一种确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法

摘要

本发明公开了一种确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，其特征在于结合不同型号悬浮式拦截弹的特性，建立典型态势下的悬浮式拦截弹布阵最佳间隔距离模型；通过最佳间隔距离模型来分别计算悬浮式拦截弹覆盖区域面积和毁伤投影面积，并由拦截弹覆盖区域面积和毁伤投影面积比值来确定来袭鱼雷理论过阵概率，通过求取来袭鱼雷过阵概率的极大值,从而确定悬浮式拦截弹布阵的最佳间距。该方法能够在确保悬浮式拦截弹对来袭鱼雷最大过阵概率条件下有效确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距，指导和支撑对悬浮式拦截弹落点的计算，提高来袭鱼雷的过阵概率，从而提高悬浮式拦截弹对来袭鱼雷的拦截成功概率，提高我方舰艇拦截来袭鱼雷时的生存概率。

权利要求

1.一种确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，其特征在于结合不同型号悬浮式拦截弹的特性，建立典型态势下的悬浮式拦截弹布阵最佳间隔距离模型；通过最佳间隔距离模型来分别计算悬浮式拦截弹覆盖区域面积和毁伤投影面积，并由拦截弹覆盖区域面积和毁伤投影面积比值来确定来袭鱼雷理论过阵概率，通过求取来袭鱼雷过阵概率的极大值,从而确定悬浮式拦截弹布阵的最佳间距；

所述最佳间隔距离模型为：每枚拦截弹的毁伤作用范围为一个三维球面体，在投影平面内可简化为圆形作用区域，两枚拦截弹间的相对位置关系简化为两个圆形区域间的几何关系，圆形圆心为拦截弹弹药悬浮所处位置，圆形半径为拦截弹的毁伤半径，圆心间距不大于2倍半径：其中：r：悬浮式拦截弹毁伤半径；2d：两枚弹药布阵间距；h：为拦截弹布放深度与水平最小有效拦截边界间垂向距离；θ：拦截弹水平最小有效拦截边界点至圆心连线与两枚拦截弹圆心连线的夹角；t：两枚拦截弹作用相交点与弹心连线间垂直距离和拦截弹毁伤半径的比值；w：拦截弹布放间隔系数。

2.根据权利要求1所述的确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，其特征在于计算拦截弹覆盖区域面积计算毁伤投影面积

。

3.根据权利要求2所述的确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，其特征在于计算来袭鱼雷过阵概率 为。

4.根据权利要求1所述的确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，其特征在于求取过阵概率 最大值，计算过阵概率最大值条件下悬浮式拦截弹布阵间隔距离，由此即可确定悬浮式拦截弹布阵间隔距离即为最佳布阵间隔距离。

5.根据权利要求4所述的确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，其特征在于当过阵概率 最大值时，确定 由此确定最佳布阵间隔距离与悬浮式拦截弹毁伤半径的关系。

说明书

一种确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法

技术领域

[0001] 本发明属于水下防御技术领域，具体涉及一种水面舰艇水下鱼雷防御作战领域效能技术领域。

背景技术

[0002] 悬浮式拦截弹作为被动拦截鱼雷的防御性武器，其拦截效果受到诸多因素的影响。从前端鱼雷目标探测到目标数据处理再到火控数据的解算、武器发射控制、弹药落点计算及弹阵悬浮过程形态变化等诸多因素中，弹药落点计算作为其中的重要环节直接影响着悬浮式拦截弹对来袭鱼雷的拦截效果。

[0003] 悬浮式拦截弹的落点计算主要决定于以下因素：弹药的落点精度、首枚弹药的落点位置和弹药间的布阵间距。其中，首枚弹药的落点位置计算主要依据来袭鱼雷目标的距离、方位、航向，弹药发射平台的初始位置(发射装置安装位置、本舰姿态)信息，弹药飞行弹道及入水后状态稳定等因素；其它弹药的落点位置还需要考虑其自身与前一枚弹药的相对位置、即间隔距离，形成一个有效的弹幕。弹幕中相邻两枚拦截弹之间的距离选择直接决定了弹幕的有效性及来袭鱼雷的过阵概率。当前装备研制过程中，在火控解算环节依据经验选取统一的间隔距离，其适配性和灵活性较差，且缺乏合理的理论依据。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，该方法能够在确保悬浮式拦截弹对来袭鱼雷最大过阵概率条件下有效确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距，指导和支撑对悬浮式拦截弹落点的计算，提高来袭鱼雷的过阵概率，从而提高悬浮式拦截弹对来袭鱼雷的拦截成功概率，提高我方舰艇拦截来袭鱼雷时的生存概率。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，其特征在于结合不同型号悬浮式拦截弹的特性，建立典型态势下的悬浮式拦截弹布阵最佳间隔距离模型；通过最佳间隔距离模型来分别计算悬浮式拦截弹覆盖区域面积和毁伤投影面积，并由拦截弹覆盖区域面积和毁伤投影面积比值来确定来袭鱼雷理论过阵概率，通过求取来袭鱼雷过阵概率的极大值,从而确定悬浮式拦截弹布阵的最佳间距。

[0007] 上述技术方案中，建立典型态势下的悬浮式拦截弹布阵最佳间隔距离模型为：每枚拦截弹的毁伤作用范围为一个三维球面体，在投影平面内可简化为圆形作用区域，两枚拦截弹间的相对位置关系简化为两个圆形区域间的几何关系，圆形圆心为拦截弹弹药悬浮所处位置，圆形半径为拦截弹的毁伤半径，圆心间距不大于2倍半径：

[0008]

[0009]

[0010]

[0011]

[0012] 其中：r：悬浮式拦截弹毁伤半径；2d：两枚弹药布阵间距；h：为拦截弹布放深度与水平最小有效拦截边界间垂向距离；θ：拦截弹水平最小有效拦截边界点至圆心连线与两枚拦截弹圆心连线的夹角；t：两枚拦截弹作用相交点与弹心连线间垂直距离和拦截弹毁伤半径的比值；w：拦截弹布放间隔系数。

[0013] 上述技术方案中，计算拦截弹覆盖区域面积

[0014]

[0015] 计算毁伤投影面积

[0016]

[0017] 上述技术方案中，计算来袭鱼雷过阵概率

[0018]

[0019] 上述技术方案中，求取过阵概率 最大值，计算过阵概率最大值条件下悬浮式拦截弹布阵间隔距离，由此即可确定悬浮式拦截弹布阵间隔距离即为最佳布阵间隔距离。

[0020] 上述技术方案中，当过阵概率 最大值时，确定 由此确定最佳布阵间隔距离与悬浮式拦截弹毁伤半径的关系。

[0021] 相对于现有技术主要通过建立较为逼真的拦截弹和鱼雷模型开展大数据(蒙特卡罗)仿真，针对典型仿真态势下的仿真结果进行统计处理从而得出拦截概率。本发明提出了一种确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法，首创性提出悬浮式拦截弹覆盖区域面积和毁伤投影面积的概念，通过悬浮式拦截弹覆盖区域面积和毁伤投影面积计算来袭鱼雷理论过阵概率，求取过阵概率的极大值，由此确定悬浮式拦截弹布阵的最佳间距。适用于悬浮式拦截弹的作战使用研究和水下鱼雷防御作战效能的分析与计算。支持悬浮式拦截弹毁伤半径、布阵宽度等相关参数的需求关系计算、悬浮式拦截弹作战使用和效能分析研究，支撑分析悬浮式拦截弹的拦截成功概率，为水面舰艇反鱼雷武器系统设计和能力评估提供支撑。能够在保证悬浮式拦截弹对来袭鱼雷过阵概率的条件下有效确定悬浮式拦截弹最佳布阵。

附图说明

[0022] 图1为本发明的模型原理图(相邻悬浮式拦截弹基本位置关系图)；

[0023] 图2根据本发明实现的悬浮式拦截弹过阵概率极值仿真求解曲线。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和实施用例对本发明作进一步的说明。

[0025] 由于过阵概率的最大值和最小值相差较小，实际工程设计时需要结合弹药数量等其它因素的制约，选择一种较为符合当前技术状态的间隔距离。

[0026] 本发明提出了一种确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距的方法。该方法能够在保证悬浮式拦截弹对来袭鱼雷过阵概率的条件下有效确定悬浮式拦截弹最佳布阵间距。

[0027] 典型态势条件下，在来袭鱼雷航行正前方，悬浮式拦截弹布阵成型，相邻两枚悬浮式拦截弹间相对位置示意如图1。图1中每枚拦截弹的毁伤作用范围为一个三维球面体，在投影平面内可简化为圆形作用区域，两枚拦截弹间的相对位置关系简化为两个圆形区域间的几何关系，圆形圆心为拦截弹弹药悬浮所处位置，圆形半径为拦截弹的毁伤半径，圆心间距不大于2倍半径(若大于2倍，则毁伤投影面积恒定)。

[0028] (1)参数定义

[0029] r：悬浮式拦截弹毁伤半径；2d：两枚弹药布阵间距；h：为拦截弹布放深度与水平最小有效拦截边界间垂向距离；θ：拦截弹水平最小有效拦截边界点至圆心连线与两枚拦截弹圆心连线的夹角；t：两枚拦截弹作用相交点与弹心连线间垂直距离和拦截弹毁伤半径的比值； 来袭鱼雷过阵概率；w：拦截弹布放间隔系数，Smnn'm'm:拦截弹覆盖区域面积，即鱼雷穿阵方向上，拦截弹弹阵横轴与其上下延伸一倍毁伤半径所组合的矩形区域面积；Sbpca'c'p'b'ab:毁伤投影面积，即拦截弹弹阵实际毁伤区域在鱼雷穿阵方向的垂直投影区域面积。根据图1示意，主要参数间相互关系如下：

[0030]

[0031]

[0032]

[0033] 拦截弹布放间隔系数：

[0034]

[0035] (2)计算拦截弹覆盖区域面积

[0036]

[0037] (3)计算毁伤投影面积

[0038]

[0039] (4)计算来袭鱼雷过阵概率

[0040]

[0041] (5)求取过阵概率 最大值，设t为两枚拦截弹作用相交点与弹心连线间垂直距离和拦截弹毁伤半径的比值； 则由公式(3)计算来袭鱼雷过阵概率为：

[0042]

[0043] 求取过阵概率的极大值，计算过阵概率最大值条件下悬浮式拦截弹布阵间隔距离，由此即可确定悬浮式拦截弹布阵间隔距离即为最佳布阵间隔距离。

[0044] 对于所述的方法，下面以小口径悬浮式拦截弹理论布阵间距计算为例，描述具体实施方式：

[0045] (1)参数设定

[0046] 小口径悬浮式拦截弹的毁伤半径暂定为14m，因此r＝14。

[0047] (2)利用式(4)求取过阵概率 极值

[0048] 在t∈(0,1)范围内仿真(Matlab仿真取样数10000)求取拦截弹过阵概率的极大值，悬浮式拦截弹过阵概率极大值仿真求解曲线如图2所示。其中，横轴为t∈(0,1)；纵轴为过阵概率 极大值。

[0049] ①当t＝0.843时，最大过阵概率为0.8428。

[0050] ②当t＝0或1时，最小过阵概率为0.7854。

[0051] (3)确定最佳布阵间隔距离

[0052] 当t＝0.843时，最大过阵概率为0.8428，此时对应的最佳布阵间隔2d即为1.0758r，约为15m。

[0053] 以上所述，仅是本发明的典型理论实施示例，并非对本发明作任何形式及应用条件上的限制，本领域技术人员利用上述技术内容做出弹药数量等些许简单修改，等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。