多魚雷與目標潛艇軟防御層對抗方法

孫國振, 謝志強

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多魚雷與目標潛艇軟防御層對抗方法

孫國振, 謝志強

(中國人民解放軍91388部隊, 廣東 湛江, 524022)

在分析了潛艇武器裝備防御方式的基礎上, 對潛艇軟防御能力進行了重點探討, 并對由反魚雷武器組成的軟防御層進行了分析建模。由于目標潛艇信息具有一定的模糊性, 本文采用模糊集合表述反魚雷武器的各個參數, 利用精確度計算得到相應的精確值和損傷度計算模型。在只考慮軟防御層的情況下, 得到單雷、雙雷、多雷情況的命中率計算方法, 并分析了其聯合作戰效能。仿真試驗驗證, 隨著魚雷數量的增加, 魚雷經過軟防御層的存活率會隨之增加; 利用同種魚雷以相同的命中率進行計算, 魚雷的存活率也會有所提升。

多魚雷; 潛艇軟防御; 命中率; 存活率

0 引言

隨著現代魚雷防御技術的發展, 出現了氣幕彈、聲誘餌、噪聲干擾器、反魚雷魚雷, 水下漩渦、高速水下彈、防魚雷網等一系列反魚雷武器[1], 使得魚雷命中目標概率下降, 造成作戰效能降低, 如何有效提高魚雷綜合作戰能力, 是擺在艦艇對抗中的一道難題。

為了提高魚雷攻擊的作戰效能, 艦艇采用魚雷齊射的方式打擊目標, 魚雷齊射相對單射有較高的命中概率, 可以在短時間內完成射擊準備[2]。一般情況下, 雙自導魚雷齊射容易產生互導問題[3], 為了避免互導, 對齊射散角、自導開啟距離、魚雷工作頻率、工作周期都加以限制[4], 平行齊射或者扇面齊射對于艦艇容易探測, 且同時向2個魚雷發射聲誘餌或者反魚雷魚雷即可各個擊破。文獻[4]和[5]中的模型僅考慮魚雷的航向變化, 未考慮目標方位變化所引起的航向變化, 而雙自導魚雷航向變化過大會產生“互導”, 文中只是針對自導魚雷進行探討互導問題, 對線導魚雷并未涉及。文獻[6]采用連續射擊的方式, 設置一定的散角用來解決“互導”問題, 保證至少1枚魚雷擊中目標, 但是另外1枚魚雷會做無用功, 為了1枚魚雷能夠命中, 而多發射另外1枚魚雷, 此種方法消耗成本較大, 且缺乏一定的實用性。

線導魚雷不存在互導問題[4], 且具有反應速度快, 對目標運動信息依賴性較小, 抗干擾能力強, 攻擊效果好[7], 但是信號傳輸頻率低, 信道衰耗大, 易受電磁干擾。由于討論多雷攻擊目標潛艇文獻較少, 本文針對多雷情況對潛艇防御進行了探討, 并對多雷攻擊目標潛艇進行了建模; 魚雷組合攻擊方式種類較多, 配合方式是由魚雷的種類、速度、自噪聲、引導方式、目標特性等因素決定, 同時根據目標潛艇的防御體系決定。

1 潛艇防御體系

潛艇對其自身有一定的防護能力, 而防護能力與預警相關, 預警警報發出越早, 防護能力會加強。基于此, 本文將潛艇防御分為攻擊防御和探測防御。探測防御是利用一定的技術消除自身噪聲或者回波, 令敵方潛艇和魚雷無法感知其存在。探測防御可以分為結構防御和技術防御, 結構防御為潛艇自身降噪結構、消聲涂層、消聲瓦; 技術防御則為通過減速、關閉設備的手段改變潛艇噪聲輻射。

攻擊防御是利用自身武器消除威脅的方法, 可以分為軟防御和硬防御。軟防御是潛艇利用自身攜帶的聲誘餌、反魚雷魚雷、氣幕彈、噪聲干擾器、反魚雷深彈、反魚雷水雷、防雷網對來襲魚雷進行攔截, 由于其防御方式具有較大的可操控性, 所以稱之為軟防御, 特點是潛艇防御來襲魚雷時, 魚雷來襲方向防御最強, 其他方向會比較低。硬防御則為潛艇自身結構應對魚雷攻擊、沖擊波的能力, 由于潛艇結構的原因, 防御能力對各個方向相同, 利用自身抵抗力緩解沖擊, 防御方式具有單一、無法改變的特性, 稱之為硬防御。本文主要針對潛艇軟防御能力進行探討。

由于潛艇的軟防御層是由反魚雷武器建立的, 所以它需要一定的反應時間, 并被限制于一定的防御范圍內, 如圖1所示, 其外拓展至一定的范圍, 當靠近潛艇一定距離時, 由于魚雷慣性和爆炸產生的沖擊波, 軟防御是無效的, 所以會產生真空地帶, 只有魚雷達到這個真空地帶時, 意味著命中目標。軟防御層是由反魚雷武器組建而成的, 當受到魚雷攻擊時, 潛艇首先利用反魚雷武器進行攔截, 消滅來襲魚雷, 由于將反魚雷武器攻擊方向對準來襲魚雷方向, 此時該方向防御能力是最強的, 同時其他方向因為缺少反魚雷武器防御, 防御能力會減弱, 而反魚雷武器數量和發射能力的限制, 潛艇的防御能力是一定的, 隨著反魚雷武器的發射, 反魚雷武器在裝載完畢之前, 潛艇防御能力是下降的, 即軟防御層的防御能力是降低的。

圖1 潛艇軟防御層圖示

2 軟防御層建模

式中, 表示防御指數, 為分段函數, 圖2為防御指數率圖示。

3 魚雷攻擊潛艇命中率建模

3.1 單雷攻擊情況

在軟防御恢復時間內, 會形成一定的虛空狀態, 如圖3所示, 同時造成整體軟防御層防御指數下降, 利用式(3)計算防御指數。

3.2 雙雷攻擊情況

2枚魚雷的攻擊方式根據設定的發射、尋的、攻擊路線, 可以從不同方向分別攻擊, 或者從同一方向進行攻擊, 組合方式有3種(若分別攻擊視為2種, 也可以分為4種), 2枚魚雷從同一方向進行攻擊, 可以利用第1枚魚雷制造的短暫軟防御真空, 破壞潛艇的硬防御, 達到摧毀潛艇的目的; 2枚魚雷從不同方向進行攻擊可以減弱潛艇軟防御層的防御能力。雙魚雷攻擊潛艇方式如圖4所示。

圖3 1枚魚雷攻擊潛艇破壞軟防御層圖示

圖4 雙魚雷攻擊效果圖

由于第2種方式采用尾隨前一魚雷, 從同一方向進行攻擊, 那么此時潛艇對其防御指數為

同理可得第3類的命中率

3.3 多雷攻擊情況

則整體命中率為

4 聯合作戰效能

為了方便數據處理與計算, 采用精確度的方法計算模糊集, 計算方法如下

5 仿真試驗

本文選取潛艇中5種反魚雷武器, 其參數如表1所示, 其中各類武器的攔截概率在不同環境中表現出的性能不一, 用模糊區間的方式表示;其作用距離是受到自身動力裝置或者潛艇發射裝置的限制, 在一定范圍內才能其作用, 用區間的形式表示其作用范圍。

表1 軟防御層武器組成及參數

利用式(3)計算目標潛艇軟防御層防御指數, 計算得到的結果為分段函數, 如圖5所示; 單雷攻擊目標潛艇, 在軟防御層范圍內存活率, 如圖6所示。由于層層防御, 魚雷到達潛艇1 km范圍內的概率小于0.25。

現有2種魚雷對目標潛艇實施攻擊, 命中率分別為0.7, 0.8, 0.9; 由于受到目標潛艇防御攻擊, 在各個位置存活概率不同, 所以命中率也不同, 圖7為3種魚雷3種組合方式, 從不同方向進行攻擊, 離目標潛艇不同距離的命中率圖示, 魚雷數量越多, 離潛艇越近, 命中率越高。

根據本文設計的方法, 隨著魚雷數量的增加, 魚雷經過軟防御層的存活率也會隨之增加, 利用同種魚雷以相同的命中率進行計算, 魚雷的存活率也會有所提升, 如圖8所示。

圖5 軟防御層的防御指數

圖6 單魚雷存活率

圖7 3種魚雷分散攻擊的命中率

圖8 魚雷數量與魚雷生存概率圖

6 結束語

本文對多魚雷攻擊潛艇目標進行了建模, 首先對潛艇的防御體系進行了分析與劃分, 重點研究了軟防御層的防御能力, 通過防御指數對軟防御層進行了數學描述。魚雷的攻擊主要是突破軟防御層, 本文討論了雙魚雷攻擊目標潛艇情形, 并得到了相應的命中率計算方法; 從雙魚雷情形引申至多魚雷情形, 并建立命中率計算模型; 單純的計算命中率不能較好評判攻擊策略的優劣, 本文采用損傷度來描述魚雷攻擊策略的整體作戰效能; 由于對目標潛艇存在一定的模糊認識, 本文利用模糊集數據處理方法, 得到相應精確度, 繼而利用前文建立的模型得到損傷度的精確度, 根據各個方案的損傷度值得到優化方案。由于本文采用估計的方法對目標潛艇進行建模, 所以得到優化方案并非最優方案, 同時只是針對一定數量的魚雷, 所以下一步的工作是從作戰成本的角度出發, 尋求較低作戰成本, 達到最佳作戰效能的方案。

[1] 王新華, 高洪林. 艦艇反魚雷技術[J]. 艦船科學技術, 2011, 33(9): 86-90.

Wang Xin-hua, Gao Hong-lin. Research on Warship Anti-torpedo Technology[J]. Ship Science and Technology, 2011, 33(9): 86-90.

[2] 劉影, 周明. 聲自導魚雷互導問題初探[J]. 艦船科學技術, 2006, 28(4): 58-60.

Liu Ying, Zhou Ming. On Mutual Conductance of Acoustic Torpedo[J]. Ship Science and Technology, 2006, 28(4): 58-60.

[3] 蔣興舟, 陳喜. 魚雷制導設計原理[M]. 武漢: 海軍工程大學, 2001.

[4] 明星. 雙雷齊射互導概率及目標捕獲概率研究[J]. 魚雷技術, 2006, 14(4): 52-55.

Ming Xing. Probability Calculation of Mutual-guiding and Target Acquisition Under Two Torpedoes Salvo[J]. Torpedo Technology, 2006, 14(4): 52-55.

[5] 劉鑫, 唐獻平. 艦載聲自導魚雷雙雷平行齊射射擊參數優化仿真研究[J]. 魚雷技術, 2010, 18(5): 397-400.

Liu Xin, Tang Xian-ping. Simulation on Firing Parameters Optimization of Parallel Salvo for Shipborne Acoustic Homing Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2010, 18(5): 397-400.

[6] 鄧正前, 魏石川. 聲自導魚雷連續攻擊方法研究[J]. 系統仿真技術, 2011, 7(2): 148-151.

Deng Zheng-qian, Wei Shi-chuan. Research on Methods of Sound-homing Torpedo Continuous Shooting[J]. System Simulation Technology, 2011, 7(2): 148-151.

[7] 徐敦滋, 王新遠. 線導魚雷作戰使用方法研究[J]. 魚雷技術, 2002, 10(3): 39-43.

Xu Dun-zi, Wang Xin-yuan. A Study of Wire-guidance Torpedo Operational Ways[J]. Torpedo Technology, 2002, 10(3): 39-43.

Countermeasure Method of Multi-torpedo Against Soft Defense Layer of Submarine

SUN Guo-Zhen, XIE Zhi-Qiang

(91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

Based on the analysis of defense way of submarine weaponry, the soft defense capability of a submarine is discussed in detail, and the soft defense layer composed of anti-torpedo weaponry is analyzed and modeled. Due to a certain ambiguity of target submarine information, a fuzzy set is used to express various parameters of anti-torpedo weaponry, and accurate calculation is performed to get the exact values and a calculation model of damage degree. In the condition of only considering soft defense layer, the methods for computing hit probabilities of single-torpedo, double-torpedo and multi-torpedo are gained, and the effectiveness of combined operation is analyzed. Simulation results show that with the number of torpedo increasing the survival probability of torpedo through the soft defense layer is increased, and the surviving probability also increases for same type of torpedo with same hit probability.

multi-torpedo; submarine soft defense; hit probability; survival probability

TJ63

A

1673-1948(2013)05-0378-06

2013-04-09;

2013-05-04.

孫國振(1985-), 男, 碩士, 研究方向為行為識別、導航控制、潛艇作戰.

(責任編輯: 許 妍)