LM AUV远程投送水雷雷位散布特性分析

2021-11-04洪咸东

数字海洋与水下攻防 2021年5期

洪咸东

（中国人民解放军 92101部队，福建福州 350101）

0 引言

现代信息战争条件下，战场透明度越来越高，使用传统布雷平台难以完成作战使命，为此，世界各国海军致力研究使用远程自主式布雷器（以下简称LM AUV）投送水雷，将水雷远距离自主投送到预定区域[1]。然而，在使用LM AUV远距离投送水雷时，由于其航行速度低、航渡时间长，受海区自然条件（海流、水深等）影响及AUV自身导航定位技术的制约，LM AUV往往难以精确按预先设定的航路航行，导致布设的水雷实际位置与期望位置不相一致，这种位置偏差现象称为雷位散布[2]。

布雷作战时，水雷的雷位散布概率是评价雷障封锁效能的一项重要指标[3]，是不容忽视的。雷位散布问题不仅对水雷障碍内部结构有着直接影响，而且也会影响水雷障碍的打击效果。鉴于此，研究LM AUV远距离投送水雷时雷位散布特性，分析流速、水深及航距对雷位散布的影响就显得很有必要。

1 雷位散布产生机理

使用LM AUV进行远距离投送水雷时，雷位散布主要由AUV航行至布雷阵位时的定位误差、机动航行段的航行误差以及投放水雷时水雷末弹道误差造成。有关LM AUV远程布雷误差产生机理分析详见参考文献[4]，在此不再累述。

2 雷位散布模型

根据LM AUV使用特性，对各项误差引起的雷位散布进行建模。为便于建模研究，建立以雷区正面下边沿为X轴，纵向为Y轴，以AUV最后一次精确定位点为原点O的空间坐标系，预定水雷落点O′为雷位散布椭圆中心，设椭圆的长轴方向为航距散布，短轴方向为航向散布，则认为任意落点在雷线上投影点距离椭圆中心（预定落点）的距离σ服从正态分布[5]。

2.1 平台定位散布概率函数

AUV通常采用 GPS定位方式获得平台当前的GPS定位数据，对自主导航系统的导航误差进行校正。目前，GPS定位精度约为10 m左右，即AUV定位误差1σ=10 m，则平台定位散布概率密度函数为

2.2 平台机动航行段散布概率函数

由图1所示，自主导航系统精度 σ2= k1× D ，k1为导航误差系数，D为校准后航行距离，即航程散布概率密度函数为

图1 雷位散布坐标系Fig.1 Dispersion coordinates of mine location

横向偏移ΔL=D×sinθ，通过水声遥测系统对航向误差进行校正后，平均横向轨迹误差σ3=k2×D，k2为横向偏移误差系数，即航向散布概率密度函数为

2.3 水雷末弹道散布概率函数

由图2所示，水雷与AUV平台分离时，受海流影响所引起的漂移为

图2 水雷末弹道散布Fig.2 Terminal ballistic dispersion of mine

式中：v为海流平均流速；v0为水雷与平台分离时刻初速度；t为水雷分离时间。

水雷下沉过程受海流影响所引起的位移误差：

t′为水雷与平台分离至沉底时间，与水深h、水雷平均下沉速度相关，即

由于在海洋中海流是空间和时间的动态复杂矢量函数，水雷在水中运动的过程中受到海流的影响详见文献[6]-[7]，在此不再累述。一般取最简单的情形认为v0=0，即平台为悬停状态；短时间内4σ、5σ位移的方向与海流流向一致，位移大小与平台、水雷的形状和海流流速、水深有关。则末弹道漂移散布概率密度函数：

2.4 雷位散布模型

根据上述分析，AUV布设水雷时存在随机散布现象，雷位总误差不能简单的线性相加，一般以均方差表示为

3 仿真分析

由式（9）可知，雷位散布主要与校准后自主航行距离D、导航精度k、海流流速v、平台悬停时间t及布雷水深h等密切相关。

图3 20 m水深时雷位散布与航行距离、海流流速关系Fig.3 Mine position dispersion in relation to navigation distance and current velocity at depth of 20 meters

3.1 航距对雷位散布影响

由图3-5可见，雷位散布误差与AUV自主航行距离、海流流速成正比关系；同时，也验证了AUV航位推算的定位误差是随着时间发散的[8]，航距越远、航时越长，其布雷就位点的精度越低，定位误差就越大。据此，为了提高布雷精度，在战术运用上，AUV最后校准点选择尽可能地靠近布雷投放点，以缩短最后一次校准与水雷投放点之间的距离；然而，在实际使用时还要综合敌方威胁因素，从安全角度考虑，最后校准点选择应设置在敌严密防区或有效干扰区以外。如图4所示：若在50 m水深、海流流速v=2.5 m/s时布雷，需雷位散布误差不大于200 m，则选择最后校准点与水雷投放点之间的距离不大于15 km条件下，可满足雷位散布要求。