反潛直升機吊放聲納搜索效率模型研究＊

（海軍陸戰學院 廣州 510430）

1 引言

反潛直升機是潛艇作戰行動的最大威脅兵力之一，而吊放聲納又是反潛直升機對潛艇搜索的特有裝備，衡量吊放聲納搜潛效能的重要指標是搜索概率，而搜索效率（單位時間的搜索面積）又是影響搜索概率的重要因素。研究反潛直升機使用吊放聲納對潛搜索效率，對直升機反潛作戰具有重要的指導作用。直升機自身的性能、吊放聲納搜潛陣形的選擇等因素，都對直升機搜潛效率有很大的影響，采用計算機仿真的方法定量研究影響直升機搜潛效率的因素，無論對直升機搜潛還是對潛艇規避搜索都有現實意義。本文將討論計算直升機搜潛效率的兩種數學模型，并對兩種搜索效率模型進行比較。

2 反潛直升機使用吊放聲納搜索過程

反潛直升機使用吊放聲納搜索潛艇，一般都采用邊前進邊逐點探測的跳躍式搜索，其飛行搜索作業剖面如圖1所示。反潛直升機到達搜索海域后，按預定的搜索航線飛行，在第一個探測點下降到懸停高度Ht1迎風懸停，按吊放聲納操作規程放下吊放基陣，邊放邊觀察，根據海區深度和水聲環境條件，把基陣放到合適的深度，開機搜索目標。如果發現可疑信號，就要進一步探測，或用主動方式測定目標的位置，并隨時把目標位置傳送到指控系統，計算出目標運動參數，以便對目標實施跟蹤或攻擊，或引導其它兵力進行跟蹤或攻擊；如沒有發現目標，則收起基陣爬升到過渡飛行高度Hg以巡航速度飛往下一個探測點懸停，兩個懸停點的間距Dx取決于吊放聲納的搜索半徑，再重復上述動作，直至探測到潛艇或搜索完規定的時間［1～2］。

圖1 反潛直升機使用吊放聲納搜索過程

3 反潛直升機使用吊放聲納搜索效率模型

3．1 吊放聲納搜索參數

根據吊放聲納搜潛過程，其搜索參數主要有搜索周期、有效搜索寬度和平均搜索速度。

3．1．1 搜索周期

直升機使用聲納進行離散搜索，放下聲納天線和起飛更換敵方依次替換進行。離散搜索一個循環包括放下聲納天線、進行搜索、收起聲納天線和飛向下一個探測點。離散搜索一個周期所用時間的數學表達式為

式中：tz為離散搜索一個周期所用時間；tf為放下聲納天線所用時間；ts為反潛搜索時間；tn為收起吊放聲納天線所用時間；th為飛向下一個探測點所用時間。

3．1．2 有效搜索寬度

吊放搜索中一般把相鄰的搜索圓交點的寬度定義為有效搜索寬度Wd，如圖2所示。

圖2 吊放聲納有效搜索寬度示意圖

其計算公式為

式中：Dx為懸停探測點的間距（km），Dx＝n·dB，n為探測點間隔系數；dB為反潛直升機反潛直升機吊放聲納的搜索范圍（km）。

3．1．3 平均搜索速度

吊放搜索的平均搜索速度是指在反潛直升機整個反潛搜索過程中，直升機平均的前進速度（km／h），其計算公式為

3．2 反潛搜索效率模型

搜索效率是指反潛直升機使用吊放聲納在單位時間內搜索的有效面積。計算搜索效率的方法有兩種：一種是按矩形求面積法（簡稱矩形法）；另一種是按搜索圓求面積法（簡稱圓形法）。

3．2．1 矩形法搜索效率模型

矩形法求面積是用有效搜索寬度乘以單位時間內搜索長度。

式中，Sq為單位時間內潛艇運動所增加的面積。Sq＝2dBVdts，其中dB為反潛直升機反潛直升機吊放聲納的搜索范圍；Vd為被搜索潛艇的航行速度；ts為反潛搜索時間。m為單位時間內懸停次數（1／tz）。

3．2．2 圓形法

3．2．2．1 每次懸停搜索面積

由圖3可以看出，反潛直升機每次懸停進行搜索的面積（Sq）：

式中：dB為反潛直升機反潛直升機吊放聲納的搜索范圍；Vd為被搜索潛艇的航行速度；ts為反潛搜索時間。

3．2．2．2 模型設計

吊放聲納的搜索區域是以探測點為中心，以聲納作用距離為半徑的圓。單位時間內吊放聲納實際搜索面積是該段時間內所有搜索圓面積之和，再扣除相鄰圓重疊的面積［8］，如圖4所示。

圖3 每次懸停搜索面積Sq

圖4 圓形法搜索面積

圖4中Sc為相鄰搜索圓的重疊面積，線段ac的長度為Dx，線段bd的長度為Wd。計算得到Sc＝-WddBCos（arcSin（Wd／2dB））。

所以單位時間內搜索面積Sy＝m·Sq-（m-1）Sc。

4 搜索效率模型的比較

為了驗證單位時間內搜索面積的計算方法，現對計算搜索效率的兩種模型進行比較。從前面給出的兩種模型可以看出，在其它參數不變的情況下，探測點間隔距離是影響搜索面積的最敏感因素，因此以它為變量進行分析。根據計算搜索效率的兩種模型，設各參數為：搜索面積5×104km2，敵潛艇速度8kn，吊放聲納作用距離7km，搜索速度為210km／h，探測時間3min，收放時間2min，得到搜索效率與探測點間隔系數關系圖，如圖5所示。

圖5 搜索效率與探測點間隔系數關系圖

從上面的圖可以看出，總的來說，圓形法的搜索效率比矩形法的搜索效率要高，這是因為矩形法的模型計算公式只使用了有效搜索寬度來計算，忽略了很多有效部分。特別是當探測點間隔系數大于1．5時，矩形法的搜索效率明顯降低，當間隔系數為2時，矩形法的搜索效率幾乎為0，因為此時有效搜索寬度為0。由此可以認為在計算搜索效率時圓形法是比較常用的一種方法。

5 結語

使用吊放聲納搜索潛艇是反潛直升機反潛的主要搜索形式。本文初步建立了兩種搜索效率模型，利用Matlab，對兩種搜索模型進行了比較，列出了搜索效率和探測點間隔之間對應的關系。仿真結果表示圓形法是常用的計算搜索效率的方法。

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