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內容簡介

本書是關於潛艇指控係統理論及應用的一部著作，是作者團隊多年研究及應用成果的總結，同時也參考瞭國內外相關領域作者公開發錶的著作和文章。全書共分11章，包括潛艇指控係統概述，潛艇指控係統發展曆程，潛艇信息融閤，潛艇目標綜閤識彆，目標運動要素解算，魚雷武器控製，潛射巡航導彈武器控製，潛艇綜閤防禦，遠程水中兵器指揮控製，潛地彈道導彈彈道與諸元計算以及潛艇指控係統關鍵技術發展趨勢。本書讀者為軍民電子信息係統領域的工程技術人員和相關專業的院校師生。

作者簡介

第七一六研究所創建於1965年5月，是中國船舶重工集團公司（世界五百強排名第281位，英文縮寫CSIC）所屬的一個以軍為本、軍民融閤，集科研、生産、經營於一體的綜閤性研究所，地處江蘇省連雲港市著名風景區花果山腳下。現有從業人員近2500名，各類專業技術人員1500餘名，其中，博士37人、碩士700餘人，高級職稱人員580餘名，"國務院政府特殊津貼”等各類專傢60餘人。七一六所建有完整的科研生産管理體係，擁有四個部級測試中心、四個省級工程技術研究中心、兩個省級企業技術中心、一個省級工程中心、一個機電産品製造中心；設有控製科學與工程碩士點、兵器係統工程聯閤博士點和博士後科研工作站，是國傢工業化和信息化"兩化”融閤管理體係貫標試點企業。建所以來，共獲得包括"國傢科技進步特等奬”在內的科技成果奬480餘項，其中***奬20餘項，省部級奬290餘項。曾獲得"全國質量奬”、"全國文明單位”、"全國精神文明建設工作先進單位”、"全國企業文化建設優秀單位”、"全國實施卓越績效模式先進企業”、"國防科技工業軍工文化建設示範單位”、"中央企業先進集體”、"江蘇省文明單位標兵”、"江蘇省五一勞動奬狀”、"江蘇省質量奬”等榮譽稱號。

目錄

第1章 潛艇指控係統概述 1
1．1 潛艇指控係統的基本概念 1
1．2 潛艇指控係統的發展動因 1
1．2．1 軍事需求提齣的挑戰 1
1．2．2 技術發展提齣的挑戰 2
1．2．3 係統演進提齣的挑戰 2
1．3 潛艇指控係統的主要功能與特徵 2
1．3．1 潛艇指控係統的作戰使命與發展要求 2
1．3．2 潛艇指控係統的總體結構與係統組成 2
1．3．3 潛艇指控係統的使命任務 3
1．3．4 潛艇指控係統的主要功能與性能 4
1．4 潛艇指揮控製過程 6
參考文獻 6
第2章 潛艇指控係統發展曆程 8
2．1 國外潛艇指控係統的發展概述 8
2．2 國外典型潛艇指控係統介紹 9
2．3 國外潛艇指控係統的典型特點 12
2．4 國內潛艇指控係統的發展情況 16
2．4．1 集中式指控係統 16
2．4．2 分開式指控係統 16
2．4．3 分布式指控係統 17
參考文獻 17
第3章 潛艇信息融閤 18
3．1 概述 18
3．1．1 潛艇信息源特性 18
3．1．2 潛艇信息融閤體係框架 23
3．2 信息預處理 27
3．2．1 野值處理 27
3．2．2 平滑濾波 29
3．2．3 時間一緻處理 30
3．2．4 空間一緻處理 31
3．3 多源數據關聯融閤 33
3．3．1 空間關聯融閤 33
3．3．2 時間關聯融閤 38
3．4 態勢估計 42
3．4．1 概略態勢分析 42
3．4．2 短時態勢預測 44
3．4．3 意圖分析 46
3．4．4 威脅估計 48
3．5 傳感器管理 51
3．5．1 基本原理 51
3．5．2 艇載傳感器管理示例 54
3．6 模擬仿真 54
3．6．1 純方位關聯 54
3．6．2 特徵輔助關聯 55
3．7 小結 56
參考文獻 57
第4章 潛艇目標綜閤識彆 59
4．1 概述 59
4．1．1 目標身份層次分類 61
4．1．2 識彆信息源分析 63
4．1．3 目標綜閤識彆實現結構 64
4．2 特徵級身份識彆 65
4．2．1 水聲目標特徵提取與分類 65
4．2．2 偵察參數識彆 68
4．2．3 目標運動特徵識彆 69
4．2．4 多特徵目標綜閤識彆 70
4．3 決策級目標綜閤識彆技術 71
4．3．1 身份命題轉換與信任函數生成 71
4．3．2 傳感器可信度估計 71
4．3．3 目標綜閤識彆算法 73
4．4 基於魚雷迴傳信息的目標綜閤識彆 77
4．5 作戰集群目標識彆 79
4．5．1 目標分群 79
4．5．2 編隊隊形識彆 82
4．6 目標綜閤識彆數據庫應用 83
4．7 仿真案例 84
4．7．1 水聲目標識彆仿真 84
4．7．2 證據理論改進方法仿真 85
4．7．3 純方位目標分群仿真 86
4．8 小結 88
參考文獻 88
第5章 目標運動要素解算 91
5．1 概述 91
5．1．1 潛艇隱蔽攻擊的概念 91
5．1．2 潛艇隱蔽攻擊的發展 92
5．2 水下目標純方位定位跟蹤係統可觀測性分析 93
5．2．1 綫性係統可觀測性的一般結論 93
5．2．2 純方位定位跟蹤係統可觀測性分析 94
5．2．3 二要素多方位目標定位跟蹤可觀測性分析 103
5．2．4 一要素多方位目標定位跟蹤可觀測性分析 105
5．3 純方位目標運動要素解算 108
5．3．1 本艇機動優化控製 108
5．3．2 純方位目標運動要素解算方法 112
5．4 已知部分要素的目標運動要素解算 118
5．4．1 已知一要素條件下的目標運動要素解算 118
5．4．2 已知兩要素條件下的目標運動要素解算 121
5．5 方位距離量測條件下的目標運動要素解算 123
5．5．1 二方位二距離目標運動要素解算 123
5．5．2 多方位多距離目標運動要素解算 124
5．6 基於水聲信號的目標運動要素解算 124
5．6．1 目標運動要素解算的水聲信號需求分析 124
5．6．2 聲呐波束域信息運動特徵提取 130
5．6．3 基於聲呐波束域信息的目標運動要素解算 134
5．6．4 基於聲呐陣元信號的目標運動要素解算技術 140
5．7 會聚區目標定位與跟蹤 143
5．7．1 會聚區形成機理 144
5．7．2 會聚區參數計算 145
5．7．3 會聚區目標的跟蹤 146
5．8 機動目標運動要素解算 148
5．8．1 水聲目標機動檢測 149
5．8．2 變速變嚮機動目標運動要素解算方法 163
5．8．3 特殊情況下的機動目標運動要素解算 167
5．9 多平颱協同定位 170
5．9．1 多平颱協同探測優化控製 170
5．9．2 多平颱目標協同定位解算 172
5．10 目標運動要素解算效果在綫評估 178
5．10．1 解算精度評估 178
5．10．2 解算穩定性評估 181
5．10．3 解空間及置信度估計 182
5．11 仿真案例 185
5．11．1 不同量測條件下勻速直航目標運動要素解算仿真 185
5．11．2 機動目標運動要素解算仿真 186
5．12 小結 187
參考文獻 187
第6章 魚雷武器控製 189
6．1 概述 189
6．2 直航魚雷射擊諸元解算 189
6．2．1 直航魚雷正常提前角的計算 189
6．2．2 直航魚雷齊射散角及轉角的計算 192
6．3 聲自導魚雷諸元解算 195
6．3．1 聲自導魚雷單射有利提前角的計算 195
6．3．2 自導開機時機的相關計算 198
6．3．3 聲自導魚雷齊射射擊諸元計算 199
6．4 尾流自導魚雷諸元解算 202
6．4．1 尾流自導魚雷單射射擊諸元計算 202
6．4．2 入尾流點選取的相關規則 204
6．4．3 尾流自導魚雷齊射射擊諸元計算 205
6．5 綫導魚雷導引參數解算 207
6．5．1 前置點導引法導引參數解算 207
6．5．2 方位導引法導引參數解算 208
6．6 魚雷打擊效果評估 210
6．6．1 射擊誤差散布分析 211
6．6．2 聲自導魚雷發現概率估計技術 211
6．6．3 尾流自導魚雷發現概率估計技術 213
6．6．4 綫導魚雷發現概率估計技術 214
6．6．5 毀傷效果估計技術 217
6．7 仿真案例 222
6．7．1 魚雷發現概率估計技術仿真 222
6．7．2 毀傷效果仿真 224
6．8 小結 224
參考文獻 225
第7章 潛射巡航導彈武器控製 227
7．1 概述 227
7．2 潛射巡航導彈信息保障技術 227
7．2．1 多彈多目標任務分配技術 228
7．2．2 目標捕獲概率計算模型 231
7．2．3 仿真結果及分析 240
7．3 潛射巡航導彈航路規劃技術 241
7．3．1 潛射巡航導彈航路規劃建模 242
7．3．2 潛射巡航導彈對海/對陸打擊航路規劃技術 246
7．3．3 仿真結果及分析 255
7．4 潛射巡航導彈打擊效果評估技術 257
7．4．1 針對機場和機庫的打擊效果自動評估 257
7．4．2 針對橋梁的打擊效果自動評估 261
7．4．3 針對樓房建築物的打擊效果自動評估 265
7．4．4 仿真結果及分析 274
7．5 小結 277
參考文獻 278
第8章 潛艇綜閤防禦 281
8．1 概述 281
8．2 潛艇威脅目標信息綜閤處理 283
8．2．1 反潛平颱威脅預警 283
8．2．2 來襲魚雷綜閤識彆與定位 283
8．2．3 潛艇對空信息綜閤處理 284
8．3 潛艇軟硬防禦武器綜閤控製 286
8．3．1 潛艇軟硬防禦武器的作戰使用 286
8．3．2 綜閤防禦來襲魚雷 287
8．3．3 綜閤防禦反潛平颱 293
8．4 綜閤防禦效果評估 295
8．5 小結 297
參考文獻 297
第9章 遠程水中兵器指揮控製 299
9．1 概述 299
9．2 遠程水中兵器作戰使命任務分析 299
9．2．1 情報偵察及監視 299
9．2．2 反水雷 300
9．2．3 反潛 301
9．2．4 時敏打擊 302
9．2．5 信息戰 303
9．2．6 其他使命任務 304
9．3 任務規劃技術 304
9．3．1 打擊目標選擇 304
9．3．2 打擊時間和海域選擇 305
9．3．3 打擊方案流程 306
9．4 遠程水中兵器航路規劃 306
9．4．1 基於圖形的航路規劃方法 307
9．4．2 基於柵格建模的航路規劃方法 307
9．4．3 基於仿生學的智能航路規劃方法 308
9．5 基於多平颱探測的信息綜閤處理技術 308
9．5．1 水雷目標識彆信息綜閤處理 309
9．5．2 運動目標量測信息綜閤處理 310
9．6 遠程水中兵器布放迴收控製技術 310
9．7 小結 311
參考文獻 311
第10章 潛地彈道導彈彈道與諸元計算 313
10．1 概述 313
10．2 彈道導彈的飛行彈道 313
10．2．1 彈道特性及飛行條件 314
10．2．2 常用坐標係 316
10．2．3 彈道運動微分方程 318
10．3 地球物理因素對彈道的影響分析 324
10．3．1 落點經度和緯度的計算 324
10．3．2 射程偏差和橫嚮偏差的計算 325
10．3．3 自轉因素對被動段彈道的影響分析 326
10．3．4 科氏加速度及牽連加速度引起射程增加或減小的機理分析 329
10．3．5 扁率因素對被動段彈道的影響分析 332
10．3．6 再入氣動阻力因素對再入段彈道的影響分析 336
10．4 彈道計算 337
10．4．1 彈道數值積分 338
10．4．2 主動段彈道快速計算 339
10．4．3 自由段彈道解析計算 342
10．4．4 再入段彈道解析計算 345
10．4．5 全彈道落點參數計算 352
10．5 諸元計算 359
10．5．1 諸元計算方案 359
10．5．2 諸元計算的特點 360
10．5．3 諸元計算的基本內容 361
10．5．4 發射方位角初值的精確計算 362
10．5．5 飛行程序選擇 369
10．6 小結 370
參考文獻 370
第11章 潛艇指控係統關鍵技術發展趨勢 372
11．1 潛艇信息融閤技術發展趨勢 372
11．2 潛艇指控目標綜閤識彆技術的發展趨勢 373
11．3 潛艇目標運動要素解算技術發展趨勢 374
11．4 潛艇武器控製技術發展趨勢 374
11．5 潛艇綜閤防禦技術的發展趨勢 375
11．6 遠程智能水中兵器指揮控製發展趨勢 376
參考文獻 378
附錄 380

前言/序言

潛艇指控係統是潛艇作戰指揮的核心，素有“潛艇大腦”的雅稱，它將潛艇作戰中的感知者和戰鬥行為執行者有機地融為一體。潛艇指控係統起源於早期的潛艇魚雷指揮儀，已曆經80餘年的技術發展，從早期的隻有單一魚雷發射控製功能的係統發展為具有潛艇信息處理、戰術環境分析、輔助指揮決策、潛載軟硬武器（包括水下無人作戰平颱）發射控製、輔助艇員模擬訓練等重要功能的、綜閤的、復雜的潛艇指揮控製係統。本書聚集瞭作者團隊長期從事潛艇指控係統理論研究和工程實踐工作的成果和經驗；同時通過技術交流與閤作以及公開文獻，藉鑒瞭國內外廣大同仁的成果和經驗，在此錶示感謝。

本書內容由11章組成。

第1章潛艇指控係統概述。介紹潛艇指控係統的基本概念，分析潛艇指控係統的發展動因，詳細闡述潛艇指控係統的功能和特徵，重點描述潛艇指揮控製過程。

第2章潛艇指控係統發展曆程。對以美、英、法、德、俄為代錶的國外潛艇指控係統發展、技術水平、裝備特點進行介紹和分析，重點分析美國先進潛艇指揮控製係統的結構、信息處理流程、功能特點。此外，針對國內潛艇指控研究現狀，分析集中式指控係統、分開式指控係統的特點。

第3章潛艇信息融閤。信息融閤為潛艇作戰提供指揮決策信息支持，對潛艇作戰指揮決策起著至關重要的作用。本章全麵闡述潛艇信息融閤的原理、方法和部分仿真試驗的結果。針對水聲探測信息特點、潛載聲呐探測性能差異，提齣有序分層融閤模式，為解決被動探測方位信息融閤提供有效方法。

第4章潛艇目標綜閤識彆。本章重點描述潛艇目標綜閤識彆技術的概念和內涵、體係結構、特徵級身份識彆和決策級目標綜閤識彆的模型和方法。針對潛艇攜載的各型聲呐設備、電子偵察設備、潛望鏡、敵我識彆設備等設備獲得的目標識彆信息，以及平颱獲取的外部通信、技偵情報、指揮員判斷等信息，提齣對目標身份進行多重印證的綜閤識彆算法，以期解決潛艇目標識彆瓶頸問題。

第5章目標運動要素解算。潛艇目標運動要素解算技術是完成武器攻擊的基礎，是解決潛艇快速反應、隱蔽攻擊的關鍵技術之一，是國內外不少學者和工程技術人員一直在關注的熱點之一。本章介紹各種信息條件下的目標運動要素解算問題、難點及解決方法，重點介紹純方位目標運動要素解算的原理、算法，包括本艇機動優化策略和機動目標運動要素解算技術等。基於水聲信號的目標運動要素解算、會聚區目標定位與跟蹤技術是作者團隊最新嘗試的研究，對於突破傳統純方位解算具有重要意義。

第6章魚雷武器控製，包括各種導引方式下的魚雷武器的以及打擊效果評估。

第7章潛射巡航導彈武器控製，包括潛射巡航導彈武器信息保障、航路規劃與打擊效果評估。

第8～10章分彆介紹潛艇綜閤防禦、遠程水中兵器指揮控製以及潛地彈道導彈彈道與諸元計算。

第11章潛艇指控係統關鍵技術發展趨勢。對潛艇指控各關鍵技術發展進行展望，並針對新型武器和傳感器提齣相關技術構想。相信未來潛艇指控係統在信息化、綜閤化、智能化等方麵必將取得技術突破，在係統功能、性能必將得到大幅度提升，在軟硬件平颱、模型機理、戰術使用方麵更加滿足用戶需求。

本書由司廣宇策劃並任主編，袁富宇、趙建亭、陳義平任副主編。第1章由司廣宇、陳義平、高萍編著，劉凱審閱；第2章由張加林、高萍編著，陳義平、蒲勇審閱；第3章由蒲勇、盧元磊編著，李洪瑞、丁迎迎審閱；第4章由丁迎迎編著，蒲勇、崔傑審閱；第5章由劉凱、代誌恒、肖碧琴、李關防、崔傑編著，劉凱統稿，苗艷、袁富宇審閱；第6章由代誌恒編著，劉凱、於昌榮、袁富宇審閱；第7章由劉新、魏海光編著，劉凱、潘峰審閱；第8章由於昌榮編著，苗艷、肖碧琴、丁迎迎、代誌恒審閱；第9章姚堯、張平編著，陳義平、蒲勇、盧元磊審閱；第10章由田春軍、李紅偉編著，趙建亭、張加常審閱；第11章由蒲勇、丁迎迎、劉凱、於昌榮、代誌恒、姚堯編著，袁富宇、陳義平、苗艷、李洪瑞審閱。江蘇自動化研究所主管所領導潘冠華及科技部主管領導秦立富多次組織所科技委專傢對本書進行審閱，提齣瞭許多寶貴的意見，所潛艇指控係統領域專傢潘新祥高工、許春雷研究員對本書的編寫極為關注，多次提齣有益的編寫建議。袁富宇博士對全書進行瞭審訂。江蘇自動化研究所對本書的齣版給予瞭大力支持，電子工業齣版社編輯同誌付齣瞭辛勤勞動。對此一並錶示感謝。

本書在編著過程中，參考和應用瞭不少國內外公開發錶的研究成果，對相關文獻作者錶示感謝。

由於作者水平所限，書中定會存在不足甚至紕漏，懇請讀者批評指正。

本書編寫組

2017年5月

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