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引入末制导机制的水下航行器终点作用效能分析

蔡一,  马峰,  朱炜,  贾曦雨,  薛建敏

蔡一, 马峰, 朱炜, 等. 引入末制导机制的水下航行器终点作用效能分析[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(5): 967-978 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037
引用本文: 蔡一, 马峰, 朱炜, 等. 引入末制导机制的水下航行器终点作用效能分析[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(5): 967-978 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037
CAI Yi, MA Feng, ZHU Wei, JIA Xiyu, XUE Jianmin. Terminal Effectiveness Analysis of Undersea Vehicles Incorporating a Terminal Guidance Mechanism[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2026, 34(5): 967-978. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037
Citation: CAI Yi, MA Feng, ZHU Wei, JIA Xiyu, XUE Jianmin. Terminal Effectiveness Analysis of Undersea Vehicles Incorporating a Terminal Guidance Mechanism[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2026, 34(5): 967-978. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037

引入末制导机制的水下航行器终点作用效能分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(12472365); 爆炸科学与安全防护全国重点实验室自主课题重点项目(ZDKT24-01).
详细信息
    作者简介:

    蔡一:蔡 一(2001-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为毁伤效能评估与水下爆炸

    通讯作者:

    马 峰(1973-), 男, 教授, 主要研究方向为水中爆炸、毁伤评估等.

  • 中图分类号: TJ630; U663

Terminal Effectiveness Analysis of Undersea Vehicles Incorporating a Terminal Guidance Mechanism

  • 摘要: 在水下精准高效终点作用技术发展背景下, 对机动目标的终点作用效能评估需要更为全面地考量制导、近场触发机构及终点作用单元等多分系统参数综合作用。文中提出了一种引入末制导机制的水下航行器终点作用效能评估方法。该方法通过回溯末制导机制, 并引入控制与导引2类误差模型, 对随机弹道进行蒙特卡洛抽样以获取近场触发点位置。选取3种典型制导律构建末弹道模型, 实现机动条件下的终点作用效能分析。算例分析表明, 相比于直接瞄准法, 滑模制导律跟踪交会机动目标的重度终点作用概率更高, 文中还以比例引导法跟踪交会蛇行目标为例, 分析了多项耦合参数对最终终点作用效能的影响, 结果表明, 为实现稳定高效的作用, 航行器需达2~3倍目标速度、1.5以上的导引系数, 较为理想的近场触发机构启动距离为2.5~4 m, 较为理想的延迟时间为0.4 s以下。文中方法综合考虑制导-近场触发机构-终点作用单元多分系统参数, 能够更准确全面地反映机动条件下参数对终点作用结果的影响, 可为相关装备的优化设计与运用提供参考。

     

  • 图  1  文中方法设计思想示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the design idea of the method in this paper

    图  2  评估方法流程

    Figure  2.  Flow chart of the evaluation method

    图  3  航行器-目标姿态示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of vehicle-target attitudes

    图  4  控制误差示意图

    Figure  4.  Schematic of the control error

    图  5  导引误差示意图

    Figure  5.  Schematic of the guide error

    图  6  目标机动方式示意图

    Figure  6.  Schematic of target maneuver modes

    图  7  原始目标与等效模型

    Figure  7.  Original target and its equivalent model

    图  8  目标重度终点作用事件树

    Figure  8.  Target severe terminal effects event tree

    图  9  目标中度终点作用事件树

    Figure  9.  Target moderate terminal effects event tree

    图  10  目标轻度终点作用事件树

    Figure  10.  Target minor terminal effects event tree

    图  11  单次抽样下交会过程

    Figure  11.  Rendezvous process under single sampling

    图  12  抽样近场触发点散布情况

    Figure  12.  Sampled near-field trigger point distribution

    图  13  不同抽样次数下终点作用计算结果

    Figure  13.  Terminal effects computation results under different sampling counts

    图  14  不同制导方法-机动方式组合下终点作用计算结果

    Figure  14.  Terminal effects computation results under different sampling counts

    图  15  不同目标速度-蛇行半径下重度终点作用概率

    Figure  15.  Probability of severe terminal effects under different target velocities and weaving radii

    图  16  不同目标速度-蛇行半视角下重度终点作用概率

    Figure  16.  Probability of severe terminal effects under different target velocities and weaving half-angle

    图  17  不同目标速度-轨迹基准方向下重度终点作用概率

    Figure  17.  Probability of severe terminal effects under different target velocities and reference trajectory directions

    图  18  不同航行器速度-含能材料质量下重度终点作用概率

    Figure  18.  Probability of severe terminal effects under different combinations of vehicle speed and energetic material mass

    图  19  不同航行器速度-导引系数下重度终点作用概率

    Figure  19.  Probability of severe terminal effects under different vehicle velocities and guidance coefficients

    图  20  不同航行器速度-初始指向下重度终点作用概率

    Figure  20.  Probability of severe terminal effects under different vehicle velocities and initial pointing directions

    图  21  不同航行器速度-导引误差距离系数(角度方向)下重度终点作用概率

    Figure  21.  Probability of severe terminal effects under different combinations of vehicle velocities and guidance error distance coefficient in the angular direction

    图  22  不同近场触发机构探测半锥角-启动距离下重度终点作用概率

    Figure  22.  Probability of severe terminal effects under different combinations of near-field triggering mechanism detection half-cone angle and triggering distance

    图  23  不同近场触发机构探测半锥角-启动距离下轻度及中度终点作用概率

    Figure  23.  Probability of light and moderate terminal effects under different near-field triggering mechanism detection half-cone angles and activation distances

    图  24  不同近场触发机构探测半锥角-延时时间下重度终点作用概率

    Figure  24.  Probability of severe terminal effects under different combinations of near-field triggering mechanism detection half-cone angle and delay time

    图  25  不同近场触发机构探测半锥角-延时时间下轻度及中度终点作用概率

    Figure  25.  Probability of light and moderate terminal effects under different near-field triggering mechanism detection half-cone angles and delay times

    表  1  算例航行器-目标交会初始参数

    Table  1.   Initial parameters for the vehicle-target intersection numerical example

    研究对象 初始位置/m 初始航向角/(°) 速度/(m·s−1)
    目标 (0, 500, 50) 由机动方式确定 10
    航行器 (0, 0, 0) 90 25
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    表  2  目标运动轨迹参数

    Table  2.   Parameters of the target trajectory

    机动方式 参数 取值
    直线 初始航向角/(°) 0
    环行 轨迹圆心 (0, 550, 50)
    蛇行 初始航向角/(°) 30
    轨迹基准方向/(°) 0
    蛇行半视角/(°) 30
    蛇行半径/m 50
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    表  3  航行器制导律参数

    Table  3.   Parameters of the vehicle guidance law

    制导律 参数 取值
    直接瞄准法前置角/(°)0
    比例导引法导引比例系数4
    滑模制导律导引比例系数4
    趋近律系数3
    趋近律系数2
    趋近律可调参数0.5
    水平期望约束落角60
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    表  4  部分初始仿真参数

    Table  4.   Partial initial simulation parameters

    参数类型参数取值
    仿真与总体参数仿真持续时间/s200
    远区仿真时间步长/s0.05
    近区仿真时间步长/s0.005
    航行器制导瞄准点目标中心
    航行器平面最大法向过载15
    探测盲区距离/m8
    误差参数远区位置控制误差标准差/m0.025
    远区角度控制误差标准差/(°)0.5
    近区位置控制误差标准差/m0.0025
    近区角度控制误差标准差/(°)0.5
    角度方向导引误差距离系数0.001
    距离方向导引误差距离系数0.01
    近场触发机构参数启动距离/m4
    启动半锥角/(°)25
    延时时间/s0.05
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    表  5  等效舱段长度与终点作用等级判据

    Table  5.   Equivalent section length and terminal effects level criterion

    舱段长度/m重度判据中度判据轻度判据
    制导舱段0.751.300.660.20
    载荷舱段1.151.200.800.35
    控制舱段0.951.300.660.20
    燃料舱段1.951.00.500.25
    动力舱段0.801.300.660.30
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    表  6  目标终点作用等级定义

    Table  6.   Definition of target terminal effects level

    作用等级情况描述
    重度重创, 功能丧失, 失去威胁
    中度受损, 功能下降, 威胁较小
    轻度轻伤, 功能受损, 威胁较大
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-02-10
  • 修回日期:  2026-03-24
  • 录用日期:  2026-03-27
  • 网络出版日期:  2026-09-11
图(25) / 表(6)

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