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引入末制导机制的水下航行器毁伤效能分析

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毁伤效能分析[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(5): 1-12 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毁伤效能分析[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(5): 1-12 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037
CAI Yi, MA Feng, ZHU Wei, JIA Xiyu, XUE Jianmin. Analysis of Damage Effectiveness for Underwater Vehicles Equipped with Terminal Guidance Mechanism[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037
Citation: CAI Yi, MA Feng, ZHU Wei, JIA Xiyu, XUE Jianmin. Analysis of Damage Effectiveness for Underwater Vehicles Equipped with Terminal Guidance Mechanism[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037

引入末制导机制的水下航行器毁伤效能分析

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: TJ03; TJ630; E92

Analysis of Damage Effectiveness for Underwater Vehicles Equipped with Terminal Guidance Mechanism

  • 摘要: 在水下精准高效毁伤技术发展背景下, 对机动目标的毁伤效能评估需要更为全面地考量制导、引信及战斗部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机动武器毁伤效能评估方法。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炸点位置。选取3种典型制导律构建末弹道模型, 实现机动条件下的毁伤效能分析。算例分析表明, 相比于直接瞄准法, 滑模制导律打击机动目标的重度毁伤概率更高, 文中还以比例引导法打击蛇行目标为例, 分析了多项耦合参数对最终毁伤效能的影响, 结果表明, 为实现稳定高效的毁伤, 弹药需达2~3倍目标速度、1.5以上的导引系数, 较为理想的引信启动距离为2.5~4 m, 较为理想的延迟时间为0.4s以下。文中方法综合考虑制导-引信-战斗部多分系统参数, 能够更准确全面地反映机动条件下参数对毁伤结果的影响, 可为水下武器的优化设计与作战运用提供参考。

     

  • 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  评估方法整体流程

    Figure  2.  General flow chart of the evaluation method

    图  3  弹目姿态示意

    Figure  3.  Schematic diagram of projectile and target attitudes

    图  4  控制误差示意

    Figure  4.  Schematic of the error of control

    图  5  导引误差示意

    Figure  5.  Schematic of the error of guide

    图  6  目标机动方式示意

    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  目标重度毁伤毁伤树

    Figure  8.  Damage tree of target severe damage

    图  9  目标中度毁伤毁伤树

    Figure  9.  Damage tree of target light damage

    图  10  目标轻度毁伤毁伤树

    Figure  10.  Damage tree of target light damage

    图  11  单次抽样下的弹-目过程

    Figure  11.  Projectile-Target Rendezvous Process under Single Sampling

    图  12  抽样炸点散布情况

    Figure  12.  Dispersion of sampling detonation points

    图  13  不同蒙特卡洛抽样次数下的各类毁伤概率计算结果

    Figure  13.  Calculation results of various damage probabilities under different Monte Carlo sampling runs

    图  14  不同制导方法-机动方式组合下目标毁伤计算结果

    Figure  14.  Target damage calculation results under different guidance method-maneuver mode combinations

    图  15  目标不同速度-蛇行半径组合下重度毁伤概率

    Figure  15.  Probability of severe damage under different target velocity-weaving radius parameter combinations

    图  16  目标不同速度-蛇行半视角组合下重度毁伤概率

    Figure  16.  Probability of severe damage under different target velocity-weaving half-angle parameter combinations

    图  17  目标不同速度-轨迹基准方向组合下重度毁伤概率

    Figure  17.  Probability of severe damage under different target velocity-trajectory baseline direction parameter combinations

    图  18  不同航行器速度-装药当量组合下重度毁伤概率

    Figure  18.  Probability of severe damage under different combinations of vehicles equipped velocity and explosive equivalent

    图  19  不同航行器速度-导引系数组合下重度毁伤概率

    Figure  19.  Probability of severe damage under different combinations of vehicles equipped velocity and guidance coefficient

    图  20  不同航行器速度-初始指向组合下重度毁伤概率

    Figure  20.  Probability of severe damage under different combinations of vehicles equipped velocity and initial line of sight

    图  21  不同航行器速度-导引误差距离系数(角度方向)组合下重度毁伤概率

    Figure  21.  Probability of severe damage under different combinations of vehicles equipped velocity and guidance miss distance coefficient

    图  22  不同引信探测半锥角-启动距离组合下重度毁伤概率

    Figure  22.  Probability of severe damage under different combinations of fuze detection half-cone angle and initiation distance

    图  23  不同引信探测半锥角-启动距离组合下轻度以上毁伤概率

    Figure  23.  Probability of light damage and above under different combinations of fuze detection half-cone angle and initiation distance

    图  24  不同引信探测半锥角-延时时间组合下重度毁伤概率

    Figure  24.  Probability of severe damage under different combinations of fuze detection half-cone angle and delay time

    图  25  不同引信探测半锥角-延时时间组合下轻度以上毁伤概率

    Figure  25.  Probability of light damage and above under different combinations of fuze detection half-cone angle and delay time

    表  1  算例弹目交会初始参数

    Table  1.   Initial parameters for the rendezvous numerical example

    目标航行器
    初始位置/m(0, 500, 50)(0, 0, 0)
    初始航向角/°由机动方式确定90
    速度/m·s−11025
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    表  2  目标运动轨迹参数

    Table  2.   Parameters of the target trajectory

    目标机动方式参数
    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/m50
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    表  3  航行器制导律参数

    Table  3.   Parameters of the vehicle guidance law

    航行器制导律参数
    直接瞄准法
    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

    参数类型参数名参数值
    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
    引信参数引信启动距离/m4
    引信启动半锥角/(°)25
    引信延时时间/s0.05
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    表  5  等效舱段长度与毁伤等级判据

    Table  5.   Criteria for compartment damage levels

    舱段长度/m重度毁伤判据中度毁伤判据轻度毁伤判据
    制导舱段0.751.30.660.2
    战斗部舱段1.151.20.80.35
    控制舱段0.951.30.660.2
    燃料舱段1.9510.50.25
    动力舱段0.81.30.660.3
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    表  6  目标毁伤等级定义

    Table  6.   Definition of target damage levels

    毁伤等级情况描述
    重度毁伤重创, 功能丧失, 失去威胁
    中度毁伤受损, 功能下降, 威胁较小
    轻度毁伤轻伤, 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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