基于自航式聲誘餌對抗的機載魚雷命中概率仿真

丁紅巖，宋保維

（1.西北工業大學航海學院，西安 710072；2.海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

艦艇引導直升機攻潛是一種較為典型的艦機協同攻潛方式。由于新型艦艇具有較強的信息收集、處理和通信能力，因此，在引導直升機攻潛時，可以減少直升機搜索和定位過程，提高直升機的隱蔽性，延長直升機有效留空攻擊時間，增強攻擊的突然性。但是隨著技術的發展，潛艇越來越注重水聲對抗器材的使用，使得魚雷攻潛的效果受到影響。水聲對抗器材可分為抑制型對抗器材和誘騙型對抗器材，自航式聲誘餌就是典型的誘騙型對抗器材[1]。自航式聲誘餌的使用原則是作為假目標，發射聲誘餌的目的是引誘聲自導魚雷發現、捕獲并追蹤誘餌，潛艇則借助聲誘餌的掩護迅速進行規避機動[2]。

本文在描述艦艇引導直升機空投魚雷攻擊過程的基礎上，建立相關模型，仿真計算機載魚雷的命中概率，為其作戰使用提供參考。

1 艦艇引導直升機空投魚雷攻擊方法

艦艇有較強的信息收集、處理、計算和通信能力，因而引導直升機空投魚雷攻擊，可免除直升機搜索和定位過程，提高作戰效率。艦艇引導直升機空投魚雷一般有2種引導方法。

1)提供潛艇信息。艦艇實時向直升機發送潛艇位置信息，并不斷引導直升機向潛艇接近，直升機在接近過程中利用指控系統進行攻擊解算，導航系統確定飛行路線后，按攻擊程序實施攻擊。

2)提供攻擊信息。艦艇指控系統在已知目標信息的條件下，為直升機進行攻擊計算，解算魚雷投放點及戰斗航向。此后，引導直升機向投放點接近，到達投放點時，發出魚雷武器攻擊命令，機組人員按命令投放魚雷。該方法一般在直升機指控系統故障條件下使用。

艦艇通常處于潛艇攻擊的危險半徑以外，在艦殼聲納、拖曳線列陣聲納探測到遠距離水下目標后，派出直升機，若目標位置誤差較小，直升機可根據通報數據進行快速攻擊；若目標位置誤差較大，直升機到達預定攻潛區后，一般應重新定位，再進行攻擊。以引導艦位置點為坐標原點O，正東方向為X軸，建立坐標系如圖1所示，其中M、Z分別為目標潛艇位置、直升機位置，潛艇航向 Cm，直升機應飛航向 CZ。

圖1 艦艇引導直升機原理圖

2 直升機攻潛參數解算模型

直升機根據引導艦提供的目標位置，需要計算的參數有直升機應飛航向HFC 及直升機應飛時間tf，具體計算方法如下。

根據艦艇提供的參數，可以得到直升機的位置坐標（xz,yz）和目標的坐標（xm,ym）。

則前置相遇點I的坐標為：

前置相遇點與攻擊機之間的距離 ID為：

目標相對于攻擊機方位為：

投放參數HFC、tf可由下式計算：

3 潛艇使用自航式聲誘餌對抗自導魚雷模型

潛艇使用聲誘餌時要考慮發射時機、本艇初始航向、航速以及發射后的機動等問題。發射時機對聲誘餌的對抗效果影響很大，發射時機的選擇與發射方向有關，通常在選擇好發射方向后，再確定發射時機。由于聲誘餌的初始航向是聲誘餌作戰使用中高于一切的因素[3]，因此聲誘餌航向的選擇應遵循使聲誘餌比潛艇先被魚雷發現并且在魚雷追上聲誘餌時盡可能地遠離潛艇。為此潛艇使用聲誘餌對抗魚雷后一般采取高速機動[4]。在其他因素一定的條件下，魚雷捕獲聲誘餌的概率是聲誘餌航向的函數[5]，通常聲誘餌航向可取為：

1)沿魚雷報警方位航行。

2)沿本艇原來航向航行。

3)當報警距離較近時，聲誘餌的最優發射航向為按正常提前角發射；當報警距離較遠時，聲誘餌的最優發射航向為按魚雷報警方位發射[6]。

圖2為自航式聲誘餌對抗過程示意圖，潛艇航向 Cm，在m點發現魚雷攻擊，魚雷報警舷角Q，到達m'點時發射聲誘餌，然后潛艇轉向加速規避，潛艇發射的聲誘餌相對于魚雷的舷角[1]

式中：Vm為潛艇航速；Vs為聲誘餌航速。

圖2 自航式聲誘餌對抗過程示意圖

潛艇在發射聲誘餌后，會立即采用合適的航向進行機動規避，以擺脫魚雷的追蹤。通常情況下，為了使魚雷在識別出誘餌時與潛艇的距離盡可能大，潛艇一般沿與聲誘餌航向 Cs相反的方向進行全速規避機動。則潛艇的規避航向 Cm'為：

潛艇旋回角度θ為：

潛艇進行旋回時，旋回角速度ωm、旋回半徑Rm與潛艇速度Vm相關，可以表示為[7]：

4 機載魚雷發現與命中目標分析

4.1 魚雷發現目標條件

魚雷能否命中目標，關鍵在于自導裝置能否發現目標，要想使自導裝置發現目標，就必須使目標能進入自導裝置有效作用范圍之內，即目標要落入自導扇面之中，并且根據魚雷、目標的位置及目標的運動航向，可求得魚雷相對目標潛艇的舷角，進而可求得對應的目標強度[8]。通過聲納方程可以得出在該條件下魚雷的自導作用距離ri，如果ri大于此刻魚雷到目標的距離 iD，那么目標可被魚雷發現，即滿足下式則可認為目標被魚雷發現[9]：

式(10)中：Qs為潛艇相對于魚雷的舷角；λ為魚雷自導扇面角。

4.2 魚雷命中目標判據

當滿足以下條件時，可認為魚雷能夠追蹤上目標并命中目標[8]：

式(11)中：St為魚雷當前航程；ST為魚雷總航程；dTm為潛艇—魚雷距離；xm、ym分別為潛艇橫、縱坐標；xT、yT分別為魚雷橫、縱坐標；qm為命中角，即相對方位線與潛艇航向的夾角。

5 機載魚雷命中概率仿真與結果分析

以美國MK-46為例，直升機投雷高度50 m，投雷速度200 km/h，魚雷入水后作主動環形搜索，魚雷自導作用距離為1.2 km，魚雷入水后15 s 潛艇釋放自航式聲誘餌對抗魚雷攻擊，模擬次數2 000次。

5.1 仿真誤差取值

表1 主要參數誤差取值

5.2 仿真計算流程

采用模擬法計算艦艇引導直升機空投魚雷對潛攻擊命中概率的流程如圖3所示。

5.3 仿真結果分析

根據仿真結果，繪制艦艇引導直升機前飛投雷對目標提前點攻擊仿真圖，圖4為初始敵舷角45°，潛艇純機動及使用自航式聲誘餌時魚雷命中概率隨攻擊距離變化圖；圖5為艦艇引導下直升機前飛投雷對目標提前點攻擊，初始敵舷角為135°，潛艇純機動及使用自航式聲誘餌時魚雷命中概率隨攻擊距離變化圖。

圖3 仿真流程圖

圖4 初始敵舷角為45°時命中概率變化圖

圖5 初始敵舷角為135°時命中概率變化圖

圖4表明，攻擊初始距離6 km時，在直升機初始敵舷角為45°情況下，潛艇機動規避，魚雷命中概率為0.7；潛艇在使用自航式聲誘餌對抗后，攻擊初始距離減小到4 km時，命中概率才能達到0.7。

圖5表明，攻擊初始距離6 km時，在直升機初始敵舷角為135°情況下，潛艇機動規避，魚雷命中概率能達到0.8；而在潛艇使用自航式聲誘餌對抗后，攻擊初始距離減小到3.5 km時，命中概率才勉強達到0.7。

根據上述結果可得到以下結論。

1)相同對抗條件下，隨著直升機初始攻擊距離的增大，魚雷的命中概率逐漸下降；在相同命中概率下，與潛艇純機動規避相比，潛艇使用自航式聲誘餌對抗時，直升機初始攻擊距離減小。這也說明適當減小攻擊初始距離能有效降低自航式聲誘餌對自導魚雷命中概率的影響。

2)在潛艇不使用自航式聲誘餌對抗的條件下，當直升機攻擊初始距離小于6 km時，初始敵舷角為135°的魚雷命中概率比初始敵舷角為45°時高；直升機攻擊初始距離大于8 km時，初始敵舷角為45°魚雷命中概率比初始敵舷角為135°時高。這表明初始敵舷角對魚雷命中概率的影響隨攻擊初始距離的變化而變化。

3)當潛艇使用自航式聲誘餌對抗魚雷攻擊時，直升機初始敵舷角在45°的魚雷命中概率遠比135°時的命中概率高。這說明與潛艇純機動條件相比，在對抗條件下初始敵舷角對魚雷命中概率的影響發生了變化，即選擇合理的初始敵舷角對于保證自導魚雷在自航式聲誘餌對抗條件下的命中概率具有重要意義。

6 結束語

由于直升機在反潛作戰中具有快速性、隱蔽性等優勢，在引導條件下使用機載魚雷攻潛效果較好。本文研究了潛艇使用自航式聲誘餌對機載魚雷命中概率的影響，結論對部隊實際艦機協同攻潛作戰具有一定的參考價值。

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