王新為,尹成義

(海軍大連艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018)

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反潛巡邏機(jī)使用被動(dòng)全向聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤方法

王新為,尹成義

(海軍大連艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018)

針對(duì)反潛巡邏機(jī)使用被動(dòng)全向聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤問題,探討了聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤布設(shè)方式,研究了聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤方法,分析了反潛巡邏機(jī)使用聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤的全過程,并進(jìn)行相應(yīng)戰(zhàn)術(shù)計(jì)算,重點(diǎn)對(duì)對(duì)潛跟蹤戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)進(jìn)行仿真分析,以圖表的形式給出了相應(yīng)結(jié)論,為反潛巡邏機(jī)對(duì)潛跟蹤研究提供參考依據(jù)。

反潛巡邏機(jī);聲吶浮標(biāo);對(duì)潛跟蹤

對(duì)潛跟蹤,是反潛巡邏機(jī)與潛艇保持接觸和(或)在丟失接觸時(shí)恢復(fù)接觸的戰(zhàn)斗行動(dòng),是航空反潛行動(dòng)的重要階段。可以認(rèn)為對(duì)潛跟蹤是搜潛的繼續(xù)、攻潛的前提。和平時(shí)期,反潛的任務(wù)只能是跟蹤,對(duì)發(fā)現(xiàn)任何的敵潛艇實(shí)施跟蹤;戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期,為消滅或阻嚇敵潛艇,須適時(shí)對(duì)潛跟蹤。對(duì)潛跟蹤過程,就是不斷與目標(biāo)接觸的過程,反潛巡邏機(jī)在搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并識(shí)別定位后,即轉(zhuǎn)入對(duì)潛跟蹤。

被動(dòng)全向聲吶浮標(biāo)是反潛巡邏機(jī)用于對(duì)潛跟蹤的重要探測(cè)載荷,具有跟蹤隱蔽性好的特點(diǎn),且裝載量最多,宜優(yōu)先考慮使用。本文就反潛巡邏機(jī)使用被動(dòng)全向聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤問題進(jìn)行系統(tǒng)研究,為指揮員決策提供參考依據(jù)。

1 浮標(biāo)布設(shè)方式

反潛巡邏機(jī)使用被動(dòng)全向聲吶浮標(biāo)跟蹤時(shí),主要用于概略跟蹤,跟蹤精度較低,該方法雖不能準(zhǔn)確定位跟蹤,但可提供目標(biāo)初始信息,后續(xù)可結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),加強(qiáng)研判。通常采用覆蓋陣、攔截陣兩種布放方式遂行對(duì)潛跟蹤任務(wù)。當(dāng)目標(biāo)通過覆蓋陣時(shí),可根據(jù)陣內(nèi)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的浮標(biāo)位置及時(shí)間等,概略判斷目標(biāo)可能航速和航向;當(dāng)目標(biāo)通過攔截陣時(shí),根據(jù)陣間浮標(biāo)丟失接觸和恢復(fù)接觸的時(shí)間、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的浮標(biāo)間距離等信息,概略判斷目標(biāo)航速和航行扇面,如圖1、圖2所示。反潛巡邏機(jī)使用被動(dòng)全向浮標(biāo)概略跟蹤后,應(yīng)盡快使用其它探測(cè)載荷遂行精確跟蹤,以滿足攻擊條件,提高攻擊效果。

圖1 布設(shè)覆蓋陣對(duì)潛跟蹤示意圖

圖2 布設(shè)攔截陣對(duì)潛跟蹤示意圖

2 對(duì)潛跟蹤方法

反潛巡邏機(jī)使用被動(dòng)全向聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤時(shí),既可連續(xù)性跟蹤,也可周期性跟蹤。實(shí)際作戰(zhàn)中,應(yīng)根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素、飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能、浮標(biāo)作用距離等要素,確定具體采用何種方法。

2.1 對(duì)潛連續(xù)性跟蹤

對(duì)潛連續(xù)性跟蹤是指反潛巡邏機(jī)與潛艇保持連續(xù)接觸。當(dāng)目標(biāo)航速較低和(或)飛機(jī)掛載浮標(biāo)量足夠時(shí),可采用該方法。該方法對(duì)潛接觸可靠性高,可持續(xù)聽測(cè)目標(biāo)噪聲,隨時(shí)轉(zhuǎn)入攻擊,且恢復(fù)接觸時(shí)間短,但對(duì)高速目標(biāo)保持接觸困難,要求反潛巡邏機(jī)頻繁機(jī)動(dòng),機(jī)組人員工作強(qiáng)度大。

連續(xù)性跟蹤時(shí),應(yīng)垂直于目標(biāo)航路布放浮標(biāo)陣。浮標(biāo)陣間隔應(yīng)能保證潛艇所經(jīng)過的浮標(biāo)陣能連續(xù)發(fā)現(xiàn)目標(biāo),且使反潛巡邏機(jī)從監(jiān)聽正與目標(biāo)接觸的浮標(biāo)到布放完下一道浮標(biāo)陣的時(shí)間小于目標(biāo)通過相鄰浮標(biāo)間距的時(shí)間。相鄰浮標(biāo)陣間隔一般不大于2rfb,陣內(nèi)浮標(biāo)間隔一般取1.5rfb～2rfb(rfb為浮標(biāo)作用距離),如圖3所示[1]。陣內(nèi)浮標(biāo)數(shù)量主要取決于目標(biāo)機(jī)動(dòng)情況,通常目標(biāo)航向不變或變化較小時(shí),布設(shè)3～4枚浮標(biāo);目標(biāo)航向變化較大時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)增加浮標(biāo)數(shù)量。為避免丟失接觸,可在目標(biāo)航向上布設(shè)至少2道浮標(biāo)陣。若相鄰浮標(biāo)陣均未發(fā)現(xiàn)目標(biāo),則認(rèn)為丟失接觸。為恢復(fù)接觸,須布設(shè)包圍型浮標(biāo)陣,浮標(biāo)陣型及半徑主要由反潛巡邏機(jī)應(yīng)召滯后時(shí)間決定。

2.2 對(duì)潛周期性跟蹤

對(duì)潛周期性跟蹤是指反潛巡邏機(jī)間隔一定時(shí)間對(duì)潛艇保持周期接觸。采用該方式,反潛巡邏機(jī)機(jī)動(dòng)程度及機(jī)組人員工作強(qiáng)度較低,但難以隨時(shí)轉(zhuǎn)入攻擊,且接觸丟失后恢復(fù)接觸所消耗時(shí)間較長(zhǎng)[2]。當(dāng)目標(biāo)航速較高或攜帶浮標(biāo)數(shù)量有限,難以保持持續(xù)接觸時(shí),可采取該方法。此時(shí),相鄰浮標(biāo)陣間距主要取決于目標(biāo)航速、飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能和浮標(biāo)作用距離等,浮標(biāo)陣長(zhǎng)度主要取決于目標(biāo)機(jī)動(dòng)范圍。通常,相鄰浮標(biāo)線之間的距離取3rfb～5rfb,如圖4所示。

圖3 對(duì)潛連續(xù)性跟蹤示意圖

圖4 對(duì)潛周期性跟蹤示意圖

周期性跟蹤時(shí),可根據(jù)實(shí)際情況布設(shè)攔截線。當(dāng)目標(biāo)航向不變,可在90°～120°扇面布設(shè);當(dāng)目標(biāo)航向改變,則應(yīng)擴(kuò)大布放范圍,在180°扇面布設(shè)。需要注意的是,接觸的離散及陣內(nèi)浮標(biāo)數(shù)量的減小都會(huì)導(dǎo)致跟蹤概率的降低,而丟失接觸的增加將導(dǎo)致恢復(fù)接觸時(shí)間和浮標(biāo)消耗量的增加[3]。因此,對(duì)潛周期性跟蹤時(shí),應(yīng)在保證聲吶浮標(biāo)保有量的前提下,盡量布設(shè)滿足既定跟蹤概率的浮標(biāo)陣,盡可能避免與目標(biāo)丟失接觸[4]。

設(shè)相鄰浮標(biāo)陣間距為Dd,目標(biāo)最小航速為vqt min,則周期性跟蹤時(shí)的最大聽測(cè)中斷時(shí)間ta max為

(1)

若經(jīng)過時(shí)間ta max后,目標(biāo)還沒有進(jìn)入下一道浮標(biāo)陣的探測(cè)區(qū),認(rèn)為丟失接觸,立即遂行恢復(fù)接觸。在目標(biāo)最可能航行扇面,沿圓弧線或折線布設(shè)包圍浮標(biāo)陣,以恢復(fù)接觸。為盡快恢復(fù)接觸,可在目標(biāo)可能航行扇面內(nèi)布設(shè)至少2道包圍型浮標(biāo)陣。若仍未發(fā)現(xiàn)目標(biāo),認(rèn)為目標(biāo)丟失,反潛巡邏機(jī)立即遂行檢查搜索。

2.3 對(duì)潛跟蹤全過程

基于上述分析,在整個(gè)對(duì)潛跟蹤過程中,目標(biāo)航速是反潛巡邏機(jī)使用聲吶浮標(biāo)采用何種跟蹤方法的重要先決條件。根據(jù)目標(biāo)航速的不同,反潛巡邏機(jī)對(duì)潛跟蹤過程應(yīng)包括發(fā)現(xiàn)可疑信號(hào)、對(duì)可疑信號(hào)識(shí)別分類、保持目標(biāo)連續(xù)性或周期性接觸、丟失接觸時(shí)恢復(fù)接觸等四個(gè)部分,如圖5所示。

圖5 反潛巡邏機(jī)對(duì)潛跟蹤全過程示意圖

3 對(duì)潛跟蹤戰(zhàn)術(shù)計(jì)算

在對(duì)反潛巡邏機(jī)使用聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤方法研究的基礎(chǔ)上,還需進(jìn)行相應(yīng)戰(zhàn)術(shù)計(jì)算,從而確定浮標(biāo)陣大小、浮標(biāo)實(shí)際消耗量以及對(duì)潛跟蹤效率。

3.1 浮標(biāo)陣半徑

聲吶浮標(biāo)陣半徑的大小主要與目標(biāo)航速相關(guān),目標(biāo)航速越大浮標(biāo)陣半徑越大,反之越小[5-6],其半徑增加量與目標(biāo)航速增加量有關(guān)。假設(shè)潛艇提速時(shí)作勻加速運(yùn)動(dòng),則聲吶浮標(biāo)陣半徑Rfb可表示為:

(2)

式中，vqt為潛艇航速;Δvqt為潛艇航速增加量;tjc為相鄰浮標(biāo)陣目標(biāo)接觸間隔;Δqt為潛艇位置定位誤差;pfx為浮標(biāo)陣對(duì)潛探測(cè)概率,通常應(yīng)保證目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率不低于0.8。

設(shè)定浮標(biāo)陣發(fā)現(xiàn)目標(biāo)概率為0.8,則表1給出了幾種典型情況下的聲吶浮標(biāo)陣半徑。

表1 幾種典型情況下的浮標(biāo)陣半徑/km

3.2 浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量

聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量,是反潛巡邏機(jī)遂行對(duì)潛跟蹤的重要指標(biāo),能夠反映單架或多架反潛巡邏機(jī)對(duì)潛跟蹤能力。該值可確定對(duì)潛跟蹤時(shí)的浮標(biāo)投放數(shù)量(浮標(biāo)陣布設(shè)數(shù)量)和反潛巡邏機(jī)出動(dòng)架次及輪換方式,進(jìn)而進(jìn)行反潛巡邏機(jī)跟蹤持續(xù)時(shí)間規(guī)劃。

設(shè)聲吶浮標(biāo)投放存活率為Pch,與目標(biāo)接觸概率為Pjc,則聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量nxh為

(3)

為找出聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量與潛艇航速線性對(duì)應(yīng)關(guān)系,可將式(3)中弦長(zhǎng)運(yùn)算轉(zhuǎn)換為弧長(zhǎng)運(yùn)算,則聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量nxh可近似表示為

(4)

式中:dfd為相鄰浮標(biāo)間距，km;θ為浮標(biāo)陣扇面角，°。

設(shè)定聲吶浮標(biāo)投放存活率Pch和目標(biāo)接觸概率Pjc均為0.8,浮標(biāo)作用距離rfb為2km,潛艇航速vqt分別為6kn和8kn,浮標(biāo)陣扇面角θ分別為90°、120°、180°,則聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量與相鄰浮標(biāo)間距對(duì)應(yīng)關(guān)系分別如圖6、圖7和表2所示。

圖6 潛艇速6kn時(shí)聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量

圖7 潛艇航速8kn時(shí)聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量

上述分析可知,目標(biāo)航速一定時(shí),聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量與保持和(或)恢復(fù)接觸的浮標(biāo)陣半徑無關(guān),與目標(biāo)航速成正比,與相鄰浮標(biāo)間距成反比。因此,根據(jù)潛艇對(duì)應(yīng)航速跟蹤就可求得聲吶浮標(biāo)消耗量和所需反潛巡邏機(jī)數(shù)量[7]。

表2 聲吶浮標(biāo)單位時(shí)間消耗量

反潛巡邏機(jī)跟蹤持續(xù)時(shí)間主要取決于:攔截型浮標(biāo)陣保持接觸概率、包圍型浮標(biāo)陣恢復(fù)接觸概率、目標(biāo)機(jī)動(dòng)及水聲對(duì)抗情況以及浮標(biāo)陣半徑大小等。其中,浮標(biāo)陣半徑越大,跟蹤的期望時(shí)間越長(zhǎng)。

3.3 對(duì)潛跟蹤效率

(5)

(6)

式中:Pbj為保持接觸概率,即目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率;Phj為恢復(fù)接觸概率;Rfb表示為恢復(fù)接觸布設(shè)包圍型浮標(biāo)陣的半徑;Dd為相鄰浮標(biāo)陣間距;vqt為潛艇航速。

(7)

式中:Phj為與潛艇恢復(fù)接觸概率,通常情況下恢復(fù)接觸概率要高于保持接觸概率。

(8)

相鄰浮標(biāo)陣間距Dd應(yīng)滿足:

2rfb≤Dd≤vqt·tjc

(9)

圖8 平均跟蹤時(shí)間與相鄰浮標(biāo)間距對(duì)應(yīng)關(guān)系

計(jì)算表明,根據(jù)潛艇航速確定浮標(biāo)陣半徑后,反潛巡邏機(jī)平均跟蹤時(shí)間和對(duì)潛跟蹤概率,都隨著潛艇航速的增大而增大。當(dāng)潛艇航速變化時(shí),浮標(biāo)消耗量的變化量基本相同。因此,對(duì)潛跟蹤時(shí)可采用相同的浮標(biāo)陣半徑,可降低反潛巡邏機(jī)機(jī)動(dòng)強(qiáng)度和組織難度。同時(shí),為節(jié)省浮標(biāo)數(shù)量,浮標(biāo)陣在180°以內(nèi)扇面布設(shè),即可使得對(duì)潛跟蹤時(shí)間充足。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)反潛巡邏機(jī)使用被動(dòng)全向聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤問題,分析了聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤布設(shè)方式,研究了聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤方法,探討了反潛巡邏機(jī)使用聲吶浮標(biāo)對(duì)潛跟蹤的全過程,并進(jìn)行相應(yīng)戰(zhàn)術(shù)計(jì)算,對(duì)幾類跟蹤指標(biāo)進(jìn)行仿真分析,得出結(jié)論,為反潛巡邏機(jī)對(duì)潛跟蹤研究提供參考依據(jù)。

[1] 滕俊,邵曉方,吳昊. 潛艇跟蹤過程中聲吶浮標(biāo)的作戰(zhàn)使用[J]. 艦船科學(xué)技術(shù),2012,34(8):90-94.

[2] 楊日杰,周旭,曾海燕.被動(dòng)全向聲納浮標(biāo)跟蹤潛艇的優(yōu)化布放方法[J]. 指揮控制與仿真,2011,33(5):80-94.

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Submarine Tracking Method of Anti-submarine Patrol AircraftUsing Passive Omni-directional Sonobuoy

WANG Xin-wei, YIN Cheng-yi

(Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

According to submarine tracking problem of the anti-submarine patrol aircraft using passive omni-directional sonobuoy, this paper discusses the layout of sonobuoy for tracking submarine, studies the method of sonobuoy for tracking submarine, analyses the whole process of tracking submarine for anti-submarine patrol aircraft using sonobuoys, takes the simulation analysis for tracking index, gives out the result as the chart or table, provides the reference for the research of tracking submarine for anti-submarine patrol aircraft.

anti-submarine patrol aircraft； sonobuoy； submarine tracking

2017-03-15

王新為(1988-),男,江蘇泰興人,博士研究生,研究方向?yàn)檐娛逻\(yùn)籌、艦載武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用。 尹成義(1977-),男,博士,副教授。

1673-3819(2017)03-0060-04

TJ67；E925.4

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.03.013

修回日期： 2017-04-07