謝植廣　金彥豐　盧治強(qiáng)

(91388部隊(duì)　湛江　524022)

一種基于捕獲概率的水聲對(duì)抗器材投射策略評(píng)估方法*

謝植廣金彥豐盧治強(qiáng)

(91388部隊(duì)湛江524022)

摘要火箭助飛式水聲對(duì)抗器材投射策略十分重要，關(guān)系著水聲對(duì)抗的成敗。論文在分析火箭助飛式水聲對(duì)抗器材與魚雷的對(duì)抗過程和使用原則的基礎(chǔ)上，提出了一種基于魚雷捕獲概率的器材投射策略評(píng)估方法，通過統(tǒng)計(jì)水聲對(duì)抗器材被魚雷搜索扇面捕獲的概率，評(píng)估不同投射策略的優(yōu)劣，從中可得到相對(duì)最優(yōu)的投射策略。

關(guān)鍵詞對(duì)抗器材; 投射策略

Class Number

1引言

水面艦水聲對(duì)抗系統(tǒng)在反魚雷作戰(zhàn)、訓(xùn)練和試驗(yàn)時(shí)，首先魚雷報(bào)警聲納對(duì)魚雷進(jìn)行探測(cè)、報(bào)警，生成對(duì)抗方案，并向本艦指控系統(tǒng)上報(bào)，然后根據(jù)批復(fù)的方案或自主進(jìn)行對(duì)抗參數(shù)解算，將解算的控發(fā)參數(shù)發(fā)送給器材啟動(dòng)(發(fā)射)裝置，(啟動(dòng))發(fā)射對(duì)抗器材對(duì)魚雷實(shí)施對(duì)抗[1～2]。然而現(xiàn)實(shí)中存在下面情況：

首先，一般水聲對(duì)抗系統(tǒng)默認(rèn)工作方式為集中工作方式，需要指揮人員對(duì)上報(bào)的對(duì)抗方案進(jìn)行確認(rèn)、修改再下達(dá)執(zhí)行；同時(shí)，一些水聲對(duì)抗系統(tǒng)往往只針對(duì)魚雷報(bào)警時(shí)刻敵對(duì)雙方的對(duì)抗態(tài)勢(shì)和報(bào)警信息給出對(duì)抗方案，如果因?yàn)槟撤N原因錯(cuò)過了最佳對(duì)抗時(shí)刻，再采用其給出的方案已無法保證對(duì)抗有效，這時(shí)就需要指揮人員現(xiàn)場(chǎng)制定或修正方案進(jìn)行對(duì)抗。

其次，在水聲對(duì)抗系統(tǒng)對(duì)抗效果實(shí)航試驗(yàn)和日常訓(xùn)練中，需要提前了解一定態(tài)勢(shì)下不同對(duì)抗策略的對(duì)抗效果，這樣才能更好地進(jìn)行航路設(shè)計(jì)和優(yōu)化，減少無效航次的發(fā)生，最大限度地提高試驗(yàn)和訓(xùn)練效益。

因此，對(duì)指揮人員和水聲對(duì)抗崗位人員來說，了解和熟悉特定態(tài)勢(shì)下不同對(duì)抗策略，尤其是火箭助飛式水聲對(duì)抗器材的投射策略十分重要[3]。通常的做法是經(jīng)過復(fù)雜的彈道、機(jī)動(dòng)軌跡及聲學(xué)運(yùn)算來求其最優(yōu)解[4～6]，但約束條件過多、計(jì)算過于繁雜。本文在分析火箭助飛式水聲對(duì)抗器材與魚雷的對(duì)抗過程和使用原則的基礎(chǔ)上，提出了一種基于捕獲概率的火箭助飛式水聲對(duì)抗器材投射策略評(píng)估方法，根據(jù)對(duì)抗器材被魚雷自導(dǎo)扇面捕獲的概率，對(duì)不同報(bào)警距離上對(duì)抗器材的投射策略進(jìn)行評(píng)估，從中得到相對(duì)最優(yōu)的對(duì)抗策略。仿真結(jié)果表明該方法是有效的。

2火箭助飛式水聲對(duì)抗器材與魚雷的對(duì)抗過程[7～8]

火箭助飛式水聲對(duì)抗器材一般包括聲誘餌和干擾器。水聲對(duì)抗系統(tǒng)接到魚雷報(bào)警后，間隔一定的反應(yīng)時(shí)間，以一定的弦角和距離發(fā)射火箭助飛式水聲對(duì)抗器材與魚雷進(jìn)行對(duì)抗。如果對(duì)抗器材是聲誘餌，在未接到魚雷自導(dǎo)信號(hào)時(shí)，聲誘餌模擬艦艇輻射噪聲，引誘魚雷導(dǎo)向聲誘餌；在檢測(cè)到魚雷主動(dòng)尋的信號(hào)后，按一定的目標(biāo)強(qiáng)度、多普勒頻移和回波展寬，將模擬回波反射出去，引誘魚雷將其視為目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和攻擊。如果對(duì)抗器材是干擾器，則作為一個(gè)強(qiáng)噪聲目標(biāo)，對(duì)魚雷導(dǎo)引聲納進(jìn)行干擾和抑制，導(dǎo)致魚雷丟失目標(biāo)，之后魚雷又開始再搜索過程?；鸺w式對(duì)抗器材通過這種方式對(duì)魚雷進(jìn)行誘騙和干擾，消耗魚雷航程，掩護(hù)本艦規(guī)避，從而提高本艦生存概率。

3火箭助飛式水聲對(duì)抗器材的使用原則

為提高對(duì)抗成功概率，火箭助飛式水聲對(duì)抗器材的使用應(yīng)該遵循一些基本原則[7,9]：

1)通常情況下魚雷報(bào)警后經(jīng)過一定的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間后，才可發(fā)射對(duì)抗器材。對(duì)抗器材的發(fā)射方向和發(fā)射距離，主要原則一是保證對(duì)抗器材比艦艇先被魚雷發(fā)現(xiàn)；二是魚雷追蹤對(duì)抗器材過程中及追上對(duì)抗器材進(jìn)行再搜索時(shí)離本艇越遠(yuǎn)越好。

2)噪聲干擾器的基本使用原則是不作為假目標(biāo)，而以干擾為主使用。因此，一般情況下不宜首先使用噪聲干擾器(比如未確定敵方已對(duì)本艇構(gòu)成威脅或難以對(duì)敵形成有效干擾時(shí))。

3)單枚對(duì)抗器材不足以誘騙和干擾攻擊方時(shí)，可考慮使用兩枚或兩枚以上對(duì)抗器材,或者對(duì)抗器材組合使用進(jìn)行聯(lián)合對(duì)抗。

4基于捕獲概率的投射策略評(píng)估模型

4.1態(tài)勢(shì)構(gòu)建

對(duì)抗效果與對(duì)抗態(tài)勢(shì)密切相關(guān)，現(xiàn)構(gòu)建對(duì)抗態(tài)勢(shì)如圖1所示，魚雷在C點(diǎn)按一定提前角向目標(biāo)艦(對(duì)抗系統(tǒng)母艦)進(jìn)行攻擊，攻角為60°，距目標(biāo)艦一定距離時(shí)，魚雷自導(dǎo)開機(jī)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索和探測(cè)；目標(biāo)艦由A向B勻速直航，魚雷報(bào)警聲納探測(cè)到魚雷來襲并報(bào)警后，經(jīng)過一定的反應(yīng)時(shí)間，以一定的角度和距離發(fā)射水聲對(duì)抗器材，與魚雷進(jìn)行對(duì)抗。(魚雷初始弦角θ應(yīng)大于線列陣聲納艦艏或艦艉探測(cè)盲區(qū))。

圖1　對(duì)抗態(tài)勢(shì)圖

4.2火箭助飛式水聲對(duì)抗器材落水點(diǎn)[10]

助飛式對(duì)抗器材落水點(diǎn)位置按下式計(jì)算：

(1)

式中：mi為第i枚助飛器材發(fā)射距離，單位為(m)；βi為第i枚助飛器材設(shè)定發(fā)射角，為發(fā)射方向線與對(duì)抗系統(tǒng)母艦的夾角，左為正，右為負(fù)，單位為(°)；x0i，y0i為第i枚助飛器材發(fā)射點(diǎn)位置(即發(fā)射時(shí)刻對(duì)抗系統(tǒng)母艦)的高斯平面坐標(biāo)，單位為(m)；xmi，ymi為第i枚助飛器材入水點(diǎn)位置的高斯平面坐標(biāo)，單位為(m)。

4.3對(duì)抗器材被魚雷捕獲概率模型

仿真過程中，火箭助飛式水聲對(duì)抗器材入水后，根據(jù)對(duì)抗器材和魚雷的距離以及魚雷自導(dǎo)開角情況，判斷對(duì)抗器材是否落在魚雷搜索扇面之內(nèi)。如果落在魚雷搜索扇面之內(nèi)，計(jì)入捕獲點(diǎn)數(shù)，設(shè)為n(i)，則對(duì)抗器材被魚雷捕獲的概率為

(2)

其中，N(i)表示按第i個(gè)策略投射時(shí)自對(duì)抗器材落水至魚雷航程結(jié)束時(shí)魚雷運(yùn)行的時(shí)間點(diǎn)數(shù)，G(i)表示按第i個(gè)策略投射時(shí)對(duì)抗器材被魚雷捕獲的概率。

5仿真分析

5.1基本假設(shè)

對(duì)火箭助飛式水聲對(duì)抗器材落入魚雷搜索扇面的概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。作如下假設(shè)：

1)魚雷勻速直航，航速為35kn，水聲對(duì)抗系統(tǒng)母艦勻速直航，航速為14kn；

2)從魚雷發(fā)射點(diǎn)到理想攻擊點(diǎn)的距離是8000m；

3) 對(duì)抗器材都能正常工作，只要落入魚雷搜索扇面內(nèi)，就能被魚雷捕獲，計(jì)入有效對(duì)抗點(diǎn)數(shù)；

4) 魚雷報(bào)警至助飛式對(duì)抗器材入水正常工作的反應(yīng)時(shí)間固定不變，設(shè)為50s；

5) 魚雷自導(dǎo)作用距離1000m，自導(dǎo)開角為±45°；

6) 在一次對(duì)抗過程中，水聲對(duì)抗系統(tǒng)母艦僅采用一枚水聲對(duì)抗器材對(duì)抗聲自導(dǎo)魚雷。

5.2仿真結(jié)果

根據(jù)以上條件，設(shè)計(jì)仿真軟件，比較聲納報(bào)警距離分別為7km、5km和3km時(shí)，以不同射距和不同角度發(fā)射火箭助飛式水聲對(duì)抗器材時(shí)器材被魚雷捕獲的概率。根據(jù)捕獲概率判斷水聲對(duì)抗器材投射方案的優(yōu)劣。仿真結(jié)果如圖2～圖7所示。

如果把魚雷攻擊角變?yōu)?0°，其它條件不變，仿真結(jié)果如圖5～圖 7所示：

圖2　報(bào)警距離7km，不同角度射距魚雷捕獲概率

圖3　報(bào)警距離5km，不同角度射距魚雷捕獲概率

圖4　報(bào)警距離3km，不同角度射距魚雷捕獲概率

圖5　報(bào)警距離7km，不同角度射距魚雷捕獲概率

圖6　報(bào)警距離5km，不同角度射距魚雷捕獲概率

5.3仿真結(jié)果分析

分析兩種仿真概率分布圖，可以得到結(jié)論如下。

在第一種態(tài)勢(shì)下，當(dāng)魚雷報(bào)警距離為7km時(shí)，左弦20°發(fā)射助飛式水聲對(duì)抗器材至2500m處，可獲得最好的對(duì)抗效果；當(dāng)魚雷報(bào)警距離為5km時(shí)，左弦30°發(fā)射助飛式水聲對(duì)抗器材至2500m處，可獲得最好的對(duì)抗效果；當(dāng)魚雷報(bào)警距離為3km時(shí)，左弦25°～30°發(fā)射助飛式水聲對(duì)抗器材至800m處，可獲得最好的對(duì)抗效果。

圖7　報(bào)警距離3km，不同角度射距魚雷捕獲概率

在第二種態(tài)勢(shì)下，當(dāng)魚雷報(bào)警距離為7km時(shí)，左弦40°發(fā)射助飛式水聲對(duì)抗器材至2500m處，可獲得最好的對(duì)抗效果；當(dāng)魚雷報(bào)警距離為5km時(shí)，左弦25°發(fā)射助飛式水聲對(duì)抗器材至2500m處，可獲得最好的對(duì)抗效果，或左弦40°發(fā)射助飛式水聲對(duì)抗器材至1500m處，可獲得較好的對(duì)抗效果；當(dāng)魚雷報(bào)警距離為3km時(shí)，左弦15～30°發(fā)射助飛式水聲對(duì)抗器材至1500m處，或左舷45°～65°發(fā)射助飛式水聲對(duì)抗器材至800m處可獲得最好的對(duì)抗效果。

橫向比較，通過概率分布曲線跨越角度的大小、高概率部分曲線變化是否平坦和兩側(cè)變化是否平緩，可以看出哪種態(tài)勢(shì)更容易獲得好的對(duì)抗效果。按照這種規(guī)則，分別比較報(bào)警距離是7km、5km和3km時(shí)兩種態(tài)勢(shì)的捕獲概率分布圖，可知第二種態(tài)勢(shì)較第一種態(tài)勢(shì)更容易獲得好的對(duì)抗效果。

6結(jié)語

本文根據(jù)火箭助飛式水聲對(duì)抗器材被魚雷捕獲的概率，對(duì)不同投射策略的對(duì)抗效果進(jìn)行評(píng)估，從中可得到相對(duì)最優(yōu)的投射策略。構(gòu)建其他態(tài)勢(shì)進(jìn)行仿真分析，可得到不同對(duì)抗態(tài)勢(shì)下最優(yōu)的助飛器材投射策略。本方法約束條件少，相對(duì)簡(jiǎn)便且易于實(shí)施，在某型水面艦水聲對(duì)抗系統(tǒng)對(duì)抗效果試驗(yàn)航路設(shè)計(jì)中得到了初步應(yīng)用，證明該方法是有效的。同時(shí)，對(duì)于水聲對(duì)抗訓(xùn)練和作戰(zhàn)使用也有一定的參考意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳春玉.反魚雷技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006：1-303.

[2] 閻福旺.水聲對(duì)抗技術(shù)[M].北京:海洋出版社,2003：1-187.

[3] 王紅萍.水聲對(duì)抗系統(tǒng)的效能分析與評(píng)估[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)碩士論文,2007.

[4] 陳軍.水聲對(duì)抗裝備建模與效能評(píng)估[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)碩士論文,2008.

[5] 羅修波,董曉恒,錢斌.水聲對(duì)抗裝備對(duì)抗效果評(píng)估方法研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007,19(3):657-659.

[6] 吳朝暉,宋保維,梁慶衛(wèi).魚雷作戰(zhàn)效能分析方法論[J].火力與指揮控制,2006,31(10):33-36.

[7] 張永峰.潛艇反魚雷水聲對(duì)抗策略優(yōu)選與應(yīng)用研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)碩士論文,2009.

[8] 馬國強(qiáng),徐德民,劉朝暉.水聲對(duì)抗試驗(yàn)航路優(yōu)化模型研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2005，25(1)：258-261.

[9] 胡方,黃建國,張群飛.基于層次分析法的魚雷抗干擾能力評(píng)估研究[J].探測(cè)與控制學(xué)報(bào)，2007，29(2)：63-66.

[10] 火箭助飛式水聲對(duì)抗器材定型試驗(yàn)規(guī)程[S].GJB 7199-2011.

An Evaluation Method of Projectile Strategy of Underwater Acoustic Countermeasure Equipment Based on Capture Probability

XIE ZhiguangJIN YanfengLU Zhiqiang

(No.91388 Troops of PLA, Zhanjiang524022)

AbstractIt is significant for rocket-assisted underwater acoustic countermeasure equipment to choose its projectile strategy in the process of anti torpedo. In the paper, a new evaluation methods of projectile strategy is proposed based on the capture probability, on the basis of analysis of the using principle and its antagonizing processes for rocket-assisted underwater acoustic countermeasure equipment.The relatively optimal projectile strategy is got finally through the statistcs in which the underwater acoustic countermeasure equipment is captured by the search sector of the torpedo.

Key Wordsunderwater acoustic countermeasure equipment, projectile strategy

*收稿日期：2015年12月8日,修回日期：2016年1月17日

作者簡(jiǎn)介：謝植廣，男，碩士，工程師，研究方向：水聲對(duì)抗試驗(yàn)技術(shù)。金彥豐，男，工程師，研究方向：水聲對(duì)抗試驗(yàn)技術(shù)。盧治強(qiáng)，男，工程師，研究方向：水聲測(cè)試技術(shù)。

中圖分類號(hào)

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.035