，对应的欧拉旋转矩阵为R_z1(i)；

V_t(i)＝|V_t(i)|·R_z1(i)·(-MT/|MT|) (6)

当鱼雷枚数N＝1时，为单射鱼雷速度矢量通用解算模型，当N≥2时，为齐射鱼雷速度矢量通用解算模型；

所述齐射散角通用解算模型具体如下：

d＝kd_z (9)

其中，如图2所示，θ为鱼雷扇面齐射通用求解模型中心线进入角，d_z为相邻两枚鱼雷齐射最大命中间隔，L_m为目标舰船的长度为，k为齐射散角优化系数，S_T为齐射鱼雷中心线航程，α为鱼雷齐射相邻鱼雷展开散角；

3)针对不同自导类型的鱼雷，采用步骤2)建立的通用计算模型计算求解鱼雷射击参数；针对不同鱼雷射击模式，采用步骤2)建立的通用计算模型求解鱼雷速度矢量。

针对不用制导类型鱼雷，有利提前角、齐射散角等射击参数的计算过程略有差别，具体过程如下：

1)直航鱼雷

单射使用条件：用式(1)至式(11)解算(取N＝1)；

d＝kd_z (9)

扇面齐射使用条件：用式(1)至式(11)解算(取N≥2)。

平行齐射使用条：用式(1)至式(11)解算(取N≥2，用式(12)至式(14)替换式(10)、式(11))

其中，S_t为平行齐射展开段航程，t₁为展开段时间，ψ_i为第i枚鱼雷二次转角，展开散角α可取大于20°，如图3所示。

2)声自导鱼雷单射

单射使用条件：由式(1)至式(11)求解((取N＝1，用式(15)至式(17)替换式(3))。

其中，K为形心系数，β为形心和鱼雷相对目标夹角，r为声自导鱼雷制导扇面探测半径，λ为声自导鱼雷自导扇面半开角，如图4所示，上述提前角采用形心法求解。

扇面齐射使用条件：由式(1)至式(11)求解(取N≥2，用式(15)至式(17)替换式(3)，式(18)替换式(8)，式(19)替换式(11))，如图5所示。

d_z＝2rsinλ (18)

α＝2arcsin(d/2S_T) (19)

平行齐射使用条件：由式(1)至式(11)求解(取N≥2，用式(15)至式(17)替换式(3)，式(18)替换式(8)，式(12)至式(14)替换式(10)、式(11))，如图6所示。

3)尾流自导鱼雷单射

单射使用条件：由式(1)至式(11)求解((取N＝1，用式(20)至式(24)替换式(3))，如图7所示。

|SM|＝K₁(C_AV_m+L_m)-L_m (20)

其中：S为尾流瞄准点，K₁为瞄准点比例系数，C_A为与海况及尾流自导检查能力有关的常数，L_m为目标舰船的长度，θ′_m取值正负与θ_m相同，ST为目标到鱼雷指向矢量。

平行齐射使用条件：由式(1)至式(11)求解(取N≥2，用用式(20)至式(24)替换式(3)，式(25)替换式(8)，式(12)至式(14)替换式(10)、式(11))，如图8所示。

d_z＝L_m+|V_m|·T_SX (25)

其中，L_m为舰艇长度，T_SX为蛇行间隔时间。

4)命中概率计算-本发明模型的效果验证：

鱼雷命中条件模型

a)直航鱼雷：鱼雷命中舰船的几何长度，即鱼雷中心横坐标、纵坐标与舰船中心横坐标、纵坐标间距离分别小于舰船横向宽度的一半、纵向长度的一半；鱼雷实际航程小于鱼雷极限航程。

b)声自导鱼雷：鱼雷声自导开机后，如果目标处于鱼雷自导扇面内，则舰船被鱼雷捕获；鱼雷实际航程小于鱼雷极限航程。

c)尾流自导鱼雷：鱼雷进入尾流距离、进入角分别介于舰艇有效尾流下限与上限、进入角下限与上限之间；鱼雷实际航程小于鱼雷极限航程。

命中概率计算过程：

4.1)采用蒙特卡洛大样本仿真，确定仿真次数Num＝10000次。

4.2)确定随机变量：一次转角误差σ_ω1≤2°，二次转角误差σ_ω2≤2°，鱼雷速度误差σ_Vt≤2kn，舰船速度误差σ_Vm≤1kn，舰船航向误差σ_θm≤4°，舰船距离误差σ_TM≤1Cab。

4.3)对Num次射击进行蒙特卡洛大样本仿真，按照1.3鱼雷命中条件统计鱼雷命中舰艇次数Num_success。

4.4)按照P_命中＝Num_success/Num计算鱼雷命中概率。

4.5)改变部分射击参数取值，重复步骤a)-d)，可分析射击参数对鱼雷命中概率的影响，选取最优射击参数。

在某特定态势下，以尾流自导鱼雷平行齐射为例，应用本方案计算方法计算结果如下：

在某特定态势下，以直航鱼雷平行齐射为例，在不同鱼雷射击距离和不同齐射散角优化系统条件下，应用本发明计算方法计算结果如图9、图10。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种鱼雷射击参数通用计算及分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定射击鱼雷类型和鱼雷射击方式，所述鱼雷类型包括直航鱼雷、声自导鱼雷和尾流自导鱼雷；所述鱼雷射击方式包括单射、扇面齐射和平行齐射；

2)建立鱼雷射击参数解算模型和速度矢量通用解算模型，所述解算模型包括：提前角通用解算模型、齐射散角通用解算模型；

所述提前角通用解算模型具体如下：

[x₁,y₁,z₁]^T＝V_m×V_t (2)

其中，M为目标舰船的初始位置，T为潜艇发射鱼雷的初始位置，MT为目标舰船到鱼雷指向矢量，V_T为鱼雷的速度矢量，V_m为舰船的速度矢量，舰船速度与鱼雷速度比为m＝|V_m|/|V_T|，θ_m为鱼雷相对舰船速度方向舷角，为鱼雷发射方向相对目标方位的提前角，[x₁,y₁,z₁]为矢量叉乘结果对应的三维坐标；

式(2)矢量叉乘法则判断θ_m的正负：当z₁＞0时，判定θ_m＞0；当z₁＜0时，判定θ_m＜0，取θ_m＝-θ_m；

所述速度矢量通用解算模型具体如下：

设齐射鱼雷枚数为N，第i枚鱼雷的提前角为速度矢量为V_t(i)，对应的欧拉旋转矩阵为R_z1(i)；

V_t(i)＝|V_t(i)|·R_z1(i)·(-MT/|MT|) (6)

当鱼雷枚数N＝1时，为单射鱼雷速度矢量通用解算模型，当N≥2时，为齐射鱼雷速度矢量通用解算模型；

所述齐射散角通用解算模型具体如下：

d＝kd_z (9)

其中，θ为鱼雷扇面齐射通用求解模型中心线进入角，d_z为相邻两枚鱼雷齐射最大命中间隔，L_m为目标舰船的长度为，k为齐射散角优化系数，S_T为齐射鱼雷中心线航程，α为鱼雷齐射相邻鱼雷展开散角；

3)针对不同自导类型的鱼雷，采用步骤2)建立的通用计算模型求解鱼雷射击参数；针对不同鱼雷射击模式，采用步骤2)建立的通用计算模型求解鱼雷速度矢量。