王新為,尹成義

(海軍大連艦艇學院,遼寧 大連 116018)

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反潛巡邏機使用被動全向聲吶浮標對潛跟蹤方法

王新為,尹成義

(海軍大連艦艇學院,遼寧 大連 116018)

針對反潛巡邏機使用被動全向聲吶浮標對潛跟蹤問題,探討了聲吶浮標對潛跟蹤布設方式,研究了聲吶浮標對潛跟蹤方法,分析了反潛巡邏機使用聲吶浮標對潛跟蹤的全過程,并進行相應戰(zhàn)術計算,重點對對潛跟蹤戰(zhàn)術指標進行仿真分析,以圖表的形式給出了相應結論,為反潛巡邏機對潛跟蹤研究提供參考依據(jù)。

反潛巡邏機;聲吶浮標;對潛跟蹤

對潛跟蹤,是反潛巡邏機與潛艇保持接觸和(或)在丟失接觸時恢復接觸的戰(zhàn)斗行動,是航空反潛行動的重要階段?？梢哉J為對潛跟蹤是搜潛的繼續(xù)、攻潛的前提。和平時期,反潛的任務只能是跟蹤,對發(fā)現(xiàn)任何的敵潛艇實施跟蹤;戰(zhàn)爭時期,為消滅或阻嚇敵潛艇,須適時對潛跟蹤。對潛跟蹤過程,就是不斷與目標接觸的過程,反潛巡邏機在搜索發(fā)現(xiàn)目標并識別定位后,即轉入對潛跟蹤。

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

1 浮標布設方式

反潛巡邏機使用被動全向聲吶浮標跟蹤時,主要用于概略跟蹤,跟蹤精度較低,該方法雖不能準確定位跟蹤,但可提供目標初始信息,后續(xù)可結合戰(zhàn)場態(tài)勢,加強研判。通常采用覆蓋陣、攔截陣兩種布放方式遂行對潛跟蹤任務。當目標通過覆蓋陣時,可根據(jù)陣內發(fā)現(xiàn)目標的浮標位置及時間等,概略判斷目標可能航速和航向;當目標通過攔截陣時,根據(jù)陣間浮標丟失接觸和恢復接觸的時間、發(fā)現(xiàn)目標的浮標間距離等信息,概略判斷目標航速和航行扇面,如圖1、圖2所示。反潛巡邏機使用被動全向浮標概略跟蹤后,應盡快使用其它探測載荷遂行精確跟蹤,以滿足攻擊條件,提高攻擊效果。

圖1 布設覆蓋陣對潛跟蹤示意圖

圖2 布設攔截陣對潛跟蹤示意圖

2 對潛跟蹤方法

反潛巡邏機使用被動全向聲吶浮標對潛跟蹤時,既可連續(xù)性跟蹤,也可周期性跟蹤。實際作戰(zhàn)中,應根據(jù)目標運動要素、飛機機動性能、浮標作用距離等要素,確定具體采用何種方法。

2.1 對潛連續(xù)性跟蹤

對潛連續(xù)性跟蹤是指反潛巡邏機與潛艇保持連續(xù)接觸。當目標航速較低和(或)飛機掛載浮標量足夠時,可采用該方法。該方法對潛接觸可靠性高,可持續(xù)聽測目標噪聲,隨時轉入攻擊,且恢復接觸時間短,但對高速目標保持接觸困難,要求反潛巡邏機頻繁機動,機組人員工作強度大。

連續(xù)性跟蹤時,應垂直于目標航路布放浮標陣。浮標陣間隔應能保證潛艇所經過的浮標陣能連續(xù)發(fā)現(xiàn)目標,且使反潛巡邏機從監(jiān)聽正與目標接觸的浮標到布放完下一道浮標陣的時間小于目標通過相鄰浮標間距的時間。相鄰浮標陣間隔一般不大于2rfb,陣內浮標間隔一般取1.5rfb～2rfb(rfb為浮標作用距離),如圖3所示[1]。陣內浮標數(shù)量主要取決于目標機動情況,通常目標航向不變或變化較小時,布設3～4枚浮標;目標航向變化較大時,應根據(jù)實際情況適時增加浮標數(shù)量。為避免丟失接觸,可在目標航向上布設至少2道浮標陣。若相鄰浮標陣均未發(fā)現(xiàn)目標,則認為丟失接觸。為恢復接觸,須布設包圍型浮標陣,浮標陣型及半徑主要由反潛巡邏機應召滯后時間決定。

2.2 對潛周期性跟蹤

對潛周期性跟蹤是指反潛巡邏機間隔一定時間對潛艇保持周期接觸。采用該方式,反潛巡邏機機動程度及機組人員工作強度較低,但難以隨時轉入攻擊,且接觸丟失后恢復接觸所消耗時間較長[2]。當目標航速較高或攜帶浮標數(shù)量有限,難以保持持續(xù)接觸時,可采取該方法。此時,相鄰浮標陣間距主要取決于目標航速、飛機機動性能和浮標作用距離等,浮標陣長度主要取決于目標機動范圍。通常,相鄰浮標線之間的距離取3rfb～5rfb,如圖4所示。

圖3 對潛連續(xù)性跟蹤示意圖

圖4 對潛周期性跟蹤示意圖

周期性跟蹤時,可根據(jù)實際情況布設攔截線。當目標航向不變,可在90°～120°扇面布設;當目標航向改變,則應擴大布放范圍,在180°扇面布設。需要注意的是,接觸的離散及陣內浮標數(shù)量的減小都會導致跟蹤概率的降低,而丟失接觸的增加將導致恢復接觸時間和浮標消耗量的增加[3]。因此,對潛周期性跟蹤時,應在保證聲吶浮標保有量的前提下,盡量布設滿足既定跟蹤概率的浮標陣,盡可能避免與目標丟失接觸[4]。

設相鄰浮標陣間距為Dd,目標最小航速為vqt min,則周期性跟蹤時的最大聽測中斷時間ta max為

(1)

若經過時間ta max后,目標還沒有進入下一道浮標陣的探測區(qū),認為丟失接觸,立即遂行恢復接觸。在目標最可能航行扇面,沿圓弧線或折線布設包圍浮標陣,以恢復接觸。為盡快恢復接觸,可在目標可能航行扇面內布設至少2道包圍型浮標陣。若仍未發(fā)現(xiàn)目標,認為目標丟失,反潛巡邏機立即遂行檢查搜索。

2.3 對潛跟蹤全過程

基于上述分析,在整個對潛跟蹤過程中,目標航速是反潛巡邏機使用聲吶浮標采用何種跟蹤方法的重要先決條件。根據(jù)目標航速的不同,反潛巡邏機對潛跟蹤過程應包括發(fā)現(xiàn)可疑信號、對可疑信號識別分類、保持目標連續(xù)性或周期性接觸、丟失接觸時恢復接觸等四個部分,如圖5所示。

圖5 反潛巡邏機對潛跟蹤全過程示意圖

3 對潛跟蹤戰(zhàn)術計算

在對反潛巡邏機使用聲吶浮標對潛跟蹤方法研究的基礎上,還需進行相應戰(zhàn)術計算,從而確定浮標陣大小、浮標實際消耗量以及對潛跟蹤效率。

3.1 浮標陣半徑

聲吶浮標陣半徑的大小主要與目標航速相關,目標航速越大浮標陣半徑越大,反之越小[5-6],其半徑增加量與目標航速增加量有關。假設潛艇提速時作勻加速運動,則聲吶浮標陣半徑Rfb可表示為:

(2)

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

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

表1 幾種典型情況下的浮標陣半徑/km

3.2 浮標單位時間消耗量

聲吶浮標單位時間消耗量,是反潛巡邏機遂行對潛跟蹤的重要指標,能夠反映單架或多架反潛巡邏機對潛跟蹤能力。該值可確定對潛跟蹤時的浮標投放數(shù)量(浮標陣布設數(shù)量)和反潛巡邏機出動架次及輪換方式,進而進行反潛巡邏機跟蹤持續(xù)時間規(guī)劃。

設聲吶浮標投放存活率為Pch,與目標接觸概率為Pjc,則聲吶浮標單位時間消耗量nxh為

(3)

為找出聲吶浮標單位時間消耗量與潛艇航速線性對應關系,可將式(3)中弦長運算轉換為弧長運算,則聲吶浮標單位時間消耗量nxh可近似表示為

(4)

式中:dfd為相鄰浮標間距，km;θ為浮標陣扇面角，°。

設定聲吶浮標投放存活率Pch和目標接觸概率Pjc均為0.8,浮標作用距離rfb為2km,潛艇航速vqt分別為6kn和8kn,浮標陣扇面角θ分別為90°、120°、180°,則聲吶浮標單位時間消耗量與相鄰浮標間距對應關系分別如圖6、圖7和表2所示。

圖6 潛艇速6kn時聲吶浮標單位時間消耗量

圖7 潛艇航速8kn時聲吶浮標單位時間消耗量

上述分析可知,目標航速一定時,聲吶浮標單位時間消耗量與保持和(或)恢復接觸的浮標陣半徑無關,與目標航速成正比,與相鄰浮標間距成反比。因此,根據(jù)潛艇對應航速跟蹤就可求得聲吶浮標消耗量和所需反潛巡邏機數(shù)量[7]。

表2 聲吶浮標單位時間消耗量

反潛巡邏機跟蹤持續(xù)時間主要取決于:攔截型浮標陣保持接觸概率、包圍型浮標陣恢復接觸概率、目標機動及水聲對抗情況以及浮標陣半徑大小等。其中,浮標陣半徑越大,跟蹤的期望時間越長。

3.3 對潛跟蹤效率

(5)

(6)

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

(7)

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

(8)

相鄰浮標陣間距Dd應滿足:

2rfb≤Dd≤vqt·tjc

(9)

圖8 平均跟蹤時間與相鄰浮標間距對應關系

計算表明,根據(jù)潛艇航速確定浮標陣半徑后,反潛巡邏機平均跟蹤時間和對潛跟蹤概率,都隨著潛艇航速的增大而增大。當潛艇航速變化時,浮標消耗量的變化量基本相同。因此,對潛跟蹤時可采用相同的浮標陣半徑,可降低反潛巡邏機機動強度和組織難度。同時,為節(jié)省浮標數(shù)量,浮標陣在180°以內扇面布設,即可使得對潛跟蹤時間充足。

4 結束語

本文針對反潛巡邏機使用被動全向聲吶浮標對潛跟蹤問題,分析了聲吶浮標對潛跟蹤布設方式,研究了聲吶浮標對潛跟蹤方法,探討了反潛巡邏機使用聲吶浮標對潛跟蹤的全過程,并進行相應戰(zhàn)術計算,對幾類跟蹤指標進行仿真分析,得出結論,為反潛巡邏機對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的作戰(zhàn)使用[J]. 艦船科學技術,2012,34(8):90-94.

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

[3] 楊日杰,周旭,張林琳.主動全向聲納浮標跟蹤潛艇優(yōu)化布放方法[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術,2011,33(10):2249-2253.

[4] 楊日杰,何友,孫明太.航空搜潛裝備搜潛范圍建模與仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學報,2003,15(11):1547-1549.

[5] 尤廷悅,謝國新,樊洪港.艦載直升機對潛跟蹤兵力需求研究[J]. 艦船電子工程,2009,29(8):45-47.

[6] 張智煒,徐遠新,昊濤.被動聲納浮標陣對潛跟蹤方法及定位能力研究[C].2009年系統(tǒng)仿真技術及其應用學術會議,2009:788-791.

[7] 丁松林,閆國玉.反潛巡邏線搜索中聲吶浮標發(fā)現(xiàn)概率的定量評估[J].艦船電子對抗,2005,28(5):31-32.

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,研究方向為軍事運籌、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