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第11章 鱼雷定位与导引(2)

雷上电子装置负责把鱼雷自导系统探测到的目标信息、控制导航系统给出的姿态及位置信息,调制成适于在鱼雷线导信道中传输的信号形式,并传送到发射艇上。同时,它还应接受发射艇武器系统经过线导信道传来的控制鱼雷改变航向、深度的指令和操纵鱼雷变换航速的指令以及自导系统开机、动力装置停车等特殊指令。对应的艇上线导电子装置则接收鱼雷经过导线传来的鱼雷探测的目标信息和雷位信息等,并将其传送至发射艇武器系统,由该系统将发射艇探测设备(声呐、雷达和潜望镜)测得的目标信息、导航设备给出的本艇信息及鱼雷信息进行综合解算,生成传给鱼雷的各种指令。这种解算工作可以在武器系统中完成,也可以在作战指挥系统中进行。一旦发射艇对目标实施线导鱼雷攻击时,系统的屏幕操作人员可以清晰地看到目标、鱼雷和本艇的航迹,从而实现发射艇与已发射出管的鱼雷之间的相互通信。可以说由于线导技术的介入,使得发射艇作战指挥、武器火控、线导鱼雷和目标共同构成一个闭环系统。它包含了指挥、控制和通信,应该属于C3S系统。

瑞典研制的小型线导鱼雷TP43X2,长度2.44米,雷外线团长度180毫米,是世界上唯一可空投并可线导的鱼雷,同时,它也可由水面舰艇发射。携带这种线导鱼雷的直升机在目标潜艇海域的上空投放浮标声呐或吊放声呐,发现和跟踪目标潜艇后,投下线导鱼雷。鱼雷入水时,雷外线团和通信浮标留在水面,鱼雷先以程序弹道航行,然后转入线导段弹道。此时,浮标声呐(一般是三个或多个)探测到目标潜艇的运动参数,经过无线电信道传至直升机,在其火控指挥仪中根据目标和鱼雷的位置参数得出操纵鱼雷的指令。此指令经过无线电信道传至雷外线团和通信浮标上的接收机,然后把其转换成适合线导导线传输的信号体制,通过雷外线团、水中导线和雷上线团传到鱼雷上的线导接收机,此指令操纵鱼雷有效地攻击水下目标。同时,鱼雷的运动参数和自导发现目标的信息等以与指令相反的方向传回直升机。

鱼雷线导技术研究的主要内容,一是选用什么样的导线和如何解决鱼雷在水下高速航行以及发射载体战术机动时保证导线不被拉断的问题,即安全放线问题。二是选用什么样的信号传输体制以满足鱼雷武器的战术技术要求,难点是大长度导线布入海水后,其信道特性非常恶劣,研究信号大距离可靠传输问题。三是利用鱼雷线导技术如何精确导引鱼雷,提高命中目标的概率,即研究鱼雷线导与自导、控制导航、引信系统信息如何融合,并与发射艇(舰、机)上的鱼雷火控系统所构成的大回路,采用何种导引方法能最有效打击目标的问题。

二、线导技术对鱼雷武器性能的影响

鱼雷武器应用线导技术后,其战术性能及其使用方式有了显著的变化,主要表现如下。

1.全程制导

自1943年第二次世界大战时德国使用T-5(又称GNAT)被动声自导鱼雷开始,鱼雷从直航(自主控制)进入到有制导控制的阶段,鱼雷武器由直接瞄准向制导武器转变。但是由于声自导装置在水下的作用距离有限,依据鱼雷自身的航速和目标速度以及发现目标时方位角的不同,单纯声自导的制导段航程一般为5~7千米,有时更短。同时,声自导鱼雷发现目标受波束宽度的限制,水下作战时,在一定距离(初始射程)发射声自导鱼雷后,鱼雷和目标都按各自的规律相互机动,声自导鱼雷航向稳定性受被攻击目标的机动和规避鱼雷动作的干扰。这种鱼雷发现目标的概率虽比直航鱼雷高,但距作战的要求仍相差很多。

人们探寻各种方法,目的是让鱼雷离开发射平台之后就能受到控制,目前最好的方案是采用线导。线导鱼雷允许发射平台在发射鱼雷之后仍可操纵鱼雷,根据发射艇、鱼雷和目标三者的位置,按照最大发现概率和发射艇自身安全的原则导引鱼雷去攻击目标。在当前不论何种导引方法确定目标位置都是依靠发射艇的水声设备来完成的,这种设备在恶劣的水文条件及远距离时,精确定位困难。因此,火控系统的显示屏幕显示已把鱼雷引导至与目标重合时,并不是鱼雷已撞击目标了,而只是一个范围,我们称其为线导散布椭圆。散布椭圆的大小取决于水声设备的测向精度和测距精度以及鱼雷定位的精度。所以现在的线导鱼雷其制导方式多为线导加末程主、被动声自导或线导加尾流自导,使鱼雷成为全程制导。

2.初始射距大大增加

战争的原则是“消灭敌人,保存自己”。作为海军主战武器的鱼雷其研究和设计思想也从这一原则出发,在敌我双方交战时允许的初始射距越大则己方舰艇就越安全。

早期的鱼雷,由于航程较短又无制导,为了有效地击毁目标,也即达到一定的命中概率,鱼雷发射艇往往进到非常接近目标的阵位。如某型直航鱼雷攻击时速为18千米的目标时,采用四雷齐射,当初始射距在10链(1链=185.2米)以内时,命中概率仅达到61.5%。装有声自导的鱼雷要比直航鱼雷好多了,如某型主、被动声自导鱼雷自导段时速40千米,自导作用距离1000米,攻击时速为18千米的目标时,采用单雷,当初始射距为40链时,发现目标概率为97.60%。但是,当初始射距再进一步增大时,这种类型的鱼雷发现目标的概率急剧下降。

线导鱼雷由于采用了线导技术,可充分利用发射艇的水声设备优势,在线导段鱼雷与火控系统共同构成一个武器系统。这种鱼雷在相同发现概率的前提下,允许初始射距可达80链。

3.允许实施隐蔽攻击

海上作战,交战双方谁能较早地占领有利攻击阵位实施有效攻击,谁就占据主动,尤其是潜艇在水下作战更需要隐蔽。我们知道,发射艇使用直航鱼雷攻击目标时,由于这种鱼雷航程较短,又无制导系统,攻击过程实际是射击过程。发射艇必须航行到目标附近,还要较确切地测定目标的运动参数,再输入到本艇的射击指挥仪中,解算出发射鱼雷的射击和运动参数,并装定到鱼雷上后才能进行发射。这个过程一般需要几分钟的时间。选用声自导鱼雷对目标进行攻击时,由于其航程比直航鱼雷有所增大,又有末程自导导引,为达到相同的命中概率,允许发射艇距目标有较大距离。但为了保证一定的发现概率,发射艇也要占领有利阵位,并解算目标参数之后才能进行发射,这个过程也要几分钟。

然而使用线导鱼雷可以完全做到对目标实施隐蔽攻击。由于这种鱼雷是全程制导,为了达到与声自导鱼雷相同的发现概率,允许发射艇在粗略解算目标运动要素后,即可实施攻击。在此后通过线导操纵鱼雷攻击目标的过程中,还可以进一步地解算目标的运动要素。更为突出的是,当交战双方突然相遇时,使用这种鱼雷的一方,可先行射出鱼雷武器,然后再解算目标运动要素,并同时通过线导操纵鱼雷攻击目标达到较高的命中率。

4.有效打击机动规避目标

一般情况下,声自导鱼雷攻击等速直航运动的目标时,其命中概率还是比较高的。但是,随着技术的发展,舰艇发现敌方鱼雷攻击的能力和舰艇变速、机动的能力均有较大的提高,并拥有施放假目标以及反鱼雷器材的手段,从而导致单纯声自导鱼雷发现概率乃至命中概率均大大降低。然而使用线导加末声自导鱼雷,尤其是随着线导段的增长,当声自导系统第一次捕捉到目标之后,线导仍不切断,即使目标机动、规避,一旦声自导丢失目标后仍可经过线导操纵鱼雷最有效地让声自导再次捕获目标。只要鱼雷的即时航程在线导段允许的范围内,其发现概率仍是极高的。

鱼雷惯导技术

导航系统主要优点是不依赖任何外界系统的支持而能独立地进行导航,能连续地提供包括姿态基准在内的全部导航和制导参数。具有对准后良好的短期精度和稳定性。其主要缺点是结构复杂、造价较高,导航误差随时间积累而增大,加温和对准时间较长。

一、鱼雷惯性导航系统

惯性导航系统是自主式的空间基准保持系统,由惯性测量装置、控制显示装置、状态选择装置、导航计算机和电源等组成。惯性测量装置包括3个加速度计和3个陀螺仪。前者用来测量鱼雷的3个平移运动的加速度,指示当地地垂线的方向;后者用来测量鱼雷的3个转动运动的角位移,指示地球自转轴的方向。沿鱼雷纵轴的速率陀螺可以反映鱼雷的横滚角速度;沿鱼雷横轴的速率陀螺可以反映鱼雷的纵倾(俯仰)角速度;沿垂直轴的则反映鱼雷的偏航角速度。沿3根轴线安装的各加速度计则随时反映鱼雷沿这3根轴线的线性加速度值。将角速度积分就可以得到偏航角、俯仰角和横滚角;将各线性加速度值积分,就可以得到沿3根轴线的线速度,线速度积分就得到沿3根轴线的航程,参考发射点的位置便获得位置。这些计算工作都由鱼雷上的计算机来完成。这些硬件加上电源部分和各种接口总线与接口,就构成了具体的鱼雷惯导系统。

按照惯性测量装置在运载器上的安装方式,可分为平台式和捷联式两类惯性导航系统。平台式惯性导航系统是将加速度计和陀螺仪安装在惯导平台上,按照建立坐标系的不同,又可分为空间稳定和当地水平的惯性导航系统,前者的惯导平台相对惯性空间稳定,后者的惯导平台能跟踪当地水平面,但其方位相对于地球可以是固定的,也可以是自由的、游动的。由于平台能隔离运载体的振动,惯性仪表的工作条件较好,可减少测量误差,提高导航精度,但结构复因此对陀螺仪的要求很高,能耐冲击、振动,角速度测量范围要大,采用静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺等新型陀螺较为理想。

最早采用惯性导航系统制导的武器是第二次世界大战期间德国的V-2地对地弹道导弹。战后发展杂,体积大,造价高。捷联式惯性导航系统是将加速度计和陀螺仪安装在运载体上,由计算机建立一个数学平台,取代机械惯性平台,因而结构简单,体积小,质量轻,成本低,但惯性仪表工作条件较差,测量误差增大,导航精度下降,的各种远程导弹,大都采用惯性导航系统作为中段制导或全程制导;各种近距战术导弹则广泛采用捷联式惯性导航系统作为制导系统。

二、鱼雷用捷联式惯导技术的发展

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