基于自航式聲誘餌對抗的機(jī)載魚雷命中概率仿真

丁紅巖，宋保維

（1.西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院，西安 710072；2.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018）

艦艇引導(dǎo)直升機(jī)攻潛是一種較為典型的艦機(jī)協(xié)同攻潛方式。由于新型艦艇具有較強(qiáng)的信息收集、處理和通信能力，因此，在引導(dǎo)直升機(jī)攻潛時，可以減少直升機(jī)搜索和定位過程，提高直升機(jī)的隱蔽性，延長直升機(jī)有效留空攻擊時間，增強(qiáng)攻擊的突然性。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，潛艇越來越注重水聲對抗器材的使用，使得魚雷攻潛的效果受到影響。水聲對抗器材可分為抑制型對抗器材和誘騙型對抗器材，自航式聲誘餌就是典型的誘騙型對抗器材[1]。自航式聲誘餌的使用原則是作為假目標(biāo)，發(fā)射聲誘餌的目的是引誘聲自導(dǎo)魚雷發(fā)現(xiàn)、捕獲并追蹤誘餌，潛艇則借助聲誘餌的掩護(hù)迅速進(jìn)行規(guī)避機(jī)動[2]。

本文在描述艦艇引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷攻擊過程的基礎(chǔ)上，建立相關(guān)模型，仿真計(jì)算機(jī)載魚雷的命中概率，為其作戰(zhàn)使用提供參考。

1 艦艇引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷攻擊方法

艦艇有較強(qiáng)的信息收集、處理、計(jì)算和通信能力，因而引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷攻擊，可免除直升機(jī)搜索和定位過程，提高作戰(zhàn)效率。艦艇引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷一般有2種引導(dǎo)方法。

1)提供潛艇信息。艦艇實(shí)時向直升機(jī)發(fā)送潛艇位置信息，并不斷引導(dǎo)直升機(jī)向潛艇接近，直升機(jī)在接近過程中利用指控系統(tǒng)進(jìn)行攻擊解算，導(dǎo)航系統(tǒng)確定飛行路線后，按攻擊程序?qū)嵤┕簟?/p>

2)提供攻擊信息。艦艇指控系統(tǒng)在已知目標(biāo)信息的條件下，為直升機(jī)進(jìn)行攻擊計(jì)算，解算魚雷投放點(diǎn)及戰(zhàn)斗航向。此后，引導(dǎo)直升機(jī)向投放點(diǎn)接近，到達(dá)投放點(diǎn)時，發(fā)出魚雷武器攻擊命令，機(jī)組人員按命令投放魚雷。該方法一般在直升機(jī)指控系統(tǒng)故障條件下使用。

艦艇通常處于潛艇攻擊的危險(xiǎn)半徑以外，在艦殼聲納、拖曳線列陣聲納探測到遠(yuǎn)距離水下目標(biāo)后，派出直升機(jī)，若目標(biāo)位置誤差較小，直升機(jī)可根據(jù)通報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速攻擊；若目標(biāo)位置誤差較大，直升機(jī)到達(dá)預(yù)定攻潛區(qū)后，一般應(yīng)重新定位，再進(jìn)行攻擊。以引導(dǎo)艦位置點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，正東方向?yàn)閄軸，建立坐標(biāo)系如圖1所示，其中M、Z分別為目標(biāo)潛艇位置、直升機(jī)位置，潛艇航向 Cm，直升機(jī)應(yīng)飛航向 CZ。

圖1 艦艇引導(dǎo)直升機(jī)原理圖

2 直升機(jī)攻潛參數(shù)解算模型

直升機(jī)根據(jù)引導(dǎo)艦提供的目標(biāo)位置，需要計(jì)算的參數(shù)有直升機(jī)應(yīng)飛航向HFC 及直升機(jī)應(yīng)飛時間tf，具體計(jì)算方法如下。

根據(jù)艦艇提供的參數(shù)，可以得到直升機(jī)的位置坐標(biāo)（xz,yz）和目標(biāo)的坐標(biāo)（xm,ym）。

則前置相遇點(diǎn)I的坐標(biāo)為：

前置相遇點(diǎn)與攻擊機(jī)之間的距離 ID為：

目標(biāo)相對于攻擊機(jī)方位為：

投放參數(shù)HFC、tf可由下式計(jì)算：

3 潛艇使用自航式聲誘餌對抗自導(dǎo)魚雷模型

潛艇使用聲誘餌時要考慮發(fā)射時機(jī)、本艇初始航向、航速以及發(fā)射后的機(jī)動等問題。發(fā)射時機(jī)對聲誘餌的對抗效果影響很大，發(fā)射時機(jī)的選擇與發(fā)射方向有關(guān)，通常在選擇好發(fā)射方向后，再確定發(fā)射時機(jī)。由于聲誘餌的初始航向是聲誘餌作戰(zhàn)使用中高于一切的因素[3]，因此聲誘餌航向的選擇應(yīng)遵循使聲誘餌比潛艇先被魚雷發(fā)現(xiàn)并且在魚雷追上聲誘餌時盡可能地遠(yuǎn)離潛艇。為此潛艇使用聲誘餌對抗魚雷后一般采取高速機(jī)動[4]。在其他因素一定的條件下，魚雷捕獲聲誘餌的概率是聲誘餌航向的函數(shù)[5]，通常聲誘餌航向可取為：

1)沿魚雷報(bào)警方位航行。

2)沿本艇原來航向航行。

3)當(dāng)報(bào)警距離較近時，聲誘餌的最優(yōu)發(fā)射航向?yàn)榘凑Ｌ崆敖前l(fā)射；當(dāng)報(bào)警距離較遠(yuǎn)時，聲誘餌的最優(yōu)發(fā)射航向?yàn)榘呆~雷報(bào)警方位發(fā)射[6]。

圖2為自航式聲誘餌對抗過程示意圖，潛艇航向 Cm，在m點(diǎn)發(fā)現(xiàn)魚雷攻擊，魚雷報(bào)警舷角Q，到達(dá)m'點(diǎn)時發(fā)射聲誘餌，然后潛艇轉(zhuǎn)向加速規(guī)避，潛艇發(fā)射的聲誘餌相對于魚雷的舷角[1]

式中：Vm為潛艇航速；Vs為聲誘餌航速。

圖2 自航式聲誘餌對抗過程示意圖

潛艇在發(fā)射聲誘餌后，會立即采用合適的航向進(jìn)行機(jī)動規(guī)避，以擺脫魚雷的追蹤。通常情況下，為了使魚雷在識別出誘餌時與潛艇的距離盡可能大，潛艇一般沿與聲誘餌航向 Cs相反的方向進(jìn)行全速規(guī)避機(jī)動。則潛艇的規(guī)避航向 Cm'為：

潛艇旋回角度θ為：

潛艇進(jìn)行旋回時，旋回角速度ωm、旋回半徑Rm與潛艇速度Vm相關(guān)，可以表示為[7]：

4 機(jī)載魚雷發(fā)現(xiàn)與命中目標(biāo)分析

4.1 魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)條件

魚雷能否命中目標(biāo)，關(guān)鍵在于自導(dǎo)裝置能否發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，要想使自導(dǎo)裝置發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，就必須使目標(biāo)能進(jìn)入自導(dǎo)裝置有效作用范圍之內(nèi)，即目標(biāo)要落入自導(dǎo)扇面之中，并且根據(jù)魚雷、目標(biāo)的位置及目標(biāo)的運(yùn)動航向，可求得魚雷相對目標(biāo)潛艇的舷角，進(jìn)而可求得對應(yīng)的目標(biāo)強(qiáng)度[8]。通過聲納方程可以得出在該條件下魚雷的自導(dǎo)作用距離ri，如果ri大于此刻魚雷到目標(biāo)的距離 iD，那么目標(biāo)可被魚雷發(fā)現(xiàn)，即滿足下式則可認(rèn)為目標(biāo)被魚雷發(fā)現(xiàn)[9]：

式(10)中：Qs為潛艇相對于魚雷的舷角；λ為魚雷自導(dǎo)扇面角。

4.2 魚雷命中目標(biāo)判據(jù)

當(dāng)滿足以下條件時，可認(rèn)為魚雷能夠追蹤上目標(biāo)并命中目標(biāo)[8]：

式(11)中：St為魚雷當(dāng)前航程；ST為魚雷總航程；dTm為潛艇—魚雷距離；xm、ym分別為潛艇橫、縱坐標(biāo)；xT、yT分別為魚雷橫、縱坐標(biāo)；qm為命中角，即相對方位線與潛艇航向的夾角。

5 機(jī)載魚雷命中概率仿真與結(jié)果分析

以美國MK-46為例，直升機(jī)投雷高度50 m，投雷速度200 km/h，魚雷入水后作主動環(huán)形搜索，魚雷自導(dǎo)作用距離為1.2 km，魚雷入水后15 s 潛艇釋放自航式聲誘餌對抗魚雷攻擊，模擬次數(shù)2 000次。

5.1 仿真誤差取值

表1 主要參數(shù)誤差取值

5.2 仿真計(jì)算流程

采用模擬法計(jì)算艦艇引導(dǎo)直升機(jī)空投魚雷對潛攻擊命中概率的流程如圖3所示。

5.3 仿真結(jié)果分析

根據(jù)仿真結(jié)果，繪制艦艇引導(dǎo)直升機(jī)前飛投雷對目標(biāo)提前點(diǎn)攻擊仿真圖，圖4為初始敵舷角45°，潛艇純機(jī)動及使用自航式聲誘餌時魚雷命中概率隨攻擊距離變化圖；圖5為艦艇引導(dǎo)下直升機(jī)前飛投雷對目標(biāo)提前點(diǎn)攻擊，初始敵舷角為135°，潛艇純機(jī)動及使用自航式聲誘餌時魚雷命中概率隨攻擊距離變化圖。

圖3 仿真流程圖

圖4 初始敵舷角為45°時命中概率變化圖

圖5 初始敵舷角為135°時命中概率變化圖

圖4表明，攻擊初始距離6 km時，在直升機(jī)初始敵舷角為45°情況下，潛艇機(jī)動規(guī)避，魚雷命中概率為0.7；潛艇在使用自航式聲誘餌對抗后，攻擊初始距離減小到4 km時，命中概率才能達(dá)到0.7。

圖5表明，攻擊初始距離6 km時，在直升機(jī)初始敵舷角為135°情況下，潛艇機(jī)動規(guī)避，魚雷命中概率能達(dá)到0.8；而在潛艇使用自航式聲誘餌對抗后，攻擊初始距離減小到3.5 km時，命中概率才勉強(qiáng)達(dá)到0.7。

根據(jù)上述結(jié)果可得到以下結(jié)論。

1)相同對抗條件下，隨著直升機(jī)初始攻擊距離的增大，魚雷的命中概率逐漸下降；在相同命中概率下，與潛艇純機(jī)動規(guī)避相比，潛艇使用自航式聲誘餌對抗時，直升機(jī)初始攻擊距離減小。這也說明適當(dāng)減小攻擊初始距離能有效降低自航式聲誘餌對自導(dǎo)魚雷命中概率的影響。

2)在潛艇不使用自航式聲誘餌對抗的條件下，當(dāng)直升機(jī)攻擊初始距離小于6 km時，初始敵舷角為135°的魚雷命中概率比初始敵舷角為45°時高；直升機(jī)攻擊初始距離大于8 km時，初始敵舷角為45°魚雷命中概率比初始敵舷角為135°時高。這表明初始敵舷角對魚雷命中概率的影響隨攻擊初始距離的變化而變化。

3)當(dāng)潛艇使用自航式聲誘餌對抗魚雷攻擊時，直升機(jī)初始敵舷角在45°的魚雷命中概率遠(yuǎn)比135°時的命中概率高。這說明與潛艇純機(jī)動條件相比，在對抗條件下初始敵舷角對魚雷命中概率的影響發(fā)生了變化，即選擇合理的初始敵舷角對于保證自導(dǎo)魚雷在自航式聲誘餌對抗條件下的命中概率具有重要意義。

6 結(jié)束語

由于直升機(jī)在反潛作戰(zhàn)中具有快速性、隱蔽性等優(yōu)勢，在引導(dǎo)條件下使用機(jī)載魚雷攻潛效果較好。本文研究了潛艇使用自航式聲誘餌對機(jī)載魚雷命中概率的影響，結(jié)論對部隊(duì)實(shí)際艦機(jī)協(xié)同攻潛作戰(zhàn)具有一定的參考價值。

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