吊放声呐搜潜技术研究

摘要

航空反潜以其速度快、机动性强、搜索效率高、探测范围大、隐蔽安全、受目标潜艇威胁小、攻击效果好等优点受到世界各国海军的重视,已经成为对潜探测、定位、跟踪、攻击的最有效手段。吊放声呐独以尺寸小、重量轻、使用机动灵活、可重复使用等特点,目前已成为航空反潜的重要装备之一。为了在最短的时间内以最快的速度搜索到目标潜艇,提高反潜直升机对潜搜索效能,本文结合部队航空反潜的实际对吊放声呐搜潜算法进行了深入细致的研究,其主要研究内容如下:
　　首先,简要介绍了论文的研究背景、意义。随着航空反潜装备的发展,对其研究相应展开。在吊放声呐搜潜研究方面,主要有两个方向:一是搜潜技术—搜索算法设计,研究如何使用吊放声呐在最短的时间内以最快的速度搜索到随机规避的目标潜艇;二是搜潜效能—吊放声呐有效搜潜距离估算,研究以海洋环境噪声变化为条件,通过仿真分析海洋环境变化对搜潜装备有效搜潜距离的影响。本文研究搜潜技术,即搜潜算法的设计与优化。
　　第二,结合航空反潜的实际应用,对扇形、方形、矩形和锯齿形四种典型吊放声呐搜潜算法进行建模与仿真,并采用蒙特卡洛法分别计算其搜潜概率。结果表明:无论目标潜艇采用何种规避策略,扇形搜潜算法和方形搜潜算法要优于矩形搜潜算法和锯齿形搜潜算法,而锯齿形搜潜算法要优于矩形搜潜算法。
　　对于知道目标潜艇丢失点的位置,但不知其运动的概略方向,拟采用方形搜潜算法进行搜潜作业时,吊放倍数的选择是个难题,不能兼顾潜艇常用的两种规避方式,需要进行改进。
　　第三,研究了离散时空目标的最优化搜索技术,具体分析了离散目标分布函数已知时的最优搜索策略和离散目标概率分布函数未知时的搜索概率估计及误差分析,为优化搜潜算法指出了方向。
　　对离散时空目标最优化搜索技术的研究结果表明:在目标位置的分布函数未知时,可以假设一个分布函数并确定最优搜索策略。按此策略搜索时,对实际目标的搜索概率取决于假设的分布函数与实际分布函数的误差,即该误差越小,对实际目标的搜索概率越接近于最优的搜索概率。
　　在实际搜潜任务中,目标潜艇的真实分布函数是难以准确描述的。假设目标在各个搜索区域的均匀分布的,最优搜潜策略就是平均分配每点的搜索时间。这种搜索策略最易执行,也比较符合实际情况。因此在典型搜潜算法中,在每个吊放点分配相同的搜索时间是合理的,对其进行优化的重点应放在每个吊放点的选择方面,即合理规划反潜直升机的运动轨迹。
　　第四,研究了基于螺旋线的吊放声呐优化搜潜算法。针对应招反潜时方形算法吊放倍数的难以选择这个问题,建立了基于螺旋线的搜潜算法模型,根据搜潜转向角对此算法模型进行了改进和优化,分析了该算法涵盖的潜艇规避速度范围以及潜艇规避航向角对搜潜概率的影响,最后对螺旋线搜潜算法进行了仿真。结果表明:在相同条件下,螺旋线搜潜算法与方形搜潜算法相比,具有搜索时间短、转向次数少、吊放点数少、搜潜概率高的优点。
　　最后,利用遗传算法优化反潜直升机使用吊放声呐时的对潜搜索路径,设计了算法模型并进行了仿真。结果表明:经遗传算法优化后,搜潜算法的搜潜概率较高,搜索效能较理想。说明利用遗传算法优化吊放声呐搜潜算法是一种具有研究价值的方法,但是这种方法存在着算法复杂、计算量大和运行时间过长的缺点,工程实现还需要进一步研究简化。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景、意义

1.2 吊放声呐搜潜的研究现状及发展

1.3 优化搜索理论的发展

1.4 本文的主要工作及内容安排

第2章 典型吊放声呐搜潜算法建模与仿真

2.1 引言

2.2 基于扇形吊放声呐搜潜算法与仿真

2.3 基于方形吊放声呐搜潜算法与仿真

2.4 基于矩形的吊放声呐搜潜算法与仿真

2.5 基于锯齿形的吊放声呐搜潜算法与仿真

2.6 本章小结

第3章 离散时空目标的最优搜索技术研究

3.1 引言

3.2 目标分布函数已知时的最优搜索策略

3.3 目标分布函数未知时两个搜索区域搜索概率的估计

3.4目标分布函数未知时两个搜索区域搜索概率的估计

3.5 本章小结

第4章 基于螺旋线的吊放声呐优化搜潜算法设计

4.1 引言

4.2 螺旋线搜潜算法

4.3 螺旋线搜潜算法涵盖的潜艇航速Vq范围及其误差分布

4.4 目标规避对搜潜概率的影响

4.5 螺旋线搜潜算法的仿真研究

4.6 本章小结

第5章 基于遗传算法的吊放声呐优化搜潜算法设计

5.1 引言

5.2 遗传算法编码

5.3 基于实数编码的遗传算法

5.4 基于遗传算法的吊放声呐搜索算法

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目

致谢