基于搜索效能的水面艦艇編隊(duì)搜潛對策研究＊

劉 斌 陳建華 李微波

（海軍兵種指揮學(xué)院 廣州 510430）

1 引言

水面艦艇反潛是水面艦艇在海上搜索和攻擊潛艇的戰(zhàn)斗行動，而對潛搜索是攻擊潛艇的先決條件。現(xiàn)代條件下，由于潛艇戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的提高，通常單艘水面艦艇難以順利完成反潛任務(wù)，因此，水面艦艇對潛搜索主要以編隊(duì)的形式來完成的。對水面艦艇編隊(duì)對潛搜索效能進(jìn)行分析和評估是制定搜索計(jì)劃、確定搜索兵力和搜索機(jī)動方案的重要依據(jù)。

2 水面艦艇編隊(duì)對潛搜索隊(duì)形及效能評估基本思路

2.1 水面艦艇編隊(duì)對潛搜索隊(duì)形

水面艦艇編隊(duì)在對潛搜索的組織實(shí)施中，為便于組織指揮及對敵攻擊，反潛艦艇應(yīng)保持一定的搜索隊(duì)形，常見的隊(duì)形有橫隊(duì)、側(cè)翼前伸隊(duì)、楔形隊(duì)及方位隊(duì)等［2］。本文選取搜索過程中艦艇機(jī)動簡便、搜索所需時間較短、發(fā)現(xiàn)潛艇概率較高的單橫隊(duì)平行搜索法作為研究對象。

2.2 效能評估基本思路

實(shí)施搜索過程中，衡量編隊(duì)對潛搜索效能的基本尺度是水面艦艇編隊(duì)在單位時間內(nèi)能有效搜索的面積。當(dāng)潛艇速度大于水面艦艇搜索速度時，只要潛艇能夠掌握合適的機(jī)動方法，總能逃脫編隊(duì)的搜索，故水面艦艇編隊(duì)對潛搜索有效區(qū)域是指在水面艦艇編隊(duì)搜索速度大于潛艇速度的前提下，潛艇不能逃脫水面艦艇編隊(duì)搜索帶的有效范圍［3］。

3 水面艦艇編隊(duì)反潛搜索模型

3.1 基本假設(shè)

1）潛艇發(fā)現(xiàn)水面艦艇編隊(duì)的距離大于編隊(duì)發(fā)現(xiàn)潛艇的距離；

2）潛艇在指定搜索區(qū)域內(nèi)的位置和航向服從均勻分布，搜索方法是在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行均等搜索。

3.2 模型建立

水面艦艇編隊(duì)搜索兵力的搜索能力是判斷其搜索效能的基本指標(biāo)，通常用艦艇搜索群在單位時間內(nèi)能有效搜索的面積表示［4］。因此水面艦艇搜索群在指定區(qū)域內(nèi)搜潛時，其發(fā)現(xiàn)概率可表示為［5］

式（1）中：Uss為水面艦艇編隊(duì)單位時間的對潛搜索能力，Tss為搜索所持續(xù)的時間，S為搜索區(qū)域的面積，其中Uss由以下表達(dá)式確定：

式（2）中：Byx為水面艦艇有效搜索帶寬度，Pno為潛艇不能逃離編隊(duì)搜索帶的概率，Pv為潛艇進(jìn)入聲納垂直面作用范圍的概率，Pjc為水面艦艇編隊(duì)與敵潛艇確定接觸并正確判明接觸的概率，一般取經(jīng)驗(yàn)值0.7，Vz為編隊(duì)搜索的主航速。

圖1 水面艦艇編隊(duì)搜潛態(tài)勢示意圖

建立如圖1所示搜索態(tài)勢圖，JKLM所圍為搜索海域，并設(shè)定如下參數(shù)：

α為編隊(duì)曲折機(jī)動角，Djt為相鄰艦艇間距，dsn為水面艦艇聲納作用距離，Vd為敵潛艇逃離平均速度，Vb為編隊(duì)搜索航速，且Vz＝Vb·cosα，Dgb為潛艇開始規(guī)避時距水面艦艇編隊(duì)的距離。

假設(shè)編隊(duì)由N艘水面艦艇組成單橫隊(duì)搜索潛艇，則：

臨界舷角［6］：

搜索隊(duì)形的寬度

三角形ABC的底邊長

三角形ABC的底邊高

由式（5）、式（6）兩個要素所確定的三角形ABC所圍區(qū)域?yàn)椤皩撍阉髟庥鰠^(qū)”（忽略O(shè)BR及PCS所圍的不規(guī)則區(qū)域），潛艇在此區(qū)域內(nèi)無論怎樣機(jī)動，都逃脫不了水面艦艇編隊(duì)搜索帶的覆蓋。

當(dāng)d0＞dzy且Dgb＞dzy時，此時潛艇在“對潛搜索遭遇區(qū)”外，只要潛艇采取合適的規(guī)避措施，均可擺脫編隊(duì)的搜索覆蓋；當(dāng)Dgb＜dzy時，若潛艇從EF或GH段采取合適的戰(zhàn)術(shù)動作進(jìn)行規(guī)避，則能成功逃離編隊(duì)搜索；若從FG段開始規(guī)避，則說明潛艇已經(jīng)陷入“對潛搜索遭遇區(qū)”，此時將難以逃離編隊(duì)的搜索覆蓋范圍，且進(jìn)入越深，逃離概率越小［7］，將潛艇不能逃脫編隊(duì)搜索覆蓋的線段FG稱為編隊(duì)有效搜索寬度。可以確定水面艦艇編隊(duì)對潛搜索有效寬度為

假定潛艇處于水面艦艇編隊(duì)對潛搜索有效區(qū)內(nèi)，Pno為潛艇不能逃離編隊(duì)有效搜索帶的概率，則［8］：

式（9）中：h聲納為艦艇聲納工作距離內(nèi)，艦艇聲納覆蓋的海水深度，H潛艇為潛艇機(jī)動深度范圍；

綜合可得：

4 計(jì)算與分析

假設(shè)水面艦艇編隊(duì)在長為100海里，寬為50海里的指定海域進(jìn)行反潛搜索作業(yè)，當(dāng)部分搜索參數(shù)固定時，其余相關(guān)要素對于發(fā)現(xiàn)概率的影響如下：

1）發(fā)現(xiàn)概率Pfx受搜索時間Tss及敵與我主航速之比Vd／Vz的影響情況。

表1 搜索作業(yè)基本要素想定表一

利用Matlab對其進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖2所示。

2）發(fā)現(xiàn)概率Pfx受搜索機(jī)動角α及艦艇編隊(duì)艦間距Djt的影響情況。

表2 搜索作業(yè)基本要素想定表二

利用Matlab對其進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖3所示。

圖2 發(fā)現(xiàn)概率與搜索時間、敵我主航速之比關(guān)系示意圖

圖3 發(fā)現(xiàn)概率與搜索機(jī)動角、艦間距關(guān)系示意圖

3）發(fā)現(xiàn)概率Pfx受水面艦艇聲納作用距離dsn及敵潛艇開始規(guī)避距離Dgb的影響情況

表3 搜索作業(yè)基本要素想定表三

利用Matlab對其進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖4所示。

4）發(fā)現(xiàn)概率Pfx受水面艦艇數(shù)量N及聲納作用距離dsn的影響情況。

表4 搜索作業(yè)基本要素想定表四

利用Matlab對其進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖5所示。

圖4 發(fā)現(xiàn)概率與聲納作用距離、敵潛艇開始規(guī)避距離關(guān)系示意圖

分析搜索模型及在既定條件下的仿真結(jié)果可得出以下結(jié)論及對策建議：

1）發(fā)現(xiàn)概率Pfx隨敵潛艇與我搜索編隊(duì)主航速比值Vd／Vz的增加而減少，在Vd／Vz值越接近于1時減少越快，且在Vd／Vz等于1時，發(fā)現(xiàn)概率Pfx降為0，因此搜索編隊(duì)在搜潛過程中，應(yīng)以確保聲納在滿足相關(guān)性能要求的最大速度進(jìn)行搜索；

2）發(fā)現(xiàn)概率Pfx隨艦艇間距及機(jī)動角的增加先增加后減小，當(dāng)搜索編隊(duì)內(nèi)艦艇數(shù)目不足時，可采取適當(dāng)增加艦艇間距及搜索機(jī)動角的搜索策略，以防止艦艇間距過大時，敵潛艇可能從我艦艇間隙突防；

3）發(fā)現(xiàn)概率Pfx與艦艇聲納作用距離正相關(guān)，與敵潛艇規(guī)避距離負(fù)相關(guān)，從裝備研制和作戰(zhàn)使用角度而言，改善聲納性能并降低搜索艦艇的聲學(xué)特征以縮短敵潛艇規(guī)避距離，是提高艦艇對潛搜索能力的有效途徑；

4）發(fā)現(xiàn)概率Pfx與水面艦艇數(shù)目正相關(guān)，為增加發(fā)現(xiàn)潛艇的概率，可在指揮及艦艇機(jī)動允許的條件下，增加搜潛艦艇數(shù)目。

5 結(jié)語

水面艦艇編隊(duì)對潛探測搜索是一個復(fù)雜的過程，本文通過對水面艦艇反潛搜索進(jìn)行建模及計(jì)算，定性、定量分析了在編隊(duì)搜索潛艇過程中各相關(guān)要素的對搜索概率的影響，這對于如何合理運(yùn)用和部署水面艦艇對潛搜索兵力及采取合適的戰(zhàn)術(shù)動作具有重要的意義。在未來反潛作戰(zhàn)中指揮員可根據(jù)各相關(guān)要素對搜潛的影響，采取有效措施，抑制不利影響，發(fā)揮有利因素，以提高水面艦艇編隊(duì)對潛搜索探測效果。

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