直升機側翼法伴隨護航反潛作戰使用方法及其仿真

叢紅日，沈培志，王偉

（海軍航空工程學院指揮系，山東煙臺 264001）

1 艦載反潛直升機伴隨護航反潛的特點

護航反潛是航空反潛作戰的一種重要戰斗活動方法，其主要任務是使我編隊免受敵潛艇的威脅，保障我編隊的安全［1］。

由艦載反潛直升機進行伴隨護航反潛時，編隊是艦載反潛直升機反潛防護的對象。同時，編隊中的水面艦艇又是反潛直升機的載艦，為反潛直升機提供起降平臺和保障基地，從而有效克服了反潛直升機留空時間短、作戰半徑小的弱點。伴隨護航反潛時，需要反潛直升機與編隊之間密切進行協同。

由艦載反潛直升機進行伴隨護航反潛時，可以采用巡邏反潛、應招反潛等多種戰斗活動方法，但根據護航反潛的特點，通常由反潛直升機在水面艦艇編隊周圍受敵潛艇威脅最大的方向建立反潛巡邏線。其中，如果在編隊前方建立反潛巡邏線，就稱為前置法;如果在編隊側翼建立反潛巡邏線，就稱為側翼法［1］。

由于我編隊通常處于持續運動過程之中，因此，護航反潛時，反潛巡邏線也必須隨編隊一起移動。綜合考慮反潛直升機各種搜潛裝備的技戰術特點，通常使用吊放聲吶建立動態反潛巡邏線。

2 艦載反潛直升機側翼法伴隨護航反潛作戰使用方法

2.1 側翼法護航反潛的基本方法

海上編隊在航渡過程中，敵潛艇威脅有時來自編隊側翼，為應對這種威脅，當判斷側方有可能受到敵潛艇威脅時就需要采用側翼法進行護航反潛。側翼法就是反潛直升機位于編隊側翼，對編隊進行側向防護。此時，應以編隊為基準，在敵潛艇攻擊武器最大射程之外的編隊側翼設置反潛巡邏線。

2.2 側翼法護航反潛的同步方法

由于我編隊通常處于運動過程之中，顯然，反潛巡邏線與編隊之間應保持同步運動，即反潛巡邏線運動的方向和速度應該與編隊運動的方向和速度保持一致，使反潛巡邏線與編隊之間的相對位置始終保持一致，這樣，反潛巡邏線才能始終對編隊進行有效防護，始終保證編隊的對潛防御安全。

反潛巡邏線在運動方向上容易與編隊保持一致，只要巡邏線與編隊前進方向保持平行即可，但由于反潛直升機與水面艦艇之間在運動特性上存在較大差異，而且反潛直升機使用吊放聲吶建立反潛巡邏線時需要周期性地進行懸停，因此，反潛巡邏線要在運動速度上與編隊保持一致就比較困難，必須采取適當的戰術方法。這是反潛巡邏線與編隊之間同步問題的關鍵。

為達到同步運動的目的，就必須使反潛巡邏線的前進速度vx與編隊運動速度vb相等［1］，即:

由于直升機使用吊放聲吶搜索的有效搜索速度vs大于編隊運動速度vb，為了使反潛巡邏線的前進速度與編隊運動速度相等，就必須采用一定的戰術方法，對有效搜索速度通過一定的調整系數k（0＜k＜1）進行調整，使得:

根據直升機使用吊放聲吶搜索的特點，基本方法是“進三退一”（如圖1所示），即直升機每連續懸停探測3次，就需要后退到上一個懸停點的位置再繼續進行懸停探測，如此反復。這樣，除了最初的2個懸停探測點外，后續的每個懸停探測點都將經過2次探測，通過巡邏線的動態重疊，既解決了同步問題，又提高了搜潛效能，一舉兩得。

圖1 側翼法時反潛巡邏線與編隊同步方法示意圖Fig.1Schematic diagram of the synchronization method between antisubmarine patrol line and naval formation when flank escorting

3 仿真模型建立

3.1 效能指標及其影響因素分析

直升機采用側翼法伴隨護航反潛時，核心任務是進行搜索，為編隊提供對潛預警。因此，最主要的效能指標是搜索概率P［2］。此外，巡邏線的長度L越長，搜索范圍就越大，也是一個重要的效能指標。

影響P的因素比較復雜，由于使用吊放聲吶建立巡邏線，主要包括:吊放聲吶的有效探測距離D、相鄰懸停探測點之間的間距d、直升機轉移探測點時的飛行速度vz、每一個探測點的聽測時間tj、收放吊放聲吶所用的時間ts、敵潛艇航速vq、敵潛艇航向θ等，此外，機組訓練水平、敵潛艇的情況（噪聲級、作戰使用方法等）、水文環境、氣象條件等，也影響Ps。其中，在作戰過程中，d是影響P的主要因素［2］。

而L則主要由D，d以及搜索方法決定。

在具體作戰過程中，D，vz，ts通常都是確定的，vq，θ可以進行假定，為了保持同步，tj與d密切相關，因此，d是影響P和L的主要因素。

3.2 巡邏線長度

從圖1可知，在任意時刻，巡邏線的長度為連續3個懸停探測點所形成的搜素區域的長度，因此:

其中，根據戰術原則，d的取值范圍通常在D和2D之間，即D≤d≤2D。

3.3 同步控制

保持反潛巡邏線與編隊之間同步的基本方法是“進三退一”，但在具體應用時，為了精確保持同步，還必須進行控制。

由于直升機使用吊放聲吶探測具有明顯的周期性，而編隊的運動是連續的，因此，只需分析1個同步周期的情況即可。所謂同步周期，就是反潛直升機“進三退一”的時間周期。

設:編隊航行時間用tb表示，直升機使用吊放聲吶巡邏搜索的時間用th表示，收放吊放聲吶所用的時間用ts表示，轉移探測點所用的時間用tz表示，監聽吊放聲吶所用的時間用tj表示。

從圖1可知，從探測點0開始，當編隊前進至懸停探測點2所對應的位置時，直升機經過了“進三退一”的過程應重新回到懸停探測點2，此時:

而直升機已經進行了4個懸停探測點的探測，因此:

其中，如果不考慮氣象條件對轉移探測點航路的影響，可以近似地認為［3］:

式中，vb，vz，ts在具體的作戰過程中通常可以取固定值，而tj是直升機的有效工作時間，其取值范圍是可控的，因此，可以通過調整tj的取值來保持同步。

使用上式就可以根據d的取值科學確定tj的取值，從而能精確保持同步。

3.4 坐標系建立及探測點位置的表示

以直升機當前懸停探測點的位置為基準建立平面直角坐標系，如圖2所示。由圖2可知，初始探測點的坐標為（D，D），探測點1的坐標為（D，D+d），探測點2的坐標為（D，D+2d），探測點3的坐標為（D，D+3d）。

圖2 探測點位置的坐標表示Fig.2Schematic diagram of the coordinate expression method of the location of detection points

3.5 敵潛艇位置表示

1）敵潛艇初始位置分布

當敵潛艇距離我反潛巡邏線還較遠時，對搜索沒有影響，編隊、巡邏線和敵潛艇都繼續運動，只有當敵潛艇運動到即將進入到反潛巡邏線的搜索范圍時，如圖2的虛直線所示，再繼續運動才有可能進入反潛巡邏線的搜索范圍。因此，如果不考慮敵潛艇的潛深，敵潛艇初始位置的坐標可以表示為（2D，y0）。其中，可假設y0在L的范圍內服從均勻分布，需要使用隨機數來生成。設服從均勻分布的隨機數為ξ1，且0≤ξ1≤1，則:

2）敵潛艇航向分布

由于常規潛艇的航速低于水面艦艇編隊的航速，所以常規潛艇無法追趕水面艦艇編隊，因此，敵常規潛艇如果能對我編隊構成威脅，只可能采取朝向我編隊內后方的航向，因此:

在此范圍內，可假設θ服從均勻分布，因此也需要使用隨機數來生成。設ξ2為服從均勻分布的隨機數，且0≤ξ2≤1，則:

3）敵潛艇運動方程

如果敵潛艇不改變運動狀態，則敵潛艇的運動方程為:

這樣就可以確定任意時刻敵潛艇的位置坐標。

3.6 探測效果判別

仿真時，對每一次仿真過程，都要進行探測效果的判別。根據直升機使用吊放聲吶搜索的原理，基本的判別方法為:在每一時刻，分別確定敵潛艇的位置和直升機的探測位置，并計算兩者之間的距離Dqz，如果Dqz＞D，則敵潛艇沒有進入吊放聲吶的有效探測范圍，無法探測到敵潛艇;如果Dqz≤D，則敵潛艇進入了吊放聲吶的有效探測范圍，就有可能探測到敵潛艇，當然，在此前提下，能否探測到敵潛艇，還要受監聽能力、懸停探測點位置誤差、探測海區水文條件等因素制約，如果忽略這些因素的影響，則可以認為敵潛艇進入了吊放聲吶的有效探測范圍就探測到了敵潛艇［4］。然后，再進行下一個時刻的判別，直至當前同步周期結束。然后，通過對所有仿真過程的統計，就能計算出P。

顯然，確定每一時刻敵潛艇的位置和直升機的探測位置是探測效果判別的關鍵［5］。

對每一次仿真，敵潛艇的運動是連續的，而且假定其中途不改變運動狀態，每一時刻的位置容易確定。但反潛直升機使用吊放聲吶探測時，其探測過程是斷續的，而且由于需要采用“進三退一”的方法與編隊保持同步，其位置的確定就比較復雜。

由于采用“進三退一”的方法，綜合考慮當前同步周期、上一個同步周期和下一個同步周期的情況，每個探測點（整個搜索過程中最初和最后2個探測點除外）都先后經過2次探測，如圖3所示。顯然，直升機按照…－2，－1，0，1，0，1，2，3，2，3，4，5…的順序依次探測，當前同步周期的0，1，2，3這4個探測點都經過了2次探測。其他同步周期的情況也相同。

而在每一個探測點，在由ts，tj，tz所組成的探測周期內，只有tj屬于有效工作時間，如圖4所示。

圖3 “進三退一”探測點順序示意圖Fig.3Schematic diagram of the“go ahead three paces and then go back one pace”detection points sequence

圖4 直升機使用吊放聲吶探測有效探測時間示意圖Fig.4Schematic diagram of the effective detection time when a helicopter detects with dipping sonar

因此，只需要在每個探測點的有效探測時間進行探測效果的判別即可。這樣，就可以大幅降低仿真計算量，提高仿真效率。

4 仿真

4.1 仿真想定

我水面艦艇編隊航速為××kn。

反潛直升機為××型，轉移探測點時的飛行速度為××km/h。吊放聲吶型號為××型，其有效探測距離為××km。在每個懸停探測點收放吊放時間為××min。

敵潛艇為常規動力潛艇，型號為××，航速為×× kn。

4.2 仿真程序

仿真程序框圖見圖5。

圖中，K為吊放聲吶有效探測距離的倍數;t為當前時間;n和N分別為當前的仿真次數和最大仿真次數;m為探測到敵潛艇的次數。

仿真程序使用C++語言實現。N設定為10 000次。

4.3 仿真結果

不同探測點間距時的L、為了保持同步所需要的tj，Ps的仿真結果見表1。

4.4 仿真結果分析

從仿真結果可以看出，d越大，則L和tj也越大。但P與d之間的關系比較復雜，隨著d的增加，P先上升然后下降，大約在d=1.4D時，P最大。這為作戰使用提供了重要依據。

5 結語

艦載反潛直升機伴隨護航反潛時，關鍵是要保持反潛巡邏線與編隊之間的同步。針對反潛直升機使用吊放聲吶進行側翼法伴隨護航反潛的特點，提出了以“進三退一”為核心的同步方法并建立了相應的同步模型，進而通過對每個懸停探測點監聽時間的調整來進行精確的同步控制。在此基礎上，通過建立仿真模型，對其搜索效能進行了仿真研究。為直升機采用側翼法進行伴隨護航反潛的作戰使用提供了理論依據。當然，在實際應用時，還需要飛行員具備比較高超的飛行技術，這就需要開展有針對性的訓練，不斷提高反潛直升機與載艦之間的協同能力。

圖5 仿真程序框圖Fig.5Logic block diagram of the simulation program

［1］叢紅日．航空反潛戰術［M］．海軍航空工程學院，2008．

CONG Hong-ri．Aviation anti-submarine tactics［M］．Naval Aeronautical Engineering Institute，2008．

［2］孫明太，王濤，趙緒明．反潛直升機吊聲搜潛效能的建模仿真［J］．火力與指揮控制，2005，30（3）:33－36．

SUN Ming-tao，WANG Tao，ZHAO Xu-ming．Modeling and simulation the efficiency of the dipping sonar on the antisubmarine helicopter［J］．Fire Control and Command Control，2005，30（3）:33－36．

［3］郭輝，錢學東，劉啟軍．直升機吊放聲吶搜潛機動建模仿真［J］．指揮控制與仿真，2009，31（1）:87－89．

GUO Hui，QIAN Xue-dong，LIU Qi-jun．Modeling and simulation of helicopter maneuver in antisubmarine search operation by dipping sonar［J］．Command Control＆Simulation，2009，31（1）:87－89．

［4］叢紅日，周洪峰，張海峰．直升機檢查性反潛時吊放聲吶搜潛效能研究［J］．海軍航空工程學院學報，2007，22 （3）:577－580．

CONGHong-ri，ZHOUHong-feng，ZHANGHai-feng．Research on searching effectiveness model of dipping sonar in checking anti-submarine of helicopter［J］．Journal of Naval Aeronautical Engineering Institute，2007，22（3）:577－580．

［5］王曉輝，陳建勇，趙紅軍．直升機吊放聲吶搜索方法效能研究［J］．火力與指揮控制，2009（9）:18－20．

WANGXiao-hui，CHENJian-yong，ZHAOHong-jun．Research on effectiveness of dipping sonar search algorithm for submarine［J］．Fire Control and Command Control，2009（9）:18－20．