舰机协同下多基地声纳阵应召搜潜效能研究

针对传统单基地声纳搜潜难以满足反潜作战要求的问题,提出了一种拖曳声纳与反潜直升机布放浮标阵联合起来形成多基地声纳搜潜的方法。结合舰机实际运动特点,建立舰艇运动模型与直升机布放圆形、方形、三角形被动浮标阵模型。采用Monte Carlo方法,对搜潜概率进行仿真,比较多基地与非多基地声纳的搜潜概率,并分析不同的初始条件对搜潜概率的影响。仿真结果表明,多基地声纳搜潜概率高于非多基地声纳,圆形多基地阵搜潜效能相对最佳,三种阵型的搜潜概率随着初始距离、初始位置分布、航速均值的增大而减小,并能针对不同搜潜要求与实际作战条件选择合适的布放半径和被动浮标布放个数。提出的方法适用于一定距离范围内的应召搜潜,对反潜作战具有一定的军事意义。     

浮标阵形对搜潜效能影响的研究

搜潜效能是评估浮标阵形性能的重要依据.为了研究不同浮标阵形对搜潜效能的影响,以航空应招反潜作战为背景,建立了航空搜潜过程中的潜艇运动模型和浮标布阵数学模型,并结合浮标阵阵无数量、反潜基地距潜艇初始发现点的距离、反潜机巡航速度以及潜艇规避速度的变化,运用Monte-Carlo方法对不同浮标阵形的搜潜效能进行了仿真和比较分析.仿真结果表明,在相同条件下,不同浮标阵形的搜潜效能存在较大差异,单层圆形浮标阵的搜潜效能相对较高.为声纳员优化浮标布阵提供有效的辅助决策依据.     

声纳浮标阵搜潜效能通用仿真模型研究

通过对声纳浮标阵作战机理的详细分析,以蒙特卡洛法为基础建立了声纳浮标阵搜潜效能的通用仿真模型,并给出了仿真实例。该模型适用于对各种作战条件下各种声纳浮标阵搜潜效能的仿真计算。     

应召搜潜中典型情况下潜艇分布概率的计算

针对应召搜潜过程中潜艇分布概率的计算问题,推导了潜艇的初始位置服从正态分布、潜艇航向在二维平面内服从均匀分布、潜艇航速已知或服从已知分布的潜艇分布概率的计算方法,给出了潜艇航速服从均匀分布和瑞利分布等典型情况下,潜艇分布概率的计算公式,并通过蒙特卡罗方法验证了所推导公式的正确性,同时给出了部分时刻潜艇位置联合概率密度和边缘概率密度的计算结果。通过该计算结果可以清楚地看出应召搜潜中潜艇的分布概率随搜潜时间的变化情况,这对于在搜潜过程中制定正确的搜潜策略具有一定的指导意义。     

通报距离对应召磁异搜潜概率的影响

为了分析应召搜潜过程中通报距离对搜潜概率的影响,推导出了计算潜艇位置分布概率的模型。通过该模型建立了通报距离与应召磁异搜潜概率的关系,并给出了一些典型情况下的计算结果。结果显示：应召磁异搜潜概率随通报距离的增加迅速下降,仅当通报距离较近且潜艇初始分布半径较小、航速较低时,应召磁异搜潜拥有较高的探测概率;从而表明通报距离对应召磁异搜潜概率影响较大,磁异探测不适合对远的通报距离的区域实施搜索     

多机吊放声纳检查搜潜建模与仿真研究

为了提高吊放声纳检查搜索概率,建立了4架飞机利用吊放声纳的平行、多段和锯齿检查搜潜模型、潜艇运动模型、搜潜概率模型,仿真分析了潜艇初始航向、吊放声纳间距、搜索样式等因素对检查搜索概率的影响.仿真结果表明,潜艇航速、航向角度以及吊放声纳间距的变化对平行、多段和锯齿检查搜索概率影响较大.使用多机进行协同搜潜,可在较短时间内进行大面积搜索,有效提高搜潜效率.因此,在实际航空反潜中,需根据所获得的潜艇运动态势信息合理选择搜潜样式和有关的搜潜战术手段,才能获得较高的搜潜概率.     

基于被动声纳浮标投放法的水下目标跟踪

针对航空反潜中使用空投被动声纳浮标对潜艇进行跟踪的问题,利用双曲线交汇法定位,研究被动浮标对水下目标进行连续跟踪的方法,建立相应数学模型。仿真结果证明了该方法的可行性,得到目标的航速、航向、运动状态变化间隔、声纳浮标位置等因素变化与跟踪所需声纳浮标数量的关系。     

舰载直升机对潜防御性应召搜索仿真分析

研究潜防搜索优化问题,吊放声纳和声纳浮标是舰载直升机对潜搜索的主要手段,但在搜索的过程中存在着因搜索面积大导致兵力需求多和如何协同使用才能达到最优搜索效果等问题。针对舰载直升机吊放声纳和声纳浮标在搜潜中的协同,由于水面舰艇在航渡中受到潜艇威胁,提出了一种舰载直升机对潜防御性应召搜索的方法,通过建立潜艇对水面舰艇威胁航向的模型和仿真分析,能够有效缩小舰载直升机应召搜索的范围;同时,建立了舰载直升机吊放声纳搜索及声纳浮标阵列模型,并对舰载直升机使用吊放声纳和声纳浮标协同搜索进行仿真。仿真结果表明,提高了搜索效率,可为吊放声纳和声纳浮标的作战应用提供重要参考。     

浮标布阵航路规划算法仿真研究

研究固定翼反潜飞机优化航路规划问题,反潜飞机浮标布阵系统作为航空反潜的重要组成部分.由于固定翼反潜飞机因飞行速度以及同时具备搜潜和反潜的能力,针对固定翼飞机在浮标布放飞行速度下转弯半径过大,使规划航路不能在规定的时间内完成布放任务,对声纳浮标也不能及时对某一海域进行搜索而失去最佳的探潜时机,因此采用线性规划算法已无法满足布放实时性的要求.为解决上述问题,将传统蚁群算法运用到直升机布阵航路规划中,并对其进行了改进,运用到固定翼飞机布阵航路规划中,解决了因固定翼飞机最小转弯半径过大而导致布阵不及时、影响搜索效率等问题,最后对算法寻优和收敛情况进行仿真,结果取得了较好的效果为设计提供了参考.     

基于潜艇先验航向信息的编队应召搜索研究

应召反潜是水面舰艇编队常用的反潜方式之一，现阶段研究的应召反潜方法多是在已知敌潜艇先验位置信息条件下的对潜搜索方法，而对于某些特定条件下的对潜搜索不具有普适性。在研究水面舰艇编队平行应召反潜的基础上，建立了潜艇初始位置和概略航向已知、航速未知条件下的水面舰艇编队对潜搜索概率基本模型，并进行了仿真评估。通过Matlab仿真，给出了水面舰艇数量、接敌速度、搜索速度和潜艇机动速度等因素对搜索概率的影响关系，为水面舰艇编队反潜作战提供了理论依据和技术支撑。     

吊放声纳主动探测距离建模与仿真

为正确实施搜潜战术,需要对吊放声纳探测距离进行预报。根据主动声纳工作原理及性能参数,充分考虑海洋环境和目标特性对声纳探测距离的影响,建立了吊放声纳主动探测计算模型,并进行了仿真验证。结果表明,该模型是有效可行的。     

以潜制潜的搜索效能分析与仿真

潜艇在未来的联合反潜作战中将担负重要的使命任务,但是由于潜艇搜索作战仿真模型的匮乏,严重影响了作战研究的科学性.建立潜艇对潜搜索效率模型成为以潜制潜作战研究的瓶颈问题.在认真研究潜艇的搜索过程和影响其搜索效率的各种因素的基础上,分两种情况(反潜潜艇发现目标的距离大于目标开始规避反潜潜艇的距离、反潜潜艇发现目标的距离小于等于目标开始规避反潜潜艇的距离)建立了潜艇对潜搜索效率模型.通过对潜艇搜索效能的仿真分析,提高了以潜制潜作战研究的科学性,给出了保证和提高搜索效率的使用方法.     

水面舰艇编队拖曳声纳舰阵位配置及行动方法

研究水面舰艇编队优化问题,由于潜艇对水面舰艇编队构成严重威胁,为有效保护舰艇安全,选择声纳舰的位置十分重要.拖曳声纳舰作为水面舰艇编队主要对潜警戒信号,对阵位配置及行动方法对编队的反潜效能影响巨大.针对水面舰艇编队航渡中近程拖曳声纳舰的阵位配置问题,提出了一种方法.通过对舰艇编队反潜警戒区的划分,总结了拖曳声纳舰阵位配置原则,建立了关于拖曳声纳舰阵位的模型,仿真计算了各种参数对拖曳声纳舰阵位的影响,并提出了拖曳声纳舰“蛙跳”行动的方法,并进行仿真.结果表明,方法有效,为指挥员编队决策提供了参考依据.     

航速和力对潜艇垂直面运动影响仿真分析

针对潜艇垂直面受外力作用下的操纵运动响应,在潜艇垂直面线性操纵运动方程的基础上,对不同航速时潜艇在外力作用下运动特性进行了理论分析.进而以模型潜艇为研究对象,基于潜艇垂直面线性操纵运动方程进行数值仿真验证,分析了不同航速的潜艇在静力和升降舵舵力作用下的运动特性以及艏、艉升降舵的操纵特点.理论分析与仿真结果表明,航速以及外力在潜艇纵向上的作用点对潜艇的操纵特性有着重要的影响,作用在潜艇上的外力一定时,在不同的航速、不同的作用位置条件下潜艇会呈现出完全不同的运动规律.仿真结论对潜艇指挥员正确操纵指挥潜艇有一定的现实指导意义.     

异构环境下的多子阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法

为解决多子阵合成孔径声纳成像效率低的问题,提出了一种异构环境下的多子阵合成孔径声纳快速成像方法。根据多子阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法特点以及CPU和GPU各自计算特点,通过将算法中距离向脉冲压缩、固定相位补偿、距离徙动校正和方位向脉冲压缩密集型运算采用GPU计算,极大提高了多子阵合成孔径声纳成像效率。最后通过实测数据的成像实验对所提算法的正确性和高效性进行了验证,与串行计算方法相比加速比高达14.45。     

基于OpenMP的高效多子阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法

为充分利用多核CPU计算资源解决多子阵合成孔径声纳成像效率低的问题,提出了一种共享内存环境下的距离多普勒成像算法并行解决方案。在分析多子阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法并行性的基础上,对算法中预处理、距离向脉冲压缩、固定相位补偿、距离徙动校正和方位向脉冲压缩进行了OpenMP并行化设计,充分利用多核CPU计算资源实现了大数据量合成孔径声纳图像快速重构。对实测数据的成像实验结果表明,并行成像算法加速比高达19.86,满足实时合成孔径声纳系统成像需求。     

基于Matlab的应召反潜潜艇位置分布建模及仿真

针对应召反潜过程中潜艇初始位置服从正态分布，航向、航速服从均匀分布的情形，基于公式推导得到了潜艇位置概率分布计算方法，并通过调用Matlab库函数编程实现。考虑到Matlab编程简单，易于实现随机运算的优点开展了概率分布的蒙特卡洛仿真。两种方法对比验证了计算结果的有效性。     

参数可调数字式声纳浮标系统的硬件设计

对数字式纳浮标系统的硬件实现方案进行设计,采用软件无线电的设计思想,在实现声纳浮标数据采集、信号处理、无线电通信、自组织组网等功能的基础上,允许用户根据实际应用情况,对声信号监听带宽、监视频率、采样速率、通信模式、通信速率、发射功率等参数进行实时调整与改变。     

长线阵声纳左右舷分辨仿真研究

长线阵声纳是拖曳线列阵声纳的一种重要形式,左右舷模糊问题是其主要缺点之一。针对长线阵声纳满足近场条件的特点,当长线阵声纳呈直线状态时,根据时域波束形成原理建立以目标方位和距离为自变量的目标函数。根据频谱分析后所得的目标频率,对方位和距离两个参量进行二维搜索,得到目标函数灰度图。当长线阵声纳所在拖体转向机动时,利用长线阵声纳首尾两航向传感器的数据对长线阵声纳的阵形进行预报,在此基础上改写目标函数,再次通过二维搜索得到目标函数灰度图,根据阵形弯曲前后目标函数灰度图的变化,可辨别出目标方位和虚源方位,从而得到一种新的左右舷分辨方法。仿真结果表明目标函数灰度图变化直观明了,所提方法可有效解决长线阵声纳左右舷分辨问题。     

多声纳基阵时差定位精度分析

声纳无源工作时可以通过测量时差进行定位.给出了该定位方法的精度分析,指出了测时误差和测阵误差对目标定位的影响程度不同,目标与各声纳基阵的几何位置关系对定位精度有较大影响,并给出了在具体布阵条件下的受控区域内的GDOP分布.