譚安勝， 王新為， 尹成義

(海軍大連艦艇學院艦船指揮系，遼寧 大連 116018)

0 引言

所謂區(qū)域搜索，就是對指定的海域進行有組織的檢查，目的在于發(fā)現(xiàn)敵潛艇，消滅發(fā)現(xiàn)的敵潛艇或對其進行跟蹤[1-2]。反潛巡邏機使用磁探儀在指定海域對潛搜索前，需要進行作戰(zhàn)籌劃工作，進行作戰(zhàn)籌劃的基礎數(shù)據之一是磁探儀有效搜索寬度，而磁探儀有效搜索寬度是敵潛艇潛航深度的函數(shù)，敵潛艇潛航深度對搜索者來說是模糊的，具有不確定性。傳統(tǒng)的磁探儀有效搜索寬度是根據確定的敵潛艇潛航深度計算的，與實際情況不符。磁探儀有效搜索寬度又是搜索效能評估的基礎，搜索效能評估結果又是搜索方法優(yōu)化的依據。因此，研究反潛巡邏機使用磁探儀進行區(qū)域搜索問題時，必須從磁探儀有效搜索寬度入手。

1 磁探儀有效搜索寬度

如圖1所示，設反潛巡邏機搜索飛行高度為ha，磁探儀最大作用距離為dc，則一架反潛巡邏機使用磁探儀對潛航深度為hq的潛艇搜索時，其搜索寬度W可表示為

(1)

在保持磁探儀有效工作的最大搜索飛行速度下，要想提高搜索效率，必須保持較大的搜索寬度。顯然，反潛巡邏機的飛行高度越低越好。設反潛巡邏機的最低安全飛行高度為hamin，則反潛巡邏機使用磁探儀對處于深度為hq的潛艇搜索時的最大搜索寬度為

(2)

從式(2)可以看出：對于確定的磁探儀，當反潛巡邏機在最低安全飛行高度搜索時，不同的潛艇航行深度，其最大搜索寬度也是不同的。

表1給出了當磁探儀最大作用距離為400 m時，反潛巡邏機搜索寬度W隨潛艇航行深度和反潛巡邏機搜索飛行高度的變化規(guī)律。

圖1 磁探儀搜索寬度示意圖Fig.1 The search width of magnetic anomaly detector

表1 磁探儀搜索寬度變化規(guī)律

從表1可以看出：對處于某一潛航深度的潛艇，反潛巡邏機飛行高度越低，其搜索寬度越大；當反潛巡邏機的搜索飛行高度一定時，潛艇潛航深度越深，搜索寬度越小。所以，反潛巡邏機在使用磁探儀對潛進行搜索時，應當在盡可能低的高度飛行，盡可能低的飛行高度應當是不低于反潛巡邏機的最小允許飛行高度，這對訓練提出了更高的要求。

如圖2所示，以反潛巡邏機磁探儀光泵探頭為坐標原點，建立xoy直角坐標系，x軸鉛垂向下。

圖2 磁探儀平均搜索寬度分析示意圖

設敵潛艇可能的航行深度范圍為[hq1,hq2]，則有

(3)

假設敵潛艇潛航深度在[hq1,hq2]范圍內均勻分布，當x1≤x≤x2，即ha+hq1≤x≤ha+hq2時，平均弦長M[L]為

(4)

將式(3)代入式(4)并整理得M[L]=

(5)

表2磁探儀平均搜索寬度變化規(guī)律

Table2Theaveragesearchwidthchangeruleofmagneticanomalydetectorm

飛行高度潛艇航深范圍[hq1,hq2][50,80][80,110][110,140][140,170][170,200][50,100][100,150][150,200][50,150][100,200]60759.7737.2709.0674.2631.9752.4708.5646.3730.4677.4100728.5698.2661.1615.9560.7718.6660.5579.5689.5620.0150674.2631.9580.4516.8435.9660.5579.5463.6620.0521.6200598.8539.6465.4366.6204.2579.5463.6261.6521.6362.6300324.4---261.6---400-

從表2中可以看出：在相同的敵潛艇航深范圍內，反潛巡邏機的飛行高度越低，在深度上的覆蓋范圍越廣，平均搜索寬度越大。因此，實際作戰(zhàn)中，應當根據搜索海區(qū)情況、潛艇特性、反潛巡邏機的飛行特性以及對發(fā)現(xiàn)目標概率的要求來選擇反潛巡邏機的飛行高度，使磁探儀的探測范圍最大程度覆蓋潛艇所有可能活動深度和更大的搜索寬度。

潛艇進入反潛巡邏機磁探儀搜索寬度范圍內，是否被“發(fā)現(xiàn)”帶有偶然性。潛艇被“發(fā)現(xiàn)”這一事件可用“平均概率”來表示，亦可稱為獲得概率，或正確分類接觸概率，或正確判明接觸概率，或正確接觸目標概率，為了便于表達簡稱為“接觸概率”[1]，用pcjc表示,顯然pcjc是一個條件概率，即在確定接觸的條件下正確判明接觸的概率，其大小與訓練水平有關。則一架反潛巡邏機對處于深度為hq和處于深度范圍為[hq1,hq2]的潛艇的有效搜索寬度Wyx分別為

Wyx=

(6)

磁探儀有效搜索寬度取決于它的靈敏度、潛艇的磁場強度、反潛巡邏機的飛行高度、潛艇航行的深度等因素，顯然，前兩個因素體現(xiàn)在dc中。

搜索者單位時間內的有效搜索面積稱為搜索效率[1]。則一架反潛巡邏機使用磁探儀對處于深度為hq和處于深度范圍為[hq1,hq2]的潛艇的搜索效率Uc分別為

(7)

2 磁探儀搜索方法

反潛巡邏機使用磁探儀在指定區(qū)域搜索時，根據指定搜索區(qū)域的大小、巡邏時間、參加搜索的反潛巡邏機的數(shù)量，可采用平行搜索法、多平行段搜索法兩種基本搜索方法,如圖3所示。反潛巡邏機飛行的高度應使得搜索寬度盡可能大。

圖3 磁探儀搜索方法示意圖

為了能夠在搜索過程中覆蓋敵潛艇在深度上可能的分布，提高發(fā)現(xiàn)潛艇的概率，反潛巡邏機相鄰搜索帶應有一定的重疊，如圖4所示。

圖4 相鄰搜索帶重疊系數(shù)分析示意圖

重疊系數(shù)的大小應當滿足：1)反潛巡邏機飛行安全的要求，即相鄰兩架反潛巡邏機之間的間距應不小于最低安全飛行間距；2)高搜索效率的要求，即相鄰兩架反潛巡邏機形成的搜索帶寬度應盡可能大；3)高發(fā)現(xiàn)概率的要求，即處于相鄰兩架反潛巡邏機之間的潛艇，在可能深度分布范圍[hq1,hq2]內難以擺脫搜索。

根據上述分析可知，對處于潛航深度分布范圍為[hq1,hq2]的潛艇進行搜索時，相鄰反潛巡邏機之間的間距ΔW應不大于hq2對應的搜索寬度，即

ΔW≤W(hq2)

(8)

考慮實際作戰(zhàn)中使用的方便，ΔW可以磁探儀的最大探測距離dc為單位來表示，即ΔW=kdc。根據表1和表2的數(shù)據分析可知,k∈[1,1.5]。

2.1 單機搜索方法

單架反潛巡邏機使用磁探儀進行區(qū)域搜索時，應采用多平行段搜索法，即單機多平行段搜索法，如圖5所示。

圖5 單機多平行段搜索示意圖

反潛巡邏機沿搜索區(qū)的長邊(或短邊)飛行，各平行段之間的間距為ΔW=kdc,k∈[1,1.5]，搜索飛行高度應根據反潛巡邏機的飛行性能、海域深度、潛艇可能的航行深度范圍具體確定；搜索飛行速度應根據反潛巡邏機的飛行性能和磁探儀的性能具體確定；轉彎時的橫傾角應當根據各平行段之間的間距、反潛巡邏機的轉彎半徑和機組人員操作的舒適度綜合確定。

單機多平行段搜索法主要是對范圍較小的指定海域實施搜索,如果指定海域范圍較大，應使用多架反潛巡邏機進行搜索。

2.2 多機搜索方法

當指定的海域范圍較大，單架反潛巡邏機在最大巡邏時間內無法完成搜索任務，或在給定的時間內無法完成任務時就需要多機搜索。多機搜索法可分為多機平行搜索法和分區(qū)多平行段搜索法。

如果反潛巡邏機的數(shù)量能夠保證一次覆蓋指定的搜索區(qū)域，則可以采用多機平行搜索法，如圖3a所示。否則，應將指定的搜索區(qū)劃分成幾個子區(qū)域，分配反潛巡邏機在各自的子區(qū)域內采用多平行段搜索法，這種方法可稱之為分區(qū)多平行段搜索法，如圖3b所示。每個子區(qū)域的大小應當根據反潛巡邏機的數(shù)量具體確定，通常情況下，各飛行段應平行于子區(qū)域的長邊。為提高反潛巡邏機轉至下一個搜索航段時的安全性，所有反潛巡邏機應同步朝一個方向轉向。

3 磁探儀得到接觸后行動

磁探儀得到接觸后，為了對接觸進行高可信度的識別，可以使用兩種方法,即借助浮標識別和借助磁探儀識別。當海況小于5級時，通常應借助浮標識別；當海況超過5級時，僅能使用磁探儀進行識別。

3.1 使用磁探儀進行識別

借助磁探儀對接觸進行高可信度識別時，反潛巡邏機可通過一次轉向法或兩次轉向法進行，如圖6所示。一次轉向法是指，搜索過程中反潛巡邏機磁探儀第一次得到接觸后，立即轉向270°(左轉或右轉)第二次駛向接觸點，如圖6a所示；兩次轉向法是指，搜索過程中反潛巡邏機磁探儀第一次得到接觸后，立即連續(xù)兩次轉向180°(左轉或右轉)第二次駛向接觸點，如圖6b所示。

圖6 磁探儀對接觸識別方法示意圖

反潛巡邏機第二次駛向接觸點時，若磁探儀獲得接觸，機組人員應力爭得到連續(xù)的磁接觸。如果反潛巡邏機沒有獲得接觸，則以首次磁接觸點為中心，根據延遲時間計算目標可能的分布范圍，反潛巡邏機在目標可能分布區(qū)內使用磁探儀進行平行搜索，如圖7所示。如在目標可能分布區(qū)內沒有得到接觸，反潛巡邏機在搜索區(qū)內繼續(xù)搜索。

圖7 磁探儀在目標可能分布區(qū)內平行搜索

3.2 使用浮標進行識別

借助浮標對接觸進行高可信度識別時，反潛巡邏機可通過布設相互重疊的包圍型浮標陣進行。包圍型浮標陣可布設成十字陣或三角陣，如圖8所示。布陣時，應將磁探儀先前探測的可疑敵潛艇位置點置于浮標陣的中心。布設十字陣時，應使在浮標陣中心兩側浮標之間的間距等于1.5dc～2dc，如圖8a所示。布設三角陣時，應使浮標陣中任意兩個浮標之間的間距等于1.5dc～2dc，如圖8b所示。

圖8 對接觸識別浮標陣

布設的被動聲吶浮標接收到噪聲后即發(fā)出信號，反潛巡邏機接收到信號后，需要再布設包圍型浮標陣。如果又一次接收到噪聲信號，則向指揮員報告并通報其他反潛巡邏機發(fā)現(xiàn)了潛艇，同時確定其運動要素。

3.2.1 十字陣布陣方法

反潛巡邏機使用磁探儀對潛搜索第一次得到接觸點后，若決定使用聲吶浮標十字陣對接觸進行高可信度的識別，則十字陣的布陣方法可基于第1枚浮標的投放時機分為兩種：一是即時布陣法(或稱為點后布陣法)；二是延時布陣法(或稱為點前布陣法)。

即時布陣法是指，在磁探儀得到接觸后，根據計算的時間適時布設第1枚浮標。這種布陣方法，實質上是在反潛巡邏機飛過接觸點后開始布設第1枚浮標，所以也可稱為點后布陣法。

延時布陣法是指，在磁探儀得到接觸后，轉向270°，根據計算的至再次獲得接觸點的時間布設第1枚浮標。這種布陣方法，實質上是在反潛巡邏機飛至再次獲得接觸點之前開始布設第1枚浮標，所以也可稱為點前布陣法。

在實際作戰(zhàn)中，磁探儀第一次得到接觸后，要么采用即時布陣法，要么采用延時布陣法布設十字陣。通常情況下，可根據機組人員的訓練水平進行選擇。如果機組人員的反應時間滿足即時布陣法布設第1枚浮標的時間要求，則采用即時布陣法；否則，應采用延時布陣法。

3.2.1.1 十字陣即時布陣法

十字陣即時布陣法如圖9所示。設反潛巡邏機于t0時刻得到接觸。如果得到接觸后，機組人員的反應時間沒有超過Δt1=kdc/2va，則可根據計算的時間布設第1枚浮標。

圖9 十字陣即時布陣法

3.2.1.2 十字陣延時布陣法

十字陣延時布陣法如圖10所示。

圖10 十字陣延時布陣法

3.2.2 三角陣布陣方法

三角陣布陣方法如圖11所示。反潛巡邏機使用磁探儀對潛搜索第一次得到接觸點后，若決定使用聲吶浮標三角陣對接觸進行高可信度的識別，應立即投放第1枚浮標，隨后左(或右)轉按計算的時間投放第2枚和第3枚浮標。

圖11 三角陣布陣方法

使用“三角陣”有以下優(yōu)點。

1) 可在獲得接觸后立即布設浮標，布陣過程中反潛巡邏機轉彎次數(shù)少。同時，聲吶浮標能較早地獲得與目標的接觸，浮標探測范圍重疊面積大。

2) 能夠節(jié)約搜索中用于識別的浮標數(shù)量、節(jié)省時間、較少地降低磁探儀搜索的效率。

另外，當多架反潛巡邏機組成編隊使用磁探儀采用平行搜索法搜索時，可設置一架專門用于識別的反潛巡邏機，其應位于搜索編隊的后方，高于搜索編隊的飛行高度。當搜索編隊的磁探儀獲得接觸時，識別機即可對接觸進行識別，這時搜索編隊可進行連續(xù)搜索且不降低搜索效率。

4 發(fā)現(xiàn)潛艇的概率

設N架反潛巡邏機在面積為S的搜索區(qū)內，采用平行搜索方法搜索了TS時間，浮標對目標的識別概率為Pfjc，根據上述分析結果，反潛巡邏機發(fā)現(xiàn)潛艇的概率Pc為[3-4]

(9)

將式(7)代入得

(10)

設N架反潛巡邏機在面積為S的搜索區(qū)內，采用多平行段搜索方法對潛艇進行搜索，每個搜索航段的長度為Lc，共有nc個航段，浮標對目標的識別概率為Pfjc，反潛巡邏機發(fā)現(xiàn)潛艇的概率Pc為

(11)

應當注意的是，當使用磁探儀對接觸進行識別時，式(10)和式(11)中的Pfjc取1。

5 結束語

使用磁探儀對潛搜索具有隱蔽性好、不受海洋噪聲干擾且可靠性和定位精度較高等優(yōu)點，但其探測作用距離有限。因此，磁探儀通常在敵潛艇機動受限的不大或狹窄的海域使用，或當海況不允許使用其他搜索器材，或為了節(jié)省其他搜索器材時使用[5-6]。本文提出了平均搜索寬度的概念，建立了磁探儀平均搜索寬度計算模型；提出了反潛巡邏機磁探儀區(qū)域搜索的“兩類三種”搜索方法，以及得到接觸后的“兩類四種”行動方法；給出了反潛巡邏機使用磁探儀在指定區(qū)域搜索發(fā)現(xiàn)潛艇概率計算模型。應當注意的是，反潛巡邏機本身也是一個磁源，包括永久磁場、感應磁場和渦流磁場，在其做機動飛行時，將對磁探儀產生干擾，這個干擾比磁探儀本機噪聲一般要大數(shù)百倍。所以，反潛巡邏機在到達預定海域使用磁探儀搜索之前，機組首先應當規(guī)劃磁補償飛行航線進行磁補償飛行，以獲取該海域的磁補償系數(shù)，確保磁探儀能正?？煽康靥綔y目標。