反潜巡逻机使用声纳浮标对潜定位误差因素影响效果研究*

蔡云祥　初　磊　宫　旭

(1.海军潜艇学院　青岛　266199)(2.海司潜艇部　北京　100000)

反潜巡逻机使用声纳浮标对潜定位误差因素影响效果研究*

蔡云祥1初磊1宫旭2

(1.海军潜艇学院青岛266199)(2.海司潜艇部北京100000)

摘要声纳浮标作为反潜巡逻机的一型重要探潜装备，其使用效果直接影响到反潜巡逻机的对潜攻击效果。论文通过对反潜巡逻机使用多枚声纳浮标对潜定位误差影响因素及其要素解算可行性的探讨，提出了同一阵型不同布设方式对定位误差的影响效果，可对反潜巡逻机精确使用声纳浮标具有一定的参考价值。

关键词反潜巡逻机, 声纳浮标, 定位误差, 影响效果

Class NumberTJ 765

1引言

反潜巡逻机作为一型有效的应召反潜和常态化巡逻反潜兵力，是各国常用的反潜兵力。作为反潜巡逻机反潜作战重要一环的对潜攻击，攻击过程中反潜巡逻机对声纳浮标的定位误差、声纳浮标对潜艇的定位误差直接影响了反潜巡逻机使用空投鱼雷的命中概率。本文将对上述第一部分误差采用仿真分析法，就反潜巡逻机使用传统的被动非定向声纳浮标对潜定位影响因素进行研究。

2反潜巡逻机使用声纳浮标对潜的定位误差

反潜巡逻机对声纳浮标的定位误差主要与反潜机的俯仰角、方位角和高度误差有关，同时还与反潜机的航向误差有关。根据误差原理，以反潜机为坐标原点，机身轴线为x轴，前进方向为正，机翼方向为y轴，方向按右手法则，反潜机对声纳浮标定位误差为

σxFQJ_FB1=

(1)

σyFQJ_FB1=

(2)

同理，以反潜机为原点、y轴正向为正北向，x轴正向为正东向(NOE)(这里不考虑飞机的俯仰角、横滚角、偏航角误差和地球曲率等条件的影响)坐标系中的定位误差为

(3)

(4)

其中：HFQJ为反潜机航向(°)。

进一步可以得到反潜机对潜定位误差为

(5)

(6)

其中：σxFB_QT、σyFB_QT为以浮标为圆心，y轴正向为正北，x轴正向为正东向条件下，浮标对潜艇的定位误差(m)。

图1　浮标定位散布示意图

根据误差散布原理[2～5]，认为浮标对潜艇的探测误差在方位和距离上都呈正态分布，探测点的分布概率密度在方位和距离上综合表现为一椭圆。

σx′=σDCPA

(7)

σy′=DCPAtgσF

(8)

其中：σDCPA为探测距离误差均方差；σF为方位误差均方差。

在NOE(这里不考虑地球曲率的影响)坐标系中浮标对潜艇的定位误差为

(9)

(10)

(11)

其中：α为探测方位(°)。

综合式(5)～式(6)、式(9)～式(11)可以得到反潜机对潜艇定位误差。

由于σFB_QT与具体的定位方法相关，所以，下面结合具体的定位方法对浮标对潜艇的定位误差进行分析。

3使用两枚以上被动非定向浮标对

潜定位误差影响效果

3.1方位-多普勒法

由误差原理，反潜巡逻机最近进场点的误差为

(12)

再由式(7)～式(8)可求得NOE坐标系下的潜艇散布误差。

假设潜艇以航速10Kn，航向90°航行，频率误差0.01-0.04Hz，最近进场点距离200-2000m，方位误差13°，不考虑声速误差和速度误差影响，定位误差计算结果如图2。

图2　多普勒效应定位误差图

从计算结果可知，最近进场点距离越大，频率测量误差越大，定位误差越大。

3.2两方位法

误差产生的因素主要有：方位误差、最近进场点前后准确的时间间隔、迪发方位滞后。对于迪发方位滞后产生的误差，指挥员可以通过将获得方位与DL(Directional Listening)方位比对进行修正，而最近进场点前后准确的时间间隔主要有指挥员的操作能力决定，所以，这里主要计算方位误差对定位误差的影响，认为两次探测方位均方差相同，解得：

(13)

(14)

其中：V为潜艇速度(m/s)；T为两方位间时间差(s)；F1、F2为两次测得方位值(°)。

从式(13)、(14)中可以看出，航向误差与方位误差成正比，而最近进场点距离误差与目标的速度和两方位时间差成正比。但该种算法需结合具体阵型进行分析。

4楔形阵型使用被动跟踪算法对潜定位误差因素影响效果分析

楔形阵型作为一种较常见的探测、跟踪阵型，具有布阵迅速、简便等特点。由此，利用上述已有解算结论，可分析如下。

图3　楔形阵型

4.1定位误差

建立坐标系如图3所示，假设浮标阵正面宽度d=1389m，浮标开角a取值30°、45°、60°、75°、90°，潜艇位置点由中心浮标沿y轴正向纵向变化，探测方位误差13°，解得结果如图4、图5。

图4　a值对定位误差影响

从图4、图5可以看出：

1) 定位误差最小值点距中心浮标距离随a取值不同而异，基本趋势是：a值越大，定位误差最小值点距中心浮标的距离越大。

2) 在较近距离处，a值越大，即越接近直线阵，定位误差越小。

3)a值为45°和60°条件下，定位误差相对变化平稳，特别是60°条件下，潜艇位于浮标阵内时，误差变化平稳。

4) 浮标间距越小定位误差越小。

图5　浮标间距对定位误差影响

4.2运动要素解算可行性分析

设定潜艇航速5Kn，航向180°航行，初始位置点(0，2778m)，方位误差13°，浮标位置点同上。仿真计算结果如图6、图7[6～7]。

图6　解算目标速度

图7　解算目标航向

从图6、图7中可以看出，解算速度和航向值是可以收敛的，此算法可行，且在初始位置点一定的条件下，a值越大，收敛速度越快，解算要素误差越小，由仿真图形可以看出，数分钟内要素即可收敛，因此，此种方法的解算时间完全可以满足反潜巡逻机运动要素解算的时效性需求。

5结语

反潜巡逻机使用多枚声纳浮标对潜定位时，最近进场点距离越远、浮标与潜艇间距离越大、频率误差越大，定位误差越大。使用楔形阵型对潜跟踪时，将一枚浮标置于航向前，另外两枚浮标置于潜艇预测航向两侧60°，此种设置方法可以使潜艇位于浮标阵内时的定位误差达到最小值，且误差变化平稳，同时，浮标间距离越小，定位误差越小，可有效提升反潜巡逻机对潜探测、跟踪精度。

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ASW-aircraft Anti-submarine Orientating Error for Factor Effection with Buoy

CAI Yunxiang1CHU Lei1GONG Xu2

(1.Naval Submarine Academy, Qingdao266199)(2.Navy Headquarters Submarine Department, Beijing100000)

AbstractAs an important equiption for ASW-aircraft, the operation effection was connection with attacking submarine. Using several buoys to orientate submarine and TMA was brought out, and the effection of the same array with different deployments was analyzed. The paper could provide reference for ASW-aircraft using buoys to attacking submarine accurately.

Key WordsASW-aircraft, buoy, orientating error, factor effection

*收稿日期：2015年12月7日,修回日期：2016年1月30日基金项目：国家社科基金(军事学项目)(编号：15GJ004-212)资助。

作者简介：蔡云祥，男，博士，教授，硕士生导师，研究方向：潜艇战与反潜战。

中图分类号TJ 765

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.011