陳立綱

（海裝駐杭州地區(qū)軍事代表室，杭州，310023）

聲吶浮標(biāo)是目前各國(guó)海軍普遍使用的航空反潛器材，在反潛固定翼飛機(jī)和直升機(jī)上廣泛使用[1]。從探測(cè)方式來(lái)分，聲吶浮標(biāo)探測(cè)可分為被動(dòng)探測(cè)、主動(dòng)探測(cè)和多基地探測(cè)。近年來(lái)，隨著聲吶浮標(biāo)技術(shù)發(fā)展和軍事需求的推動(dòng)，聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)方式已從概念走向成熟，目前已在航空反潛中廣泛應(yīng)用[2]。在搜潛任務(wù)中，聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）可快速、靈活構(gòu)建多基地水聲探測(cè)態(tài)勢(shì)。用于多基地探測(cè)的聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)通過(guò)固定翼反潛巡邏飛機(jī)或反潛直升機(jī)空投布放，相比水面艦艇聲吶，在構(gòu)建多基地水聲探測(cè)態(tài)勢(shì)時(shí)更快速、更靈活。

（2）多向接收目標(biāo)回波，抑制潛艇規(guī)避。聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)時(shí)，聲源浮標(biāo)發(fā)射聲脈沖，多個(gè)接收基地的接收浮標(biāo)同時(shí)接收目標(biāo)回波。相比收發(fā)一體的單基地主動(dòng)探測(cè)，多基地探測(cè)可有效抑制潛艇通過(guò)戰(zhàn)術(shù)規(guī)避減小目標(biāo)反射強(qiáng)度，削弱聲吶探測(cè)性能。

（3）能在搜潛任務(wù)區(qū)域局部形成隱蔽探測(cè)。多基地探測(cè)時(shí)，發(fā)射基地和接收基地分開(kāi)布置，潛艇雖容易發(fā)現(xiàn)發(fā)射基地位置，但難以確定接收基地位置，使得在任務(wù)區(qū)域形成局部隱蔽探測(cè)，有利于探測(cè)方取得信息優(yōu)勢(shì)，對(duì)水下目標(biāo)實(shí)施持續(xù)跟蹤。

聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)時(shí)，除浮標(biāo)產(chǎn)品性能、水文條件等因素外，浮標(biāo)陣型因素，如浮標(biāo)陣中聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)數(shù)量、浮標(biāo)間距、聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)相對(duì)位置等，也會(huì)對(duì)搜潛效能產(chǎn)生較大影響。本文主要討論聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)中陣型因素對(duì)搜潛效能的影響，探討聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)綜合效能評(píng)估方法的可行性。

1 聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)原理

聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)時(shí)，聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)從飛機(jī)上投放，布陣完成后，聲源浮標(biāo)按預(yù)設(shè)程序周期發(fā)射或按機(jī)上遙控命令發(fā)射聲脈沖信號(hào)，接收浮標(biāo)接收直達(dá)波信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)，并將接收到的聲信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電發(fā)送至機(jī)上的聲吶浮標(biāo)處理系統(tǒng)中進(jìn)行處理。

機(jī)上的聲吶浮標(biāo)處理系統(tǒng)接收到浮標(biāo)上傳數(shù)據(jù)后，根據(jù)聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)之間的幾何構(gòu)型、聲源浮標(biāo)發(fā)射聲脈沖時(shí)刻，計(jì)算聲脈沖直達(dá)波到達(dá)接收浮標(biāo)的時(shí)刻，在此時(shí)刻附近，對(duì)直達(dá)波的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)直達(dá)波信號(hào)，則啟動(dòng)對(duì)接收浮標(biāo)數(shù)據(jù)的處理，檢測(cè)目標(biāo)回波信號(hào)，確定回波方位和時(shí)刻，結(jié)合聲源浮標(biāo)位置和接收浮標(biāo)位置，確定目標(biāo)位置[3]。

2 聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)概率模型

多基地聲吶的探測(cè)概率模型類(lèi)比單基地探測(cè)模型，計(jì)算目標(biāo)的等效距離eR，并將eR代入單基地聲吶的距離-探測(cè)概率函數(shù)中，獲取該態(tài)勢(shì)下的多基地聲吶的空間網(wǎng)格探測(cè)概率[4]。雙基地探測(cè)的目標(biāo)等效距離為

式中，Rst和Rtr分別為目標(biāo)到發(fā)射基地、接收基地的距離，如圖1 所示。

圖1 多基地探測(cè)態(tài)勢(shì)

當(dāng)發(fā)射浮標(biāo)和接收浮標(biāo)位置重合時(shí)，實(shí)際上是多基地探測(cè)退化為常規(guī)的單基地探測(cè)，假定此時(shí)的聲吶的探測(cè)距離為R。利用距離-探測(cè)概率函數(shù)表示目標(biāo)在不同距離處的探測(cè)概率。實(shí)際的距離-探測(cè)概率函數(shù)需要從聲吶接收機(jī)的探測(cè)模型導(dǎo)出，為研究方便，距離-探測(cè)概率函數(shù)指數(shù)函數(shù)可用費(fèi)米函數(shù)近似。指數(shù)函數(shù)：

式中，R為作用距離，b為擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)決定探測(cè)概率函數(shù)的“拖尾”情況，在本文仿真中采用費(fèi)米函數(shù)近似浮標(biāo)的距離-探測(cè)概率曲線(xiàn)，其中擴(kuò)散系數(shù)b取0.5。圖2 給出費(fèi)米函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的距離-探測(cè)概率曲線(xiàn)。

圖2 距離-探測(cè)概率曲線(xiàn)

假定浮標(biāo)雙基地探測(cè)的收發(fā)基地間距d分別為0、R、2R和3R時(shí)浮標(biāo)探測(cè)概率的空間網(wǎng)格分布如圖3 所示，圖中橫縱坐標(biāo)均為歸一化距離。

圖3 雙基地空間網(wǎng)格的探測(cè)概率

3 布陣綜合效能分析

本文主要從浮標(biāo)陣的搜索面積、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用兩方面分析浮標(biāo)陣的綜合效能。為不失一般性，以4 行×4列的浮標(biāo)陣為例開(kāi)展綜合效能分析。

3.1 布陣陣型假設(shè)

根據(jù)聲源浮標(biāo)的布放陣位不同，假定以下四種浮標(biāo)布陣方式，用以仿真研究其綜合探測(cè)效能的分析方法。

陣型1：（1）聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)1∶1 配置，各16 枚；（2）在同一陣位上成對(duì)布置一枚聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)；（3）同一行和同一列上各陣位間距為d。陣型如圖4 所示。

圖4 陣型1 示意

陣型2：（1）聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)1∶4 配置，聲源浮標(biāo)4 枚，接收浮標(biāo)16 枚；（2）聲源浮標(biāo)位于陣中型F、G、J、K 位置；（3）浮標(biāo)陣中各陣位間距與陣型1 相同。陣型如圖5 所示。

圖5 陣型2 示意

陣型3：（1）聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)9∶16 配置，聲源浮標(biāo)9 枚，接收浮標(biāo)16 枚；（2）每枚聲源浮標(biāo)位于四個(gè)相鄰接收浮標(biāo)構(gòu)成的正方形中心位置；（3）浮標(biāo)陣中各陣位間距如圖6 所示。

圖6 陣型3 示意

陣型4：（1）聲源浮標(biāo)和接收浮標(biāo)6∶16 配置，聲源浮標(biāo)6 枚，接收浮標(biāo)16 枚；（2）每枚聲源浮標(biāo)位于四個(gè)相鄰接收浮標(biāo)構(gòu)成的正方形中心位置，陣兩側(cè)各布置3 枚聲源浮標(biāo)；（3）浮標(biāo)陣中各陣位間距如圖7 所示。

圖7 陣型4 示意

3.2 綜合效能評(píng)估

上述4 種浮標(biāo)陣的效費(fèi)比如表2 所示。

表1 聲吶浮標(biāo)多基地歸一化探測(cè)面積指數(shù)

表2 聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)的效費(fèi)比指數(shù)

圖8 給出了4 種假設(shè)陣型布陣間距d分別為1R、1.5R、2R、2.5R、3R時(shí)的綜合效費(fèi)比的柱狀圖。圖9 為本文模型計(jì)算出的搜索面積最大的布陣方式，圖10 為綜合效能最高的布陣方式。仿真結(jié)果表明，在本文的假設(shè)條件下，可以通過(guò)本模型綜合評(píng)估聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)的搜索面積和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，計(jì)算布陣的綜合效費(fèi)比。

圖8 4 種假定陣型的綜合效費(fèi)比

圖9 陣型1 采用2.5R 間距布陣的搜索范圍

圖10 陣型3 采用3R 間距布陣的搜索范圍

4 結(jié)論

本文從搜索面積和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的角度，提出了一種聲吶浮標(biāo)多基地探測(cè)的綜合效能分析方法，并通過(guò)仿真計(jì)算對(duì)假定陣型開(kāi)展了分析研究，初步形成了浮標(biāo)優(yōu)化布陣的評(píng)估方法。當(dāng)然，在實(shí)際評(píng)估中，還需要考慮具體任務(wù)要求、應(yīng)召信息置信度、布陣時(shí)間等因素，對(duì)浮標(biāo)布陣開(kāi)展更為具體、全面的效能分析。