韓 強(qiáng)，李居偉，呂 收

（海軍航空大學(xué)，山東 青島 266041）

水下預(yù)警探測(cè)是反潛作戰(zhàn)的重要一環(huán)。美軍先后建立的固定分布式系統(tǒng)（FDS）、先進(jìn)可部署系統(tǒng)（ADS）等水下預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)[1]，可使其反潛作戰(zhàn)中心（ASWOC）具備強(qiáng)大的水下作戰(zhàn)能力[2]。我國(guó)岸基水聲警戒系統(tǒng)建設(shè)起步較晚[3]，應(yīng)加快對(duì)其作戰(zhàn)使用研究的進(jìn)度。隨著水下預(yù)警探測(cè)和反潛魚(yú)雷技術(shù)的不斷進(jìn)步，在水下聲吶探測(cè)條件允許的情況下，直接攻潛作戰(zhàn)將是1 種新型反潛作戰(zhàn)樣式，值得深入研究。直接使用水中兵器進(jìn)行攻潛作戰(zhàn)，能夠增強(qiáng)水下預(yù)警系統(tǒng)的隱蔽性，增強(qiáng)水下火力打擊的突然性，進(jìn)而取得較好的攻潛作戰(zhàn)效能。

1 直接攻潛兵力和基本條件

綜合考慮各類反潛平臺(tái)的固有特點(diǎn)，空中反潛平臺(tái)應(yīng)是實(shí)施直接攻潛作戰(zhàn)的首選兵力。文獻(xiàn)[4]開(kāi)展了水下預(yù)警體系建模與仿真，研究了航空反潛兵力配置等反潛作戰(zhàn)問(wèn)題。文獻(xiàn)[5]研究了水下預(yù)警探測(cè)聲吶基陣與反潛兵力融合運(yùn)用中的作戰(zhàn)指揮、信息溝通和兵力使用問(wèn)題，提出了在航空反潛兵力、水面反潛艦艇、反潛潛艇3種兵力中，航空反潛兵力是與水下預(yù)警探測(cè)聲吶基陣進(jìn)行融合運(yùn)用的最佳兵力。這是由于通常在掌握制空權(quán)的情況下，航空反潛兵力的作戰(zhàn)行動(dòng)一般不會(huì)受到火力威脅，常處于非對(duì)稱對(duì)抗的優(yōu)勢(shì)狀態(tài)，飛機(jī)與岸上實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)絡(luò)和信息共享也相對(duì)容易。

然而，水下預(yù)警條件下的直接攻潛作戰(zhàn)必須滿足一定條件才能進(jìn)行。貿(mào)然使用武器，若無(wú)法準(zhǔn)確迅速達(dá)成作戰(zhàn)目標(biāo)，必然會(huì)引起敵潛艇警覺(jué)對(duì)抗，對(duì)后續(xù)跟蹤攻擊將造成不利影響。能否直接做出使用攻潛武器的基本判定，須基于對(duì)預(yù)期攻擊效果的評(píng)估。因此，實(shí)施直接火力攻潛前，應(yīng)首先進(jìn)行預(yù)先攻潛效果評(píng)估，在判定能夠取得較好效果的前提下實(shí)施，才能避免打草驚蛇，不致貽誤戰(zhàn)機(jī)。

本文主要研究水下預(yù)警條件下，假設(shè)能夠順利開(kāi)展直接攻潛作戰(zhàn)，該戰(zhàn)法對(duì)水下預(yù)警探測(cè)能力和魚(yú)雷使用方式的基本要求。通過(guò)建立融合水文環(huán)境信息的攻潛作戰(zhàn)效果評(píng)估模型，開(kāi)展空中反潛平臺(tái)在水下聲吶探測(cè)基陣目標(biāo)指示下的攻潛效果仿真分析，根據(jù)攻潛效果分析結(jié)論，總結(jié)歸納實(shí)施空投魚(yú)雷直接攻潛作戰(zhàn)使用方法。

2 攻潛效能評(píng)估

在魚(yú)雷攻潛效能評(píng)估方法中，通常以空投魚(yú)雷的攻潛命中概率為評(píng)估指標(biāo)[6]。本文采用與文獻(xiàn)[7]相似的模擬法建立效能評(píng)估模型。不同的是，文獻(xiàn)[7]根據(jù)魚(yú)雷技戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo)，事先確定不同態(tài)勢(shì)下對(duì)某種艦艇的自導(dǎo)作用距離，采用數(shù)據(jù)表格形式代入模擬法仿真過(guò)程，這一處理過(guò)于簡(jiǎn)單且理想化，而魚(yú)雷自導(dǎo)作用距離對(duì)攻潛效果影響至為重要[8-9]。本文也參考了文獻(xiàn)[10]的研究方法和結(jié)論，將戰(zhàn)場(chǎng)水文環(huán)境條件引入魚(yú)雷目標(biāo)檢測(cè)過(guò)程，以增強(qiáng)模擬法效能評(píng)估的可信度。

魚(yú)雷攻潛效能評(píng)估基本過(guò)程如下：首先，輸入作戰(zhàn)區(qū)域聲速曲線，進(jìn)而計(jì)算傳播損失，建立不同聲源深度的聲場(chǎng)參數(shù)；然后，根據(jù)聲吶基陣給出的水下目標(biāo)定位精度，模擬目標(biāo)潛艇的初始位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；最后，進(jìn)行空投魚(yú)雷攻潛過(guò)程的全彈道模擬[11]。

在攻潛過(guò)程全彈道模擬中，魚(yú)雷按照既定的圖形彈道進(jìn)行搜索，不斷依據(jù)相對(duì)位置關(guān)系，采用已經(jīng)建立的聲場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)進(jìn)行判定，進(jìn)而進(jìn)行命中目標(biāo)的判定。若魚(yú)雷命中，則完成1 次模擬攻擊。在此基礎(chǔ)上，采用蒙特卡洛法計(jì)算命中概率。計(jì)算流程圖，如圖1所示。

圖1 空投魚(yú)雷命中概率計(jì)算流程圖Fig.1 Flowchart of the calculation of torpedo hit probability

2.1 水文環(huán)境模擬

在魚(yú)雷攻潛作戰(zhàn)仿真中引入水文環(huán)境的模擬，將魚(yú)雷的目標(biāo)搜索能力與傳播損失及聲速梯度相互關(guān)聯(lián)，能夠反映出水下環(huán)境的復(fù)雜程度對(duì)魚(yú)雷攻擊效果的影響，提升攻潛過(guò)程仿真的逼真度。

采用以射線聲學(xué)理論為基礎(chǔ)的Bellhop模型[12]，根據(jù)海區(qū)聲速梯度進(jìn)行聲場(chǎng)傳播損失計(jì)算[13]，為魚(yú)雷自導(dǎo)系統(tǒng)在攻潛過(guò)程中進(jìn)行目標(biāo)信號(hào)檢測(cè)提供聲場(chǎng)條件。某典型條件下，深度60 m聲源形成的聲場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，如圖2所示。

圖2 典型條件下聲場(chǎng)計(jì)算結(jié)果Fig.2 Calculation results of the sound field under a kind of typical condition

2.2 目標(biāo)模擬

目標(biāo)定位精度的分析與建模是攻潛作戰(zhàn)效能評(píng)估的第1 步。水下基陣在測(cè)量目標(biāo)參數(shù)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致位置、航向、速度等參數(shù)產(chǎn)生一定誤差，其中：深度、航向與速度是一維參數(shù)，一般可認(rèn)為它們的誤差服從正態(tài)分布；目標(biāo)水平位置則是二維參數(shù)，一般認(rèn)為位置誤差服從二維正態(tài)分布[14，16]。此外，目標(biāo)水聲特性模擬也值得關(guān)注。

本文主要采用文獻(xiàn)[17-18]的研究成果，模擬魚(yú)雷在主動(dòng)工作模式下的目標(biāo)強(qiáng)度與入射波舷角的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 目標(biāo)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果Fig.3 Calculation results of target intensity

2.3 魚(yú)雷模擬

空投魚(yú)雷的模擬主要包括空投散布和水下彈道的模擬。本文采用與文獻(xiàn)[7][14]類似的方法，建立了魚(yú)雷入水點(diǎn)散布模型和三維運(yùn)動(dòng)學(xué)水下彈道，并實(shí)現(xiàn)了彈道可視化[15]。不同之處在于本文對(duì)魚(yú)雷目標(biāo)檢測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn)——引入了水聲環(huán)境因素，即利用上文中的聲場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，在魚(yú)雷搜索過(guò)程中不斷檢測(cè)聲波信號(hào)余量，進(jìn)而完成發(fā)現(xiàn)目標(biāo)判定。典型魚(yú)雷彈道模擬結(jié)果，如圖4所示。

圖4 典型魚(yú)雷彈道模擬結(jié)果Fig.4 Simulation results of the typical torpedo trajectory

3 仿真分析

影響水下預(yù)警條件下的直接魚(yú)雷攻潛命中概率的主要因素有：目標(biāo)定位誤差、載機(jī)投雷距離、投雷方位角和魚(yú)雷初始搜索深度等。投雷距離是魚(yú)雷投放瞄準(zhǔn)點(diǎn)和目標(biāo)散布中心的距離；投雷方位角是指魚(yú)雷投放瞄準(zhǔn)點(diǎn)和目標(biāo)散布中心的連線與目標(biāo)航向的相對(duì)夾角。上述相關(guān)概念定義，如圖5所示。

圖5 投雷參數(shù)示意圖Fig.5 Sketch of torpedo launch parameters

利用上文中仿真模型，對(duì)以上影響因素的作用規(guī)律進(jìn)行仿真分析。魚(yú)雷自導(dǎo)作用距離根據(jù)2.2節(jié)中的水聲傳播損失計(jì)算得到，其他參數(shù)在下文具體仿真結(jié)果中給出。

3.1 水下聲吶基陣目標(biāo)定位精度對(duì)攻潛命中概率的影響

水下聲吶基陣對(duì)目標(biāo)的定位精度直接影響攻潛命中概率。仿真分析水深分別為300 m 和120 m，投雷距離500 m時(shí)，不同定位精度對(duì)命中概率的影響，結(jié)果如圖6所示。此處，定位誤差是指目標(biāo)水平位置按照正態(tài)分布誤差規(guī)律，3倍的均方差范圍。

圖6 不同水深條件下，目標(biāo)定位誤差對(duì)攻潛命中概率的影響Fig.6 Influence of target location error on torpedo hit probability in different water depths

圖6 表明，魚(yú)雷命中概率隨目標(biāo)定位誤差的減小而增加，符合初步預(yù)期。同時(shí)，目標(biāo)定位誤差小于1 500 m 時(shí)，命中概率較高，且攻擊效果變化不大。但目標(biāo)定位誤差在1 500 ～2 000 m 的范圍內(nèi)時(shí)，攻潛命中概率隨目標(biāo)定位誤差變化幅度較大，呈加速下降趨勢(shì)。當(dāng)目標(biāo)定位誤差大于2 000 m 時(shí)，命中概率急劇下降。

3.2 投雷距離對(duì)攻潛命中概率的影響

投雷距離表示的是投雷瞄準(zhǔn)點(diǎn)與目標(biāo)散布中心的位置關(guān)系。仿真分析水深300 m 時(shí)，目標(biāo)定位誤差分別在2 000 m和1 000 m條件下，投雷距離對(duì)攻潛命中概率的影響，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同目標(biāo)誤差條件下，投雷距離對(duì)攻潛命中概率的影響Fig.7 Influence of launch distance on torpedo hit probability under different target location errors

圖7 表明，在目標(biāo)定位誤差較大（2 000 m）時(shí)，投雷距離與攻潛命中概率的關(guān)系為：投雷距離越近，攻潛命中概率越大；但是，當(dāng)投雷距離小于600 m 時(shí)，則攻擊效果變化不大。而當(dāng)在目標(biāo)定位誤差較?。? 000 m）時(shí)，投雷距離小于500 m 的情況下，命中概率反而降低，命中概率最高出現(xiàn)在投雷距離500 ～600 m 時(shí)。

3.3 投雷方位角對(duì)攻潛命中概率的影響

水深300 m，目標(biāo)定位誤差為2 000 m，載機(jī)投雷距離為1 000 m，投雷航向正北時(shí)，投雷方位角與攻潛命中概率的關(guān)系，如圖8所示。

圖8 中，魚(yú)雷入水開(kāi)始回旋搜索后的轉(zhuǎn)向方向與目標(biāo)中心位置完全背離，不能第一時(shí)間對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)方向，命中概率較低。

圖8 不同魚(yú)雷默認(rèn)搜索轉(zhuǎn)向時(shí)，投雷方位角對(duì)攻潛命中概率的影響Fig.8 Influence of launch azimuth on torpedo hit probability under different torpedo default search directions

3.4 魚(yú)雷初始搜索深度對(duì)攻潛命中概率的影響

水深300 m，目標(biāo)定位誤差為2 000 m，載機(jī)投雷距離為1 000 m，投雷方位角45°時(shí)，在不同目標(biāo)潛艇深度條件下，魚(yú)雷初始搜索深度對(duì)攻潛命中概率的影響，如圖9所示。

圖9 目標(biāo)深度不同時(shí)，魚(yú)雷初始搜索深度對(duì)攻潛命中概率的影響Fig.9 Influence of initial search depth on torpedo hit probability under different target water depths

圖9表明，目標(biāo)深度較淺（50 m）時(shí)，魚(yú)雷初始搜潛深度與目標(biāo)深度相近，則攻潛命中概率較高。當(dāng)目標(biāo)靠近海底（250 m）時(shí)，魚(yú)雷初始搜索深度應(yīng)稍小于目標(biāo)深度，攻擊效果更好。

4 結(jié)論

在水下聲吶探測(cè)系統(tǒng)支持下，航空反潛兵力開(kāi)展直接攻潛是1 種基本可行的作戰(zhàn)方式，進(jìn)一步補(bǔ)充了航空反潛的作戰(zhàn)樣式，有利于探索水下防御新方法。

但實(shí)施過(guò)程中須注意以下幾點(diǎn)：1）水下預(yù)警聲吶基陣的目標(biāo)定位精度須達(dá)到一定水平，直接武器攻潛才能取得較好的效果；2）合理選擇魚(yú)雷的投放位置（包括投雷距離和方位），以期取得更好效果；3）一般情況下，魚(yú)雷初始搜索深度設(shè)定應(yīng)與目標(biāo)深度相同，但在接近目標(biāo)海底時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小，如魚(yú)雷初始搜索深度應(yīng)在目標(biāo)深度20 ～50 m 以上，這樣可提高攻潛命中概率。