一種自航水雷障礙毀傷艦船概率計算方法

朱紅波, 張 旭, 冷相文1,

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一種自航水雷障礙毀傷艦船概率計算方法

朱紅波1, 2, 張 旭2, 冷相文1,2

(1. 西北工業(yè)大學 航海學院, 陜西 西安, 710072; 2. 海軍大連艦艇學院 水武與防化系, 遼寧 大連, 116018)

基于誤差相關性分析了自航水雷雷位散布特性, 并綜合考慮水雷布放成功率、動作概率和布放誤差等因素的影響, 運用概率論給出了一種自航水雷障礙毀傷艦船概率的解析計算方法, 計算結果驗證了該方法的正確性, 可為自航水雷封鎖作戰(zhàn)決策科學化研究提供參考。

自航水雷; 散布特性; 毀傷概率

0 引言

目標艦船毀傷概率是衡量水雷障礙作戰(zhàn)效能的重要指標之一, 它是指目標艦船從預定水域內(nèi)經(jīng)過時, 水雷障礙對其所造成的毀傷程度不低于規(guī)定水平的概率。以往國內(nèi)一直沿用幾何概率模型或泊松公式計算單艦毀傷概率, 雖然方法簡單, 但實用性和適用性較差[1]。自航水雷在其航行誤差和布雷平臺位置誤差等因素的影響下, 其實際位置相對預定布放位置的偏差具有較大的隨機性[2], 并且同航次布放的多枚自航水雷實際雷位散布具有相關性。因此, 需要基于其散布特性, 提出適用于自航水雷障礙的毀傷效能評估方法。

1 自航水雷雷位散布特性

自航水雷雷位散布特性是指在水雷投送誤差的影響下水雷雷位分布的規(guī)律性, 它直接影響到水雷布設至預定障礙區(qū)域內(nèi)的概率, 是進一步評估自航水雷障礙毀傷效能的基礎。

在實際布雷作戰(zhàn)中, 一般采取預先人工散布的方法確定各枚水雷的預定布放位置(期望雷位), 再由潛艇按照期望雷位坐標依次布設自航水雷, 則自航水雷投送誤差主要由布雷平臺位置誤差和自航水雷航行誤差組成。

單艇布設自航水雷時, 由于布雷時間短、布雷航速小, 可以認為同一航次布放的自航水雷具有相同的布雷平臺位置誤差。

自航水雷航行誤差主要包括水雷導航定位誤差和末彈道誤差, 絕對速度推算是目前采用最多的自主導航方式, 主要采用聲學絕對速度計程儀加高精度羅經(jīng), 導航定位散布誤差可以控制在水雷航程的0.5%以內(nèi)[3], 由于同一航次布放的自航水雷自主航程相差不大, 可以認為他們具有相同的導航定位誤差。末彈道誤差是指自航水雷在彈道末段關閉推進系統(tǒng)后靠慣性下沉過程中產(chǎn)生的雷位誤差, 一般末彈道誤差遠遠小于遠程自航水雷的導航定位誤差。

圖1 自航水雷障礙雷位配置坐標系

則

2 目標艦船毀傷概率

2.1 目標艦船毀傷概率模型

2.2 k枚水雷全部命中毀傷目標概率模型

2.3 k枚水雷全部動作概率模型

3 實例分析

3.1 雷位散布相關性影響分析

圖2 n枚水雷全部落入預定橫向區(qū)域概率隨相關系數(shù)變化

從圖2可以看出, 隨著雷位散布誤差相關系數(shù)從0到1的改變,枚水雷全部落入預定障礙橫向區(qū)域的概率隨之增大, 而且變化很明顯。當不考慮雷位散布誤差的相關性, 認為平臺散布誤差為0, 即相關系數(shù)等于0時,枚水雷全部落入預定障礙橫向區(qū)域的概率值最小, 而實際布雷時, 平臺散布誤差不能忽略, 因此, 必須考慮雷位散布誤差相關性對布雷效果的影響。

3.2 毀傷概率計算實例分析

假設水雷障礙寬度為, 水雷動作帶寬度為200, 動作概率為0.9, 命中概率為0.9, 水雷布放完好率為0.95, 水雷工作可靠度為1, 水雷定位均方差為, 布雷平臺散布均方差為, 目標艦船的計劃航線在水雷障礙正面方向所遮掩的范圍之內(nèi)服從均勻分布, 并采用直航的方式從障礙內(nèi)經(jīng)過, 潛艇一個航次布放6枚水雷, 所布水雷期望雷位以障礙中心為對稱中心, 沿水雷障礙正面寬度等間距分布, 障礙毀傷概率隨期望雷位間距變化規(guī)律如圖3所示。

從圖3中可以看出:

1) 采用本文提出的解析計算方法求解結果與采用蒙特卡洛仿真法得到的仿真結果之間差別很小, 說明了解析法的正確性;

2) 不考慮雷位散布相關性時, 所得結果與實際情況差別較大, 且雷位散布誤差矩陣相關系數(shù)越大, 差別越明顯。因此, 需要考慮雷位散布相關性;

圖3 障礙毀傷概率隨期望雷位間距變化

3) 在實例假設條件下, 障礙毀傷目標艦船概率隨雷位橫向間距增大先增大后減小; 當雷位間距為0 m時, 障礙毀傷概率最小, 說明不宜采用“一點多雷”布放方式; 若采用“多點一雷”均勻布設方式, 在圖3(a)假設條件下期望雷位橫向間距宜在182 m和208 m之間取值, 在圖3(b)假設條件下期望雷位橫向間距宜在126 m和140 m之間取值, 可提高障礙毀傷概率。

4 結束語

本文基于自航水雷雷位散布誤差分析了雷位散布特性, 給出了一種通用的障礙毀傷概率解析計算方法, 通過與蒙特卡洛仿真方法對比驗證了解析計算方法的正確性。提出的障礙毀傷概率計算方法便于分析不同因素對毀傷概率的影響, 可為障礙雷位優(yōu)化配置提供技術支持, 后續(xù)需研究障礙對目標艦船流的毀傷效能評估方法。

[1] 張旭, 滕兆新. 水雷封鎖作戰(zhàn)決策科學化的思考[J].軍事運籌與系統(tǒng)工程, 2008, 22(2): 59-62.

[2] 張旭, 冷相文. 自航水雷雷位次序坐標散布特性[J]. 火力指揮與控制, 2004, 29(增): 47-48.Zhang Xu, Leng Xiang-wen. The Distributed Characteristics of Ordering Corrdinates of SLMM′s Position[J]. Fire Control and Command Control, 2004, 29(z): 47-48.

[3] 佘湖清. 水雷總體技術[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2009.

[4] 王靜龍. 多元統(tǒng)計分析[M]. 北京: 科學出版社, 2008.

[5] 滕兆新, 張旭. 水雷對艦船的毀傷概率計算模型及仿真[J]. 系統(tǒng)仿真學報, 2008, 20(16): 4241-4243.Teng Zhao-xin, Zhang Xu. Injure Probability Model and Simulation of Mines to Warship[J]. Journal of System Simulation, 2008, 20(16): 4241-4243.

A Calculation Method of Surface Warship Damage Probability by Mobile Mine Obstacle

ZHU Hong-bo1, 2, ZHANG Xu2, LENG Xiang-wen1, 2

(1. College of Marine Engineering, Northwestern Ploytechnical University, Xi′an 710072, China; 2. Department of Underwater Weaponry and Chemical Defense, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

The dispersion characteristic of a mobile mine is analyzed according to error correlation, and an analytical model of damage probability of the mine obstacle to surface warship is proposed by considering the influencing factors such as the probability of success to deploy mine, the action probability, and the deployment error. Numerical results demonstrate the availability and correctness of the proposed method.

mobile mine; dispersion characteristic; damage probability

TJ611

A

1673-1948(2012)04-0313-04

2012-11-27;

2013-01-22.

部級國防科技預研基金項目(4010605030301); 海軍大連艦艇學院科研發(fā)展基金[2012].

朱紅波(1981-), 男, 在讀博士, 講師, 研究方向為水中兵器運用與效能評估.

(責任編輯: 許 妍)