CN105223568A - 一种检定目标稳速稳向的纯方位算法 - Google Patents

一种检定目标稳速稳向的纯方位算法 Download PDF

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Abstract

潜艇隐身攻击常采用纯方位解算，一种新的数学模型是检定目标稳速稳向的关键，经仿真验证具有可行性。（1）目标稳速稳向的检定方法：在相同采样周期间隔点发现目标方位角为a1、a2、a3、a4。则有：sin(a2-a3)sin(a1-a4)=3sin(a1-a2)sin(a3-a4)；设U=sin(a2-a3)sin(a1-a4)，K=3sin(a1-a2)sin(a3-a4)，U/K=1（近似为1）即为本艇稳速稳向条件下目标稳速稳向的检定条件。

Description

一种检定目标稳速稳向的纯方位算法
技术领域
本发明属于潜艇隐身攻击的纯方位算法技术领域，涉及到一种目标稳速稳向的检定方法研究，适于对目标的运动态势性质进行科学的判断。
背景技术
在潜艇水下战术应用中，纯方位解算方法是涉及其隐身攻击的关键所在，是潜艇对敌攻击采取的最主要的作战方法，是利用声纳解析目标被动噪声测量参数来实现目标运动要素的实时解算。原有的纯方位算法，要求潜艇必须作水下机动，该算法明确的收敛标准是目标运动要素一次差首先连续4个点进入3σ，之后再连续4个点进入2σ，最后连续4个点进入1σ才算收敛，目标运动要素数据才能有效，属于间接求解。如果确定目标处于稳速稳向的态势，则可应用纯方位法进行直接求解，且时间上会更快捷。因此如何判定目标的运动态势是否稳速稳向是核心技术问题。寻求一种目标稳速稳向更科学的检定方法研究，可以较好地解决这一技术难点问题。
发明内容
1潜艇稳速稳向条件下目标稳速稳向的检定方法
以本艇与目标艇的运动实际态势建立坐标系。取本艇稳定跟踪目标时的位置为原点，正北向为Y轴、正东向为X轴。本艇稳速稳向参数为VW(单位化为m/s)、CW，数值已知；假设目标一定时间稳速稳向参数为VM(单位化为m/s)、CM，数值未知；取本艇稳定跟踪目标时的相对距离为D（单位化为m），数值未知。设被动声纳探测采样周期或周期相同倍数为T（单位化为s）、nT，数值已知；在采样周期内本艇发现目标的方位角为a1、a2、a3、a4，数值已知。
由图1可知，在本艇与目标稳速稳向情况下，B0B1=B1B2=B2B3=B3B4=TVM；A0A1=A1A2=A2A3=A3A4=TVW；∠A0EA1=a1-a2，∠A1FA2=a2-a3，∠A2GA3=a3-a4；∠EB0B1=180°-CM+CW-a1，∠B0B1E=CM-CW+a2，∠FB1B2=180°-CM+CW-a2，∠B1B2G=CM-CW+a3，∠GB2B3=180°-CM+CW-a3，∠B2B3G=CM-CW+a4。
由△A0EA1、△A1FA2、△A2GA3可知，nTVW/sin(a1-a2)=A1E/sina1，nTVW/sin(a2-a3)=A1F/sina3=A2F/sina2，nTVW/sin(a3-a4)=A2G/sina4；由△B0EB1、△B1FB2、△B2GB3可知，nTVM/sin(a1-a2)=B1E/sin(CM-CW+a1)，nTVM/sin(a2-a3)=B1F/sin(CM-CW+a3)=B2F/(CM-CW+a2)，nTVM/sin(a3-a4)=B2G/sin(CM-CW+a4)。由于A1E-A1F=B1E-B1F，A2F-A2G=B2F-B2G，则一并可推导出：｛sin(a2-a3)sin(a1-a4)-3sin(a1-a2)sin(a3-a4)｝tg(CM-CW)=0。
由于上式恒等于零且tg(CM-CW)一般情况下不等于零，并从目标稳速稳向条件下推导而出，则必存在：sin(a2-a3)sin(a1-a4)=3sin(a1-a2)sin(a3-a4)(1）
设U=sin(a2-a3)sin(a1-a4)，K=3sin(a1-a2)sin(a3-a4)，由（1）可知：U/K=1（2）
由推导可知，本艇与目标稳速稳向是U/K=1的充分必要条件，而U/K=1是本艇与目标稳速稳向的必要而不充分条件。亦即存在U/K=1，但本艇与目标艇未必是稳速稳向的态势。如本艇、目标艇变速、变向，但其在相同周期内的点位方位角输出结果应符合与（1）、（2）要求，在数学上存在这种概率可能。但是本艇稳速稳向条件限定后，目标艇作可能的变速或变向或变速变向运动，且其结果在相同周期内的点位符合（2）的要求，这种发生的概率是微乎其微的，因此可认为：U/K=1（近似为1）即为本艇稳速稳向条件下目标稳速稳向的检定条件。可在之后进行仿真验证。
附图说明
图1是本发明的潜艇稳速稳向条件下目标稳速稳向的检定解算示意图。
图2是本发明的潜艇稳速稳向条件下非延时射击诸元解算示意图。
图3是本发明的潜艇稳速稳向条件下非延时射击诸元解算公式。
图4是本发明的潜艇与目标稳速稳向条件下态势及及输入、输出数据信息。
图5是本发明的潜艇与目标稳向变速条件下态势及及输入、输出数据信息。
图中：1本艇稳定跟踪接受目标指示时与目标的距离；2本艇稳定的航向值；3本艇稳定跟踪接受目标指示时目标的方位角；4、5、6分别为本艇满第1、2、3个nT周期节点时的目标的方位角；7本艇稳定的航速值；8目标稳定的航向值；9目标稳定的航速值；10为本艇满第i个nT周期节点时的目标的方位角；11稳定跟踪目标至需要攻击时的时间差；12潜艇被动声纳探测目标的n倍采样周期。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实例。
2潜艇稳速稳向条件下非延时射击诸元解算
得出目标的运动速度9、航向8及我艇与目标初始距离1后要素后，根据实时攻击的需要，可适时进行如下非延时射击诸元解算。
由图2可知∠GAxA0=∠B0BcA0=CM-CW，∠A0GAx=∠A0GAx=180°-CM+CW-a1，其中△T为稳定跟踪目标至需要攻击时的时间差，则：AxA0=VM△Tsin(180°-CM+CW-a1)/sina1=VM△Tsin(CM-CW+a1)/sina1，A0G=VM△Tsin(CM-CW)/sina1，AxBi=D-VM△Tsin(CM-CW)/sina1，AxAi=VW△T-VM△Tsin(CM-CW+a1)/sina1。则得出图3中计算公式。
3潜艇稳速稳向条件下目标稳速稳向的检定方法仿真验证
本艇与目标稳速稳向态势例证：以下仿真只选取本艇2个态势下对声纳的各1组4次采样的目标运动要素数据，代入图3中公式后求得a2、a3、a4，利用`公式（2）进行反演验证。如图4所示。
本艇稳速稳向与目标稳向变速态势例证：以下仿真只选取本艇2个态势下对声纳的各1组4次采样的目标运动要素数据，其中目标艇2nT周期后变速为VM3，通过图3中公式类似的计算求得a2、a3、a4，利用`公式（2）进行反演验证。如图5所示。
由图4中序号1、2可知，U1/K1=1.00005，U2/K2=1.00012，则认为U1/K1=1，U2/K2=1，即在本艇稳速稳向情况下，可以此确认目标在数据采集阶段是处于稳速稳向的态势。
由图5中序号3、4可知，U3/K3=17.0865，U4/K4=1.3289，则认为U3/K3≠1，U4/K4≠1，即在本艇稳速稳向情况下，可以此确认目标在数据采集阶段处于非稳速稳向的态势。
U、K稳速稳向的数值标准，需要在潜艇在海上实际作业中进行进一步研究界定参考使用区间。
综上所述，本艇与目标皆为稳速稳向且纯方位求解情况下，在一定周期内经过反向推导寻找到了目标方位之间的逻辑关系规律，可以依次判定目标稳速稳向的适用条件，可为保证应用纯方位法直接求解创造有利条件，对于潜艇海上作战应用可起到一定的战术指导作用。此方法对于空中的光测、雷测、无线电测等涉及的方位数据判定目标稳速稳向具有同样的指导意义。

Claims (1)

1.潜艇稳速稳向条件下目标稳速稳向的检定方法，以本艇与目标艇的运动实际态势建立坐标系，如图1；取本艇稳定跟踪目标时的位置为原点，正北向为Y轴、正东向为X轴；本艇稳速稳向的速度7为VW(单位化为m/s)、航向2为CW，数值已知；假设目标一定时间稳速稳向的速度9为VM(单位化为m/s)、航向8为CM，数值未知；取本艇稳定跟踪目标时的相对距离1为D（单位化为m），数值未知；设被动声纳探测采样周期或周期相同倍数为T（单位化为s）、nT，数值已知；在采样周期内本艇发现目标的方位角3、4、5、6为a1、a2、a3、a4，数值已知；则求得：sin(a2-a3)sin(a1-a4)=3sin(a1-a2)sin(a3-a4)(1）
U/K=1
U/K=1（近似为1）即为本艇稳速稳向条件下目标稳速稳向的检定条件；设U=sin(a2-a3)sin(a1-a4)，K=3sin(a1-a2)sin(a3-a4)。
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