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一种方位队形舰艇编队规避航向优选方法

发布时间:2019-07-11 00:48 来源:未知 编辑:admin

  Vol.31No.1 2015 JOURNALOFTRANSPORTSCIENCEANDENGINEERINGMar.2015 收稿日期:2014-09-05 基金项目:军队“ 2110 ”三期工程资助;海军“十二五”预研项目;海军大连舰艇学院学术预研课题 作者简介:李 1981-),男,大连舰艇学院讲师,硕士。 文章编号:1674-599X 01-0103-05一种方位队形舰艇编队规避航向优选方法 (海军大连舰艇学院航海系,辽宁 大连 116018 要:为了判断舰艇编队规避的有效性,必须考虑编队内部所有舰艇的规避情况,以确保各舰的相对航向线均满足约束条件限制。为此,针对方位队编队队形特点,提出一种绘算方法。以机动态势为基 础,通过分析方位队队形相对运动带与规避距离之间的关系,确定方位队编队整体规避距离,从而解决 编队整体规避航向的解算问题,并通过实例验证了所提出算法的有效性与优越性。 关键词:舰艇编队;方位队;相对运动带;规避航向;规避距离 中图分类号: U675.96 文献标识码iewofthecharacteristicsoftheshipformation someresearchesontherelationshipsaredonebetweenrelativemovementstripandevasiondis tance theoptimumseekingmethodofazimuthformationevasioncourseispresentedtoevadesubmarineoutsidescheduleddistance.Anexampleofazimuthformationshowsthe effectivenessandsuperiorityoftherelativemovementstrip. Keywords 海上编队舰艇数量依据不同的战术目的而定,其队形的编成形式也是多样的。其中最简单 的基本队形称队列,包括纵队、横队、梯队和方位 队等,各种基本队形有着各自的特性,方位队指其 他各舰位于基准舰某一方位线] ,如图 所示。舰艇在海上为达到某种预期目的,例如:避免与敌遭遇或者在完成了某项任务后要求迅速 脱敌等,均需要采取变向或变速机动,这种机动方 法称为规避机动 编队方位队队形Fig.1Azimuthformation 的基本形式之一,航海人员都使用舰操图来求解规 避机动航向。在解决类似问题时,应以简明而迅速 的方法解决为主。本研究考虑避开编队内部舰艇 的逐一单独绘算,利用相对运动带来整体绘算方位 队条件下舰艇编队规避敌方潜艇的机动航向。 队列要素及机动态势分析1.1 海上舰艇编队队列基本要素 舰艇编队的队形由队列的纵深与宽度看齐, 主要以舰与舰之间的间距等参数表示 [4-5] 准舰是线性编队其他舰艇保持队形位置的基准,可为一至多条舰艇。 队列线是由基准舰开始,连接队列中各舰指定位置所在点形成的直线。队 列方位指正北与队列线之间的夹角,按顺时针方 360计算。 队列角是队列线与编队航向之间的夹角,由基准舰向右(左)舷从 180计算。 1.2 两舰定向定速机动态势 在定向定速条件下,两条舰艇的机动态势可 利用数学解析来表述。为了提高解算速度,舰艇 航海人员通过采用舰操图绘算的方法来实现。为 简化计算,尽可能地提高绘算速度。在精度允许 的前提下,将舰艇位置视为几何点,同时把舰艇运 动看作是点的运动 。按照相对运动理论,如果将目标舰艇视为静止点,则两舰定向定速机动态 势如图 定向定速舰艇相对运动态势Fig.2Relativemovementtrend 本舰与目标舰初始分别位于 M0 T0,本舰 航向 Cm ,获知目标舷角为 ,则本舰对目标的相对航向为 Cr ,目标对本舰的相对航向线 Crt。定义舰艇航向线与相对航向线的夹角为 其相对航向线舷角 分别为本舰与目标舰艇相对舷角 (为计算方便,定义向左为“ 1.3方位队相对运动带 在一定的战术背景下,方位队编队需要保持 良好的队形,由于编队队形涵盖一定的区域,在进 行机动绘算时,如果再将舰艇位置当成点,可能会 造成较大误差,提高规避所需时间,甚至会影响到 编队内部舰艇的规避安全。因此,编队内部舰艇 在进行规避绘算时,不能再当作点的运动,而是根 据编队队形配置,将舰艇位置当作一条直线或一 个区域的面运动。在解算编队问题时,应把编队 看作具有一定面积或宽度的整体在运动,这条直 线或区域称为编队相对某一目标运动的编队相对 运动带 海上舰艇编队以航速Vm 沿航向 Cm 航行, M1 Mi多条舰艇构成方位队, M1 M2分别为殿后舰和前导舰,两舰舰间斜距为 ,获知存在潜艇 以航速Vt 沿航向 Ct 航行。根据相对 运动原理,假定以潜艇为中心点,则编队内部任意 一条舰艇 Mi 对潜艇的相对航向为 Cr M2的两条相对航向线之间的区域,即为该方位队的 相对运动带 队形相对运动带Fig.3Formationrelativemovementstrip 定义两条相对航向线A 为编队相对运动带宽度 Dr Cr为基准,向左为“ )可知,Dr 以相对航向线 Cr 为基准,向 规避距离的确定水面舰艇在对潜艇防御方面,软、硬武器的作 战使用方法研究得比较多。在无法直接对抗时, 利用规避 [10] 可以实现避免与敌遭遇或是在已经遭 遇的情况下,设法降低敌潜艇使用武器效果等。 因此,舰艇利用规避机动避开敌人或降低敌人的 突击效果,也是对潜艇防御的有效方法。 2.1 对潜艇防御性规避航向与距离的关系 水面舰艇一旦在一定距离时发现潜艇或通过 其他途径预先判明潜艇活动区域,如果该距离大 于敌潜艇发现并攻击本舰的距离,则可以根据鱼 雷预定命中等概率圆大小以及潜艇最大占位航速 Vrmax ,确定本舰避开潜艇有效攻击范围的最短距 Dds,选择合适的机动航向保持本舰于 Dds 以外 通过潜艇活动区域,如图 所示。由于战术上要求尽快通过潜艇威胁区域,故选取航向改变量小 的相对运动航线作为规避航向。 规避航向求解Fig.4Evasioncoursegeometricalcalculation 2.2 方位队规避距离的分析 虽然舰艇编队可以解散编队各自按照单舰规 避的思路解决整体规避问题,但是在一定的战术 背景下,编队航行时的约束条件很多。如:编队防 御部署时,受武器性能、舰间距离、编队机动、指挥 通讯及火力协同等因素影响,即便编队航向航速 改变时,相应防护区域也应跟随基准舰要素变换 作相应移动,并尽可能保持原来队形,防止在运动 过程中出现区域防御漏洞。 编队于潜艇右侧通过时的活动区域如图 Cr的垂线 编队相对运动带宽度Dr ,定义基准舰规避潜艇距 Ddm,编队舰艇与潜艇的最近距离为 Dmin 编队规避距离Fig.5Formationevasiondistance 如果 M1 为编队基准舰,根据式( Dmin=T0M1′=Ddm 如果M2 为编队基准舰,相对运动带偏在基 准舰相对运动航向线左侧,根据式( Dmin=Ddm+Dr=T0M2 ′-Dr 同理可证,如果方位队形编队于潜艇左侧通过,以基准舰相对航向线为基准,满足: Dmin= Ddm ,相对运动带偏在背向潜艇异侧; Ddm Dr,相对运动带偏在靠近潜艇同侧。 在敌我机动性能一定的情况下,利用队形运动带,选择规避航向保证 Dmin Dds,就能避开潜 艇威胁。由基准舰进行绘算,编队其余舰艇保持 队形,代入式( ),基准舰规避距离满足:Ddm Dds,相对运动带偏在背向潜艇异侧; Dds+ Dr ,相对运动带偏在靠近潜艇同侧。 算例分析3.1 背景假定 假定 艘舰艇执行物资运送任务,航渡过程中组成 020.0 速沿航向000.0 航行,接通报航线前方有地方潜 艇活动,获知潜艇位于基准舰方位010.0 、距离 180cab ,最大航速 12kn 。为保持攻防态势不变, 编队欲保持方位队队形从潜艇 80cab 外通过。同 时,为最大程度降低潜艇威胁,要求编队尽快通过 潜艇威胁区域。为计算方便,绘算时不计量编队 转向时间滞后和相对位置变化所产生的 影响。 3.2 常规编队规避迭代算法 编队规避与单舰规避的区别,在于要考虑到 所有舰艇的规避效果,以确保编队内部舰艇的安 全。在确定规避潜艇预定距离 Dds 后,如果不考虑 编队整体队形,可以分别标绘编队内部每一艘舰 艇的规避航向。具体执行时,解散编队自行进行 规避。待规避完成后,再次集结组成原编队队形, 绘算结果(见表 单舰规避机动绘算结果Table1Theresultsofsimplexevasionplot 基准舰艇 初始方位 初始距离 规避航向 M1 010.0 180.0 301 M2009 176.0301 M3009 172.1300.1 M4 009 168.1299 M5009 164.2298.2 M6 009 160.3297.3 如果编队要执行统一航向,按照表 ,将所有绘算结果提供给编队其他舰艇,按照各自态势迭 代计算,以满足编队所有舰艇的规避航向作为编 队的最佳规避航向。基于这一思想,可以选取最 大规避角度 297.3 作为编队规避航向。虽然这种 方法可以确定方位队编队规避航向,但显然过于 繁琐。 3.3 编队运动带整体规避算法 如果将编队作为整体,也就是引入编队运动 带进行规避计算,需要确定编队整体规避距离,其 步骤为: 初始相对态势分析。将Dds 代入,作预 定距离圆切线,并将它定为初始相对运动航向 线。按照潜艇位于舰首前方位置,选择航向改变 小的作为规避相对运动航向线。如果潜艇初始位 于编队航线正前方,具体规避航向的选择取决于 同编队运动带的位置关系。方位队规避绘算如图 中可以看出,选择向左规避,相对航向 Cr1=344.0 以基准舰相对运动航向线为基准,判断相对运动带与潜艇位置的关系。由图 ),计算编队相对运动带宽度。通过绘算可得, Dr=-12cab 。如果相对运动带偏在潜艇同 侧,无需绘算编队相对运动带宽度,该步可以跳 ),计算基准舰规避的距离。Ddm 根据单舰规避潜艇于预定距离的绘算方法,将 Ddm 代入,重新作距 离圆同侧切线,确定规避机动相对航向线 标绘编队规避航向。根据 Cr2 标绘的 速度三角形,可得编队避让航向 Cm2=297.5 方位队规避绘算Fig.6Azimuthformationevasionplots 经过推演验证,采用该规避航向,基准舰与潜 艇的最大距离为 92cab ,编队最外侧舰艇与潜艇 的最近距离为 80cab ,其余各舰距离介于两者之 间,满足规避要求,绘算结果与单独绘算编队内部 各舰规避航向综合比对结果相一致,存在一定误 差是由于在绘算过程中数据简化所致,可以忽略 不计。此外,相对运动带宽度 Dr 的确定应该以编 队实际规避相对运动线的差比较小,所生成的编队相对运动带宽度变化 量也较小,在进行机动绘算时,以 Cr1 代替 Cr2 计算 所产生的误差也可以忽略不计。 实际执行时,用 该方法绘算的结果能够满足精度要求。 结论针对方位队编队规避舰艇航向确定问题,借 鉴编队相对运动带,作者提出了一种编队整体规 避绘算方法。根据编队规避约束条件,给出了编 队整体规避时规避距离的模型描述,并按照单舰规避航向解算模式建立了方位队编队规避时的具 体绘算方法。通过实例分析,验证该方法能有效 利用编队运动带得到规避航向最优解决方案。同 时,纵队队形舰艇编队和横队队形舰艇编队是方 位队的特殊队形,在进行规避机动时,也可以基于 编队运动带原理,结合具体情况,进行分析。 参考文献( References 基于领域知识的海上编队线型队形识别[ 舰船科学技术,2013 103-106. GUANQingyun WUXiao feng.Recognitionofnavalfleetlinetypeformation basedonthedomainknowledge .ShipScienceandTechnology 兵工学报mationflowandcooperativecontrolofvehicleformations .IEEETransactionsonAutomaticControl 1495-1476. 航母编队航渡过程中防空哨戒舰阵位确定方法研究[ 指挥控制与仿线andControl& Simulation 54-58. 海军大连舰艇学院学报,2014 LIWei WANGShuxiao.Studyonarithmeticofcolumnformationdefensivemanoeuvre HUAChengxiang.Warshipsformationmartialnauticaltheoryandmethods 军大连舰艇学院学报,2013 SUNJianhua LIWei.Studyoncollisionavoidancealgorithmforwarshipformation .JournalofDalianNavalAcademy 基于Markow 过程的潜艇占 位能力模型研究[ 鱼雷技术,2007 45-48. etal.Modellingtakinguppositioncapabilityofsubma rinebasedonMarkovchain .TorpedoTechnology 一种方位队形舰艇编队规避航向优选方法作者: 李伟, 易成涛, LIWei, YI Cheng-tao, WANG Shu-xiao, ZHOU Hong-jin 作者单位: 海军大连舰艇学院 航海系,辽宁 大连,116018 刊名: 交通科学与工程 英文刊名: Journal TransportScience 2015(1)引用本文格式:李伟.易成涛.王书晓.周红进Shu-xiao.ZHOU Hong-jin 一种方位 队形舰艇编队规避航向优选方法[期刊论文]-交通科学与工程 2015(1)

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