水面艦艇對潛搜索的主要影響因素及難度評估?

易成濤 李 偉 蘭國輝 王書曉

（海軍大連艦艇學院 大連 116018）

1 引言

反潛作戰(zhàn)是水面艦艇重要的作戰(zhàn)應用形式之一。潛艇隱蔽性強、破壞性大，對海上交通線或重要海上目標的安全構成重大威脅［1，2］。水面艦艇反潛作戰(zhàn)就是在有限的海域內進行搜索并以艦載反潛武器進行攻擊，由于海洋環(huán)境的復雜性，水面艦艇對潛搜索往往難度較大，迫切需要進行衡量并據此選擇有利的搜索攻擊策略。

2 影響對潛搜索的因素分析

截至目前，水面艦艇對潛搜索仍主要依靠各類聲納設備，所以，對潛搜索的效果主要取決于海洋環(huán)境對聲波傳播的影響程度［3］。海水垂直結構及水深、海面氣象情況和搜索海域面積直接影響搜索發(fā)現(xiàn)目標的概率。

影響對潛搜索的核心要素可以歸納為以下幾點：

1）海表溫度。根據聲波在海水中傳播的獨特規(guī)律，當海水垂直方向溫差變化劇烈時，聲線傳播規(guī)律不易掌握，發(fā)現(xiàn)潛艇的難度陡然增大，由于底層水溫較穩(wěn)定，所以，夏秋季節(jié)普遍較冬春季節(jié)更難以成功實現(xiàn)對潛搜索。

2）水深條件。淺水對于對潛搜索極為有利，當水深大于某一數值時開始鈍化，在某一臨界點時搜索難度急劇變大或變小。

3）海況。海面噪聲能顯著影響聲納回波的清晰度，在大風浪航行時幾乎無法探測微弱的聲納回波。

4）搜索面積。潛艇可能存在的海域面積是對潛搜索成敗的重要因素。當面積超過一定數值時，發(fā)現(xiàn)潛艇的概率呈幾何速度下降，尤其在深海區(qū)，對潛搜索將異常困難。

5）洋流情況。洋流能顯著改變海水垂直結構的鹽度分布，從而改變海水密度，會使聲納定位錯誤，嚴重時形成的聲道會繞過聲納，導致無法探測。

3 對潛搜索的難度評估

海洋環(huán)境對搜潛作戰(zhàn)的影響是客觀存在的，在評價影響程度時，既可以快速進行定性的評價，也可以借助模型和計算機輔助系統(tǒng)給出定量的評估［4～7］。

3.1 定性評估

定性評估的評估者是現(xiàn)場評估員，評估的特點是速度快、現(xiàn)場性強，主觀性強，可能造成較大評估誤差，不能進行預先判斷，從而無法據此制定行動計劃。當上述五個方面因素都不利于對潛搜索時，評估員可能給出“極為不利”的評估意見；當有三個或四個不利因素時，評估結果可能是“相當不利”或“非常不利”；當只有一個或兩個不利因素時，評估結果可能是“不利”或“較為不利”，不同的評估員對于評估意見的不同理解是造成評估結論不同的根本原因。

定性評估的另一缺陷便是對于不同要素權重的把握不盡科學準確，評估結論嚴重依賴主觀偏好，思維模式固化，對于影響因素優(yōu)劣的判定也不能做到準確客觀。

3.2 定量評估

定量評估是對特定反潛戰(zhàn)場環(huán)境優(yōu)劣的量化描述，應能客觀準確描述對潛搜索作戰(zhàn)的困難程度，根據各類因素對搜索作戰(zhàn)的影響機理，可以把評估模型大致分為分別單獨求取影響指數、科學合理確定權重、綜合求取難度系數三個步驟。

1）單獨求取影響指數

影響指數，是指某一個因素對于搜索作戰(zhàn)影響的表征量，本模型中，影響指數賦值范圍為0～100，越小意味著影響越大，聲納使用越困難，越大則表示越有利于聲納使用。若指數接近100，表示在這一方面水聲條件極佳，處于聲納反潛的最佳狀態(tài)；若指數接近于0，則表示幾乎無法利用聲納進行對潛搜索。

（1）海表溫度指數：在海面不結冰的前提下，海面溫度有一個最佳值，溫度偏高或偏低均不利于聲納的水下傳播，可以根據理論與實驗研究的結果給出一個關于海表溫度（t）的影響指數函數表達式index1=f(t)；

（2）水深指數：在其他條件不變的情況下，水深越小對反潛搜索越有利，但是也有一個水深的最小值，否則潛艇無法自由機動。如果用d來代表水深，則水深指數的表達式記為index2=f(d)；

（3）海況指數：風和浪在海面產生的噪聲和混響嚴重干擾聲納信號的監(jiān)測偵聽，所以海況指數包含兩個因素，風速（wind）和浪級（wave），海況指數可表示為index3=f(wind，wave)；

（4）搜索海域面積指數。對潛搜索的難度與指定搜索海域面積呈幾何關系增加，所以務必要采取措施盡量減小搜索海域面積（s），影響指數可表示為index4=f(s)；

（5）洋流指數：大洋深處的洋流可以顯著影響溫躍層的立體分布，對聲波的傳播造成巨大和不可控的影響，使各型聲納的戰(zhàn)技術性能不能正常發(fā)揮，好處是洋流在世界各大洋的地理分布具有固定性，因此洋流指數可表示為經度（λ）和緯度（φ）的函數index5=f(φ，λ)。

2）科學合理確定權重

各影響指數確立以后，可以聘請專業(yè)人員對任意兩個要素的重要性進行對比，寫出判斷矩陣，進而求得各自科學權重［8～10］。

如果給出的矩陣如下

利用Matlab計算軟件求解的最大特征值λmax為5.0155，滿足一致性要求。

那么，五部分的權重應為w1:w2:w3:w4:w5=0.0849：0.3783：0.1736：0.2483：0.1150。

3）綜合求取難度系數

將五部分的影響指數與各自權重加權即可求取綜合難度系數，即特定海洋環(huán)境下反潛搜索作戰(zhàn)的難度系數為。

3.3 定量評估的自動化實現(xiàn)

定量評估必須借助計算機系統(tǒng)預先實現(xiàn)，否則無法快速準確計算，也不能為決策提供有價值的輔助信息［11～12］。預先計算的素材包括海洋立體環(huán)境信息、洋流分布資料、所需海域的海洋數字氣象預報產品等，計算流程如圖1所示。

圖1 基于五因素的海洋環(huán)境影響對潛搜索作戰(zhàn)效能評估構架

4 結語

海洋之中水聲環(huán)境復雜，海水本就屬于一種致密介質，聲波能量在海水中衰減極快，微弱的聲波信號極易受到各種海洋環(huán)境的干擾，從而嚴重影響對潛搜索的作戰(zhàn)效能。研究海洋環(huán)境因素對聲納武器使用的效能影響能夠幫助指揮員制定正確的反潛戰(zhàn)術，提高搜索效率，從而消除水下威脅，對于保護主力艦只、取得局部制海權具有重要意義。