不同目標態勢下潛艇陣地搜索樣式探析

朱洪寶，甘一鳴

（海軍潛艇學院，山東 青島 266199）

0 引言

潛艇能否及時發現目標，不僅與作戰海域的確定是否正確有關，很大程度上取決于潛艇是否選擇了正確的搜索方式[1]。為了盡早發現作戰目標并提高作戰效能，一般采用往返巡邏搜索、弓字形搜索、之字形搜索等搜索樣式。潛艇最基本的戰斗使用方法是預先將潛艇配置在目標所必經海域的固定陣地內[2]。潛艇需要在固定陣地內機動才能對陣地進行全面搜索，潛艇的機動樣式選擇可提高搜索發現概率，對潛艇反艦戰斗力生成具有重要意義。在固定陣地內，潛艇使用往返巡邏搜索、弓字形搜索、之字形搜索時，其機動位置與陣地邊沿留有一定的聲吶探測距離[3]，一般從距離陣地邊緣1倍觀察器材的作用距離開始。潛艇在固定陣地內進行搜索的背景是目標由于地理條件限制，其航行范圍被限制在某一區域，如海峽、水道等[4]。目前對潛艇在固定陣地搜索樣式發現概率的計算，主要以掃海面積與陣地面積之比作為概率，沒有考慮目標的隨機性。搜索樣式也沒有考慮目標因地理條件的限制造成的重點來向的可能性，從而浪費搜索資源的情況。

考慮到目前潛艇陣地搜索發現概率計算多以數學模型為主，仿真計算不足，為合理使用潛艇反艦戰術，提高潛艇陣地搜索發現概率，本文在考慮目標來向、目標隨機位置以及目標重點來向等不同目標態勢，計算這些態勢下潛艇使用3種搜索機動樣式的發現概率，對比不同搜索樣式的效能，可以給出潛艇在指定陣地下搜索樣式的優選策略，并對潛艇在固定陣地下搜索反艦樣式提供最佳選擇。

1 潛艇機動樣式分析

1.1 潛艇搜索時間

假設陣地大小為L×W n mile2的矩形陣地，目標艦艇以距離陣地D n mile（非固定）的隨機位置向陣地突破。當潛艇以往返巡邏搜索時，以陣地中心線作巡邏搜索，當到達距離陣地邊緣1倍聲吶作用距離時，轉向180°繼續搜索[5]。往返巡邏搜索1個周期為

式中：d為潛艇聲吶作用距離；Qv為潛艇搜索速度。

當潛艇以之字形樣式搜索時，從距離陣地邊緣1倍聲吶作用距離開始，在陣地2條邊線間曲折機動，則之字形搜索時間為

式中：α角為潛艇之字形搜索時與陣地邊緣垂線的夾角[6]，即為潛艇作之字形機動的轉向角。為對比3種搜索樣式效能，3種搜索方式的時間應一致。但往返巡邏搜索是在巡邏線上，無法完成對陣地遍歷搜索。弓字型搜索與之字形搜索遍歷1次陣地所用的時間應相同，由此可確定之字形搜索的夾角α。

夾角α可以確定為

1.2 潛艇運動軌跡確定

潛艇在固定陣地內搜索的運動軌跡與陣地大小有關，當陣地大小為L×W n mile2、潛艇聲吶作用距離d與速度Qv確定時，不難得出潛艇運動軌跡與時間的關系。3種搜索樣式運動軌跡如圖1所示。

圖1 3種搜索樣式運動軌跡Fig.1 Motion tracks of 3 search styles

如圖，以之字形搜索為例，其軌跡與時間關系為

2 仿真實驗過程

為對比3種搜索樣式效能，現對這3種搜索樣式進行仿真分析。發現概率P是目標艦艇隨機產生次數與被發現次數之比，則發現概率P表示如下：

式中：n是艦艇隨機位置產生次數；m是目標艦艇實時坐標（JTx，JTy）與潛艇實時坐標（QTx，QTy）之間距離小于聲吶作用距離的次數，即被發現次數。為了便于計算3種搜索樣式發現概率，現進行實例分析，設定目標艦艇運動要素相同，并設定潛艇搜索速度、聲吶作用距離、陣地大小?，F假設陣地大小為14×18 n mile2，潛艇搜索速度為4 kn，聲吶作用距離3 n mile，目標艦艇產生在陣地外一定距離D n mile（非固定）。該陣地大小能保證3種搜索樣式至少進行1個周期搜索。目標艦艇從隨機生成位置向陣地機動，若潛艇的實時坐標與目標艦艇的實時坐標小于潛艇的聲吶作用距離，則記為1次發現，每次仿真進行模擬搜索10 000次，計算出5次仿真的平均發現概率作為發現概率。經過仿真計算得出目標概略來向已知、來向重點區域已知、目標概略來向未知情況下搜索發現概率與目標速度之間的關系。

1）目標概略來向已知實驗過程。

很多業內人士雖然知道烘焙百分比的概念，但是實踐應用少，掌握烘焙百分比，可以很方便地調整配方，提高生產效率，通過精確計算，降低生產成本。

當目標概略來向已知時，假設目標從陣地右側D±5 n mile到向陣地駛來，目標速度從4 kn依次增加1 kn直到30 kn，每個目標速度下目標隨機產生10 000次，并讓目標隨機生成。仿真生成的艦艇可能初始位置如圖2所示。

圖2 艦艇可能初始位置Fig.2 Possible initial positions of naval vessels

2）目標概略來向重點區域已知實驗過程。

在目標概略來向已知，且重點搜索區域已掌握的前提下，本文將重點區域分為3部分，分別來自陣地上部1/3、中部1/3、下部1/3，設每部分目標艦艇來向的可能性為80%即在該部分目標隨機生成的次數占80%，目標速度變化與目標概略來向已知相同。分別對每一部分進行仿真計算，以探討在重點區域掌握情況下的搜索發現概率。以目標來自于陣地上部為例，目標可能位置如圖3所示。

圖3 艦艇可能初始位置Fig.3 Possible initial positions of naval vessels

3）目標概略來向未知實驗過程。

若目標概略來向完全未知，假設來著陣地四周，且目標初始時向陣地方向機動，由于信息不對稱性使得潛艇在陣地內具有一定優勢[7]，因此假設目標運動過程中存在機動的可能，用于規避潛艇的搜索。本文在設置目標規避時隨機給與目標多次轉向角，且目標轉向時間也隨機。目標艦艇從產生初始位置并經過一定時間機動后，可能的位置分布如圖4所示。

圖4 目標艦艇經機動后可能位置Fig.4 Possible positions of target naval vessels after maneuvering

3 結果分析

在目標概略來向已知的情況下，3種搜索方式發現概率對比如圖5所示。

圖5 目標來向已知條件下發現概率Fig.5 Probability of discovery with known target direction

從圖中可以看出往返巡邏搜索在艦艇速度在4～8 kn時發現概率較高，達到了50%以上。當目標艦艇速度在10～20 kn時弓字形發現概率最小，平均發現概率低于 44%。當艦艇速度超過 20 kn，3種搜索方式發現概率區別不大。

當已知目標概略來向且重點區域已知的情況下，3種搜索方式發現概率對比如圖6所示。若目標來自于陣地上部，分析圖6（a）和表1數據發現：當目標艦艇速度小于8 kn時，弓字形搜索發現概率明顯低于其他2種搜索方式，平均發現概率低于17%；當目標艦艇航速高于8 kn時，弓字形搜索發現概率最高，平均發現概率高達78.6%；當目標艦艇航速超過12 kn，往返巡邏搜索和之字形搜索效能相差不大，但弓字形搜索效能高于兩者。若目標來自于陣地中部，分析圖6（b）和表1數據發現：目標艦艇速度小于8 kn，弓字形搜索效能低于垂直搜索和之字形搜索，平均搜索發現概率48.4%；當目標艦艇速度大于8 kn時，往返巡邏搜索和之字形搜索效能相差不大，但遠大于弓字形搜索。目標速度在16～19 kn時，3種搜索發現概率最低，其中往返巡邏搜索和之字形搜索發現概率低于40%，而弓字形搜索發現概率則低于30%。

若目標來自于陣地下部，分析圖6（c）和表1數據發現：目標艦速小于7 kn時，弓字形搜索效能最優，平均搜索發現概率為76.5%；當目標艦速為7～9 kn時，之字形搜索方式效能最優；當目標艦速為9～14 kn時，往返巡邏搜索效能最優；當艦速大于14 kn時，三者搜索效能相差無幾，3種搜索樣式的平均發現概率約為13%。

表1 3種搜索方式在目標低、中、高速情況下的發現概率對比Table 1 Comparison of discovery probability in 3 search methods with targets at low，medium and high speed

在目標概略來向完全未知情況下，假設目標初始時向陣地方向運動，并在運動過程中隨機機動用以規避潛艇的搜索，則該條件下3種搜索方式發現概率對比如圖7所示。當目標航速低于14 kn時，往返巡邏搜索效能最佳，平均搜索發現概率約為32.4%；當目標航速高于14 kn時，弓字形搜索效能最佳，平均搜索發現概率約為33.9%。

圖7 目標來向未知情況下發現概率Fig.7 Probability of discovery without known target direction

綜上分析可得：目標艦艇來向與速度對潛艇反艦搜索效能影響較大。潛艇在遂行反艦搜索時：1）假設已掌握目標概略來向，應使用往返巡邏搜索，往返巡邏搜索技戰術相對于其它2種搜索樣式簡單，且在目標速度不同的情況下搜索發現概率較高；2）當已掌握目標概略來向且重點區域已知時，應根據目標來向在陣地哪一部分確定搜索樣式，以目標來自陣地上部為例，弓字形搜索在中高速情況下效能較高，低速時往返巡邏搜索效能較高。因此在未掌握目標速度時，弓字形搜索樣式效能最佳；3）當未掌握目標來向時，目標艦艇中低速情況下使用往返巡邏搜索較好，中高速應使用弓字形搜索。若對目標速度不掌握，則應使用弓字形搜索，因為該情況下弓字形搜索平均發現概率最高。

4 結束語

由于水面艦艇的活動相對復雜，潛艇難以掌握水面艦艇的活動規律，要求搜潛兵力具有較高的訓練水平[8]。因此，在固定陣地內選用合適的反艦機動樣式對提高搜索發現概率影響較大。本文對正確評估潛艇反艦搜索能力以及合理運用潛艇對艦警戒兵力均具有較為重要的意義。