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内容简介

本书是关于潜艇指控系统理论及应用的一部著作，是作者团队多年研究及应用成果的总结，同时也参考了国内外相关领域作者公开发表的著作和文章。全书共分11章，包括潜艇指控系统概述，潜艇指控系统发展历程，潜艇信息融合，潜艇目标综合识别，目标运动要素解算，鱼雷武器控制，潜射巡航导弹武器控制，潜艇综合防御，远程水中兵器指挥控制，潜地弹道导弹弹道与诸元计算以及潜艇指控系统关键技术发展趋势。本书读者为军民电子信息系统领域的工程技术人员和相关专业的院校师生。

作者简介

第七一六研究所创建于1965年5月，是中国船舶重工集团公司（世界五百强排名第281位，英文缩写CSIC）所属的一个以军为本、军民融合，集科研、生产、经营于一体的综合性研究所，地处江苏省连云港市著名风景区花果山脚下。现有从业人员近2500名，各类专业技术人员1500余名，其中，博士37人、硕士700余人，高级职称人员580余名，"国务院政府特殊津贴”等各类专家60余人。七一六所建有完整的科研生产管理体系，拥有四个部级测试中心、四个省级工程技术研究中心、两个省级企业技术中心、一个省级工程中心、一个机电产品制造中心；设有控制科学与工程硕士点、兵器系统工程联合博士点和博士后科研工作站，是国家工业化和信息化"两化”融合管理体系贯标试点企业。建所以来，共获得包括"国家科技进步特等奖”在内的科技成果奖480余项，其中***奖20余项，省部级奖290余项。曾获得"全国质量奖”、"全国文明单位”、"全国精神文明建设工作先进单位”、"全国企业文化建设优秀单位”、"全国实施卓越绩效模式先进企业”、"国防科技工业军工文化建设示范单位”、"中央企业先进集体”、"江苏省文明单位标兵”、"江苏省五一劳动奖状”、"江苏省质量奖”等荣誉称号。

目录

第1章 潜艇指控系统概述 1
1．1 潜艇指控系统的基本概念 1
1．2 潜艇指控系统的发展动因 1
1．2．1 军事需求提出的挑战 1
1．2．2 技术发展提出的挑战 2
1．2．3 系统演进提出的挑战 2
1．3 潜艇指控系统的主要功能与特征 2
1．3．1 潜艇指控系统的作战使命与发展要求 2
1．3．2 潜艇指控系统的总体结构与系统组成 2
1．3．3 潜艇指控系统的使命任务 3
1．3．4 潜艇指控系统的主要功能与性能 4
1．4 潜艇指挥控制过程 6
参考文献 6
第2章 潜艇指控系统发展历程 8
2．1 国外潜艇指控系统的发展概述 8
2．2 国外典型潜艇指控系统介绍 9
2．3 国外潜艇指控系统的典型特点 12
2．4 国内潜艇指控系统的发展情况 16
2．4．1 集中式指控系统 16
2．4．2 分开式指控系统 16
2．4．3 分布式指控系统 17
参考文献 17
第3章 潜艇信息融合 18
3．1 概述 18
3．1．1 潜艇信息源特性 18
3．1．2 潜艇信息融合体系框架 23
3．2 信息预处理 27
3．2．1 野值处理 27
3．2．2 平滑滤波 29
3．2．3 时间一致处理 30
3．2．4 空间一致处理 31
3．3 多源数据关联融合 33
3．3．1 空间关联融合 33
3．3．2 时间关联融合 38
3．4 态势估计 42
3．4．1 概略态势分析 42
3．4．2 短时态势预测 44
3．4．3 意图分析 46
3．4．4 威胁估计 48
3．5 传感器管理 51
3．5．1 基本原理 51
3．5．2 艇载传感器管理示例 54
3．6 模拟仿真 54
3．6．1 纯方位关联 54
3．6．2 特征辅助关联 55
3．7 小结 56
参考文献 57
第4章 潜艇目标综合识别 59
4．1 概述 59
4．1．1 目标身份层次分类 61
4．1．2 识别信息源分析 63
4．1．3 目标综合识别实现结构 64
4．2 特征级身份识别 65
4．2．1 水声目标特征提取与分类 65
4．2．2 侦察参数识别 68
4．2．3 目标运动特征识别 69
4．2．4 多特征目标综合识别 70
4．3 决策级目标综合识别技术 71
4．3．1 身份命题转换与信任函数生成 71
4．3．2 传感器可信度估计 71
4．3．3 目标综合识别算法 73
4．4 基于鱼雷回传信息的目标综合识别 77
4．5 作战集群目标识别 79
4．5．1 目标分群 79
4．5．2 编队队形识别 82
4．6 目标综合识别数据库应用 83
4．7 仿真案例 84
4．7．1 水声目标识别仿真 84
4．7．2 证据理论改进方法仿真 85
4．7．3 纯方位目标分群仿真 86
4．8 小结 88
参考文献 88
第5章 目标运动要素解算 91
5．1 概述 91
5．1．1 潜艇隐蔽攻击的概念 91
5．1．2 潜艇隐蔽攻击的发展 92
5．2 水下目标纯方位定位跟踪系统可观测性分析 93
5．2．1 线性系统可观测性的一般结论 93
5．2．2 纯方位定位跟踪系统可观测性分析 94
5．2．3 二要素多方位目标定位跟踪可观测性分析 103
5．2．4 一要素多方位目标定位跟踪可观测性分析 105
5．3 纯方位目标运动要素解算 108
5．3．1 本艇机动优化控制 108
5．3．2 纯方位目标运动要素解算方法 112
5．4 已知部分要素的目标运动要素解算 118
5．4．1 已知一要素条件下的目标运动要素解算 118
5．4．2 已知两要素条件下的目标运动要素解算 121
5．5 方位距离量测条件下的目标运动要素解算 123
5．5．1 二方位二距离目标运动要素解算 123
5．5．2 多方位多距离目标运动要素解算 124
5．6 基于水声信号的目标运动要素解算 124
5．6．1 目标运动要素解算的水声信号需求分析 124
5．6．2 声呐波束域信息运动特征提取 130
5．6．3 基于声呐波束域信息的目标运动要素解算 134
5．6．4 基于声呐阵元信号的目标运动要素解算技术 140
5．7 会聚区目标定位与跟踪 143
5．7．1 会聚区形成机理 144
5．7．2 会聚区参数计算 145
5．7．3 会聚区目标的跟踪 146
5．8 机动目标运动要素解算 148
5．8．1 水声目标机动检测 149
5．8．2 变速变向机动目标运动要素解算方法 163
5．8．3 特殊情况下的机动目标运动要素解算 167
5．9 多平台协同定位 170
5．9．1 多平台协同探测优化控制 170
5．9．2 多平台目标协同定位解算 172
5．10 目标运动要素解算效果在线评估 178
5．10．1 解算精度评估 178
5．10．2 解算稳定性评估 181
5．10．3 解空间及置信度估计 182
5．11 仿真案例 185
5．11．1 不同量测条件下匀速直航目标运动要素解算仿真 185
5．11．2 机动目标运动要素解算仿真 186
5．12 小结 187
参考文献 187
第6章 鱼雷武器控制 189
6．1 概述 189
6．2 直航鱼雷射击诸元解算 189
6．2．1 直航鱼雷正常提前角的计算 189
6．2．2 直航鱼雷齐射散角及转角的计算 192
6．3 声自导鱼雷诸元解算 195
6．3．1 声自导鱼雷单射有利提前角的计算 195
6．3．2 自导开机时机的相关计算 198
6．3．3 声自导鱼雷齐射射击诸元计算 199
6．4 尾流自导鱼雷诸元解算 202
6．4．1 尾流自导鱼雷单射射击诸元计算 202
6．4．2 入尾流点选取的相关规则 204
6．4．3 尾流自导鱼雷齐射射击诸元计算 205
6．5 线导鱼雷导引参数解算 207
6．5．1 前置点导引法导引参数解算 207
6．5．2 方位导引法导引参数解算 208
6．6 鱼雷打击效果评估 210
6．6．1 射击误差散布分析 211
6．6．2 声自导鱼雷发现概率估计技术 211
6．6．3 尾流自导鱼雷发现概率估计技术 213
6．6．4 线导鱼雷发现概率估计技术 214
6．6．5 毁伤效果估计技术 217
6．7 仿真案例 222
6．7．1 鱼雷发现概率估计技术仿真 222
6．7．2 毁伤效果仿真 224
6．8 小结 224
参考文献 225
第7章 潜射巡航导弹武器控制 227
7．1 概述 227
7．2 潜射巡航导弹信息保障技术 227
7．2．1 多弹多目标任务分配技术 228
7．2．2 目标捕获概率计算模型 231
7．2．3 仿真结果及分析 240
7．3 潜射巡航导弹航路规划技术 241
7．3．1 潜射巡航导弹航路规划建模 242
7．3．2 潜射巡航导弹对海/对陆打击航路规划技术 246
7．3．3 仿真结果及分析 255
7．4 潜射巡航导弹打击效果评估技术 257
7．4．1 针对机场和机库的打击效果自动评估 257
7．4．2 针对桥梁的打击效果自动评估 261
7．4．3 针对楼房建筑物的打击效果自动评估 265
7．4．4 仿真结果及分析 274
7．5 小结 277
参考文献 278
第8章 潜艇综合防御 281
8．1 概述 281
8．2 潜艇威胁目标信息综合处理 283
8．2．1 反潜平台威胁预警 283
8．2．2 来袭鱼雷综合识别与定位 283
8．2．3 潜艇对空信息综合处理 284
8．3 潜艇软硬防御武器综合控制 286
8．3．1 潜艇软硬防御武器的作战使用 286
8．3．2 综合防御来袭鱼雷 287
8．3．3 综合防御反潜平台 293
8．4 综合防御效果评估 295
8．5 小结 297
参考文献 297
第9章 远程水中兵器指挥控制 299
9．1 概述 299
9．2 远程水中兵器作战使命任务分析 299
9．2．1 情报侦察及监视 299
9．2．2 反水雷 300
9．2．3 反潜 301
9．2．4 时敏打击 302
9．2．5 信息战 303
9．2．6 其他使命任务 304
9．3 任务规划技术 304
9．3．1 打击目标选择 304
9．3．2 打击时间和海域选择 305
9．3．3 打击方案流程 306
9．4 远程水中兵器航路规划 306
9．4．1 基于图形的航路规划方法 307
9．4．2 基于栅格建模的航路规划方法 307
9．4．3 基于仿生学的智能航路规划方法 308
9．5 基于多平台探测的信息综合处理技术 308
9．5．1 水雷目标识别信息综合处理 309
9．5．2 运动目标量测信息综合处理 310
9．6 远程水中兵器布放回收控制技术 310
9．7 小结 311
参考文献 311
第10章 潜地弹道导弹弹道与诸元计算 313
10．1 概述 313
10．2 弹道导弹的飞行弹道 313
10．2．1 弹道特性及飞行条件 314
10．2．2 常用坐标系 316
10．2．3 弹道运动微分方程 318
10．3 地球物理因素对弹道的影响分析 324
10．3．1 落点经度和纬度的计算 324
10．3．2 射程偏差和横向偏差的计算 325
10．3．3 自转因素对被动段弹道的影响分析 326
10．3．4 科氏加速度及牵连加速度引起射程增加或减小的机理分析 329
10．3．5 扁率因素对被动段弹道的影响分析 332
10．3．6 再入气动阻力因素对再入段弹道的影响分析 336
10．4 弹道计算 337
10．4．1 弹道数值积分 338
10．4．2 主动段弹道快速计算 339
10．4．3 自由段弹道解析计算 342
10．4．4 再入段弹道解析计算 345
10．4．5 全弹道落点参数计算 352
10．5 诸元计算 359
10．5．1 诸元计算方案 359
10．5．2 诸元计算的特点 360
10．5．3 诸元计算的基本内容 361
10．5．4 发射方位角初值的精确计算 362
10．5．5 飞行程序选择 369
10．6 小结 370
参考文献 370
第11章 潜艇指控系统关键技术发展趋势 372
11．1 潜艇信息融合技术发展趋势 372
11．2 潜艇指控目标综合识别技术的发展趋势 373
11．3 潜艇目标运动要素解算技术发展趋势 374
11．4 潜艇武器控制技术发展趋势 374
11．5 潜艇综合防御技术的发展趋势 375
11．6 远程智能水中兵器指挥控制发展趋势 376
参考文献 378
附录 380

前言/序言

潜艇指控系统是潜艇作战指挥的核心，素有“潜艇大脑”的雅称，它将潜艇作战中的感知者和战斗行为执行者有机地融为一体。潜艇指控系统起源于早期的潜艇鱼雷指挥仪，已历经80余年的技术发展，从早期的只有单一鱼雷发射控制功能的系统发展为具有潜艇信息处理、战术环境分析、辅助指挥决策、潜载软硬武器（包括水下无人作战平台）发射控制、辅助艇员模拟训练等重要功能的、综合的、复杂的潜艇指挥控制系统。本书聚集了作者团队长期从事潜艇指控系统理论研究和工程实践工作的成果和经验；同时通过技术交流与合作以及公开文献，借鉴了国内外广大同仁的成果和经验，在此表示感谢。

本书内容由11章组成。

第1章潜艇指控系统概述。介绍潜艇指控系统的基本概念，分析潜艇指控系统的发展动因，详细阐述潜艇指控系统的功能和特征，重点描述潜艇指挥控制过程。

第2章潜艇指控系统发展历程。对以美、英、法、德、俄为代表的国外潜艇指控系统发展、技术水平、装备特点进行介绍和分析，重点分析美国先进潜艇指挥控制系统的结构、信息处理流程、功能特点。此外，针对国内潜艇指控研究现状，分析集中式指控系统、分开式指控系统的特点。

第3章潜艇信息融合。信息融合为潜艇作战提供指挥决策信息支持，对潜艇作战指挥决策起着至关重要的作用。本章全面阐述潜艇信息融合的原理、方法和部分仿真试验的结果。针对水声探测信息特点、潜载声呐探测性能差异，提出有序分层融合模式，为解决被动探测方位信息融合提供有效方法。

第4章潜艇目标综合识别。本章重点描述潜艇目标综合识别技术的概念和内涵、体系结构、特征级身份识别和决策级目标综合识别的模型和方法。针对潜艇携载的各型声呐设备、电子侦察设备、潜望镜、敌我识别设备等设备获得的目标识别信息，以及平台获取的外部通信、技侦情报、指挥员判断等信息，提出对目标身份进行多重印证的综合识别算法，以期解决潜艇目标识别瓶颈问题。

第5章目标运动要素解算。潜艇目标运动要素解算技术是完成武器攻击的基础，是解决潜艇快速反应、隐蔽攻击的关键技术之一，是国内外不少学者和工程技术人员一直在关注的热点之一。本章介绍各种信息条件下的目标运动要素解算问题、难点及解决方法，重点介绍纯方位目标运动要素解算的原理、算法，包括本艇机动优化策略和机动目标运动要素解算技术等。基于水声信号的目标运动要素解算、会聚区目标定位与跟踪技术是作者团队最新尝试的研究，对于突破传统纯方位解算具有重要意义。

第6章鱼雷武器控制，包括各种导引方式下的鱼雷武器的以及打击效果评估。

第7章潜射巡航导弹武器控制，包括潜射巡航导弹武器信息保障、航路规划与打击效果评估。

第8～10章分别介绍潜艇综合防御、远程水中兵器指挥控制以及潜地弹道导弹弹道与诸元计算。

第11章潜艇指控系统关键技术发展趋势。对潜艇指控各关键技术发展进行展望，并针对新型武器和传感器提出相关技术构想。相信未来潜艇指控系统在信息化、综合化、智能化等方面必将取得技术突破，在系统功能、性能必将得到大幅度提升，在软硬件平台、模型机理、战术使用方面更加满足用户需求。

本书由司广宇策划并任主编，袁富宇、赵建亭、陈义平任副主编。第1章由司广宇、陈义平、高萍编著，刘凯审阅；第2章由张加林、高萍编著，陈义平、蒲勇审阅；第3章由蒲勇、卢元磊编著，李洪瑞、丁迎迎审阅；第4章由丁迎迎编著，蒲勇、崔杰审阅；第5章由刘凯、代志恒、肖碧琴、李关防、崔杰编著，刘凯统稿，苗艳、袁富宇审阅；第6章由代志恒编著，刘凯、于昌荣、袁富宇审阅；第7章由刘新、魏海光编著，刘凯、潘峰审阅；第8章由于昌荣编著，苗艳、肖碧琴、丁迎迎、代志恒审阅；第9章姚尧、张平编著，陈义平、蒲勇、卢元磊审阅；第10章由田春军、李红伟编著，赵建亭、张加常审阅；第11章由蒲勇、丁迎迎、刘凯、于昌荣、代志恒、姚尧编著，袁富宇、陈义平、苗艳、李洪瑞审阅。江苏自动化研究所主管所领导潘冠华及科技部主管领导秦立富多次组织所科技委专家对本书进行审阅，提出了许多宝贵的意见，所潜艇指控系统领域专家潘新祥高工、许春雷研究员对本书的编写极为关注，多次提出有益的编写建议。袁富宇博士对全书进行了审订。江苏自动化研究所对本书的出版给予了大力支持，电子工业出版社编辑同志付出了辛勤劳动。对此一并表示感谢。

本书在编著过程中，参考和应用了不少国内外公开发表的研究成果，对相关文献作者表示感谢。

由于作者水平所限，书中定会存在不足甚至纰漏，恳请读者批评指正。

本书编写组

2017年5月

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