反潛巡邏機機載雷達扇形搜潛建模與仿真

摘 要： 依據(jù)經(jīng)典的檢查搜潛方法，建立反潛巡邏機機載雷達的扇形搜索模型，對其搜潛效率進行了分析。對在不同海況條件、不同經(jīng)濟航速條件和不同搜索面積條件下的搜潛效率進行了仿真。試驗結(jié)果表明：低海況等級情況下，海況變化對搜潛概率影響不大，但是隨著海況等級的增加，搜潛概率急劇下降；隨著經(jīng)濟航速的增加，雷達搜潛概率隨之降低；隨著待搜索海域面積的增加，雷達搜潛概率隨之下降。

關(guān)鍵詞： 機載雷達； 扇形搜索； 搜潛概率； 建模與仿真

中圖分類號： TN911?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）14?0041?03

Modeling and simulation of sector searching by airborne radars on

antisubmarine patrol aircraft

HEI Yun?fei， JU Jian?bo， SHAN Zhi?chao

（Naval Aeronautical and Astronautical University， Yantai 264001， China）

Abstract： According to the classical submarine search means， the sector searching model of the airborne radar on the antisubmarine patrol aircraft was built and the submarine search efficiency was analyzed. The submarine search efficiency was simulated under the conditions of different sea state， different economic speed and different search area. The experimental results show that the low sea state conditions has little effect on the search probability， but with the rise of the sea state stage， the submarine search probability decreased sharply； the submarine search probability decreased with the increase of the economic speed and search area.

Keywords： airborne radar； sector searching； submarine search probability； modeling and simulation

0 引 言

反潛巡邏機因具有速度快、機動性強、可攜帶多種探測設備、搜潛效率高、不易被潛艇攻擊等特點，為各國海軍所重視[1?4]。其中機載雷達的主要功能是對在潛望鏡、通氣管狀態(tài)的潛艇進行搜索、識別和跟蹤。雷達搜潛主要是對大面積海域進行巡邏搜索，因為無論是核潛艇還是常規(guī)潛艇都要定期浮出水面，例如

（1）常規(guī)潛艇使用柴油機航行時，必須要伸出通氣管；

（2）潛艇進行天體定位時，必須浮出水面；

（3）潛艇與基地進行無線電通信時，需要伸出天線；

（4）受水下環(huán)境影響，活動深度受到限制時，不得不上浮或呈半潛狀態(tài)；

（5）潛艇對艦船目標進行瞄準攻擊時，必須伸出雷達天線或呈潛望鏡。

所以，潛艇的這種活動規(guī)律就為雷達探測創(chuàng)造了條件[5?8]。雷達工作的搜索方式，一般有平行航線式、擴展式、扇形等。下面就扇形搜索進行仿真分 析。

1 扇形搜索模型

由文獻[9]可知，反潛巡邏機在檢查巡邏階段的各個過程的航路模型可以歸為以下幾類：

（1）由到是直飛過程，當時，

（1）

則的坐標為：

（2）

（2）由到是順時針轉(zhuǎn)彎過程，當時，有：

（3）

則的坐標為：

（4）

（3）由到是逆時針轉(zhuǎn)彎過程，當時：

（5）

則的坐標為：

（6）

由文獻[10]可知，雷達的作用距離與海況的關(guān)系為：

（7）

式中：；為機載雷達在3級海況條件下對潛艇的最大作用距離，通常可以在雷達技術(shù)參數(shù)中查到；為海況級數(shù)；為修正系數(shù)。當海況大于3級時，與雷達抗海雜波處理效果有關(guān)，一般取1.5～3；當海況小于3級時，和雜波與噪聲強度之比有關(guān)，一般取5～10。當km，，時，對應關(guān)系如表1所示。

表1 海況等級與雷達探測距離的關(guān)系

而巡邏機的最小搜潛巡邏轉(zhuǎn)彎半徑， 為巡邏搜潛速度，一般取為最大轉(zhuǎn)彎角度，一般為30°。由此可知，因此可按照如圖所示航路進行巡邏搜潛。

如圖1示，假設OMN為待搜索等邊三角形區(qū)域，飛機從A點起飛，在B點轉(zhuǎn)彎進入到C點，由C點直飛到D點，再由D點轉(zhuǎn)彎180°到點。從開始進入檢查搜潛階段，到為直飛過程，到為順時針轉(zhuǎn)彎過程，到為直飛過程，到逆時針轉(zhuǎn)彎過程，到為直飛過程，到順時針轉(zhuǎn)彎過程，然后依次往后搜索，直至搜索完畢。

圖1 扇形搜索航路模型

若O點為坐標原點，則點坐標為，到的距離，用時；到的距離，用時；到的距離，用時；到的距離，用時；到的距離，用時；到的距離，用時，往后類推可知：當i為奇數(shù)時，；當i為偶數(shù)時，。

2 潛艇運動模型

由于事先并不知道潛艇的具體情況，假設當飛機開始進行扇形搜索時，潛艇在待查區(qū)域內(nèi)，初始位置服從均勻分布，航向服從之間的均勻分布，以經(jīng)濟航速做勻速運動。從搜索開始，潛艇t時刻的位置可表示為：

（8）

3 仿真分析

假設反潛巡邏機在某位置接到任務前往某扇形海域進行檢查搜潛，當反潛巡邏機抵達搜潛海域后，采用扇形搜索法對指定海域進行檢查搜潛。根據(jù)蒙特卡羅法的基本思想，對雷達搜潛的隨機事件做統(tǒng)計試驗。

3.1 仿真步驟

（1）輸入初始條件：反潛巡邏機的搜潛速度，最大轉(zhuǎn)彎坡度角，雷達的有效作用距離，待搜海域的位置，所在海域的重力加速度。

（2） 產(chǎn)生均勻分布的潛艇初始位置和均勻分布的潛艇航向，給出經(jīng)濟航速。

（3） 根據(jù)潛艇運動模型計算潛艇的實時位置，根據(jù)反潛巡邏機的搜索模型計算反潛巡邏機的位置。

（4）判斷搜潛過程中，潛艇位置與反潛巡邏機的位置是否滿足：

（9）

整個檢查搜潛過程如果滿足式（9），則記下搜到目標一次以及所用的搜潛時間，并退出本次循環(huán)，進入下一次循環(huán)；如果不滿足上式，則執(zhí)行完整個過程，再進入下一次循環(huán)，重復執(zhí)行第（2）～（4）步，直到最大循環(huán)數(shù)。

（5）統(tǒng)計得到搜潛概率，假設捕獲目標的次數(shù)為m，仿真次數(shù)為M，則搜潛概率P定義為：

3.2 仿真結(jié)果與分析

仿真1 海況等級對搜潛概率的影響參數(shù)：

（1）仿真次數(shù)M=5 000，地面重力加速度。反潛巡邏機巡邏搜潛速度

（2）搜索海域為變長為200 km的等邊三角形。O點為坐標原點。

（3）潛艇經(jīng)濟航速10 km/h。

仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 海況對搜潛概率的影響

仿真2：潛艇的經(jīng)濟航速對于搜潛概率的影響其他條件不變，取Ve為10～30 km/h。仿真結(jié)果如圖3所示。

仿真3：搜索區(qū)域面積對于搜潛概率的影響其他條件不變，改變搜索區(qū)域邊長為200～500 km。仿真結(jié)果如圖4所示。

4 結(jié) 語

由仿真結(jié)果，可以看出：低海況等級情況下，海況變化對搜潛概率影響不大，但是隨著海況等級的增加，搜潛概率急劇下降；隨著潛艇經(jīng)濟航速的增加，搜潛概率隨之降低；隨著搜索區(qū)域面積的增加，搜潛概率降低。

參考文獻

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