反潛直升機吊放聲納搜索效率模型研究＊

（海軍陸戰(zhàn)學院 廣州 510430）

1 引言

反潛直升機是潛艇作戰(zhàn)行動的最大威脅兵力之一，而吊放聲納又是反潛直升機對潛艇搜索的特有裝備，衡量吊放聲納搜潛效能的重要指標是搜索概率，而搜索效率（單位時間的搜索面積）又是影響搜索概率的重要因素。研究反潛直升機使用吊放聲納對潛搜索效率，對直升機反潛作戰(zhàn)具有重要的指導作用。直升機自身的性能、吊放聲納搜潛陣形的選擇等因素，都對直升機搜潛效率有很大的影響，采用計算機仿真的方法定量研究影響直升機搜潛效率的因素，無論對直升機搜潛還是對潛艇規(guī)避搜索都有現(xiàn)實意義。本文將討論計算直升機搜潛效率的兩種數(shù)學模型，并對兩種搜索效率模型進行比較。

2 反潛直升機使用吊放聲納搜索過程

反潛直升機使用吊放聲納搜索潛艇，一般都采用邊前進邊逐點探測的跳躍式搜索，其飛行搜索作業(yè)剖面如圖1所示。反潛直升機到達搜索海域后，按預定的搜索航線飛行，在第一個探測點下降到懸停高度Ht1迎風懸停，按吊放聲納操作規(guī)程放下吊放基陣，邊放邊觀察，根據(jù)海區(qū)深度和水聲環(huán)境條件，把基陣放到合適的深度，開機搜索目標。如果發(fā)現(xiàn)可疑信號，就要進一步探測，或用主動方式測定目標的位置，并隨時把目標位置傳送到指控系統(tǒng)，計算出目標運動參數(shù)，以便對目標實施跟蹤或攻擊，或引導其它兵力進行跟蹤或攻擊；如沒有發(fā)現(xiàn)目標，則收起基陣爬升到過渡飛行高度Hg以巡航速度飛往下一個探測點懸停，兩個懸停點的間距Dx取決于吊放聲納的搜索半徑，再重復上述動作，直至探測到潛艇或搜索完規(guī)定的時間［1～2］。

圖1 反潛直升機使用吊放聲納搜索過程

3 反潛直升機使用吊放聲納搜索效率模型

3．1 吊放聲納搜索參數(shù)

根據(jù)吊放聲納搜潛過程，其搜索參數(shù)主要有搜索周期、有效搜索寬度和平均搜索速度。

3．1．1 搜索周期

直升機使用聲納進行離散搜索，放下聲納天線和起飛更換敵方依次替換進行。離散搜索一個循環(huán)包括放下聲納天線、進行搜索、收起聲納天線和飛向下一個探測點。離散搜索一個周期所用時間的數(shù)學表達式為

式中：tz為離散搜索一個周期所用時間；tf為放下聲納天線所用時間；ts為反潛搜索時間；tn為收起吊放聲納天線所用時間；th為飛向下一個探測點所用時間。

3．1．2 有效搜索寬度

吊放搜索中一般把相鄰的搜索圓交點的寬度定義為有效搜索寬度Wd，如圖2所示。

圖2 吊放聲納有效搜索寬度示意圖

其計算公式為

式中：Dx為懸停探測點的間距（km），Dx＝n·dB，n為探測點間隔系數(shù)；dB為反潛直升機反潛直升機吊放聲納的搜索范圍（km）。

3．1．3 平均搜索速度

吊放搜索的平均搜索速度是指在反潛直升機整個反潛搜索過程中，直升機平均的前進速度（km／h），其計算公式為

3．2 反潛搜索效率模型

搜索效率是指反潛直升機使用吊放聲納在單位時間內(nèi)搜索的有效面積。計算搜索效率的方法有兩種：一種是按矩形求面積法（簡稱矩形法）；另一種是按搜索圓求面積法（簡稱圓形法）。

3．2．1 矩形法搜索效率模型

矩形法求面積是用有效搜索寬度乘以單位時間內(nèi)搜索長度。

式中，Sq為單位時間內(nèi)潛艇運動所增加的面積。Sq＝2dBVdts，其中dB為反潛直升機反潛直升機吊放聲納的搜索范圍；Vd為被搜索潛艇的航行速度；ts為反潛搜索時間。m為單位時間內(nèi)懸停次數(shù)（1／tz）。

3．2．2 圓形法

3．2．2．1 每次懸停搜索面積

由圖3可以看出，反潛直升機每次懸停進行搜索的面積（Sq）：

式中：dB為反潛直升機反潛直升機吊放聲納的搜索范圍；Vd為被搜索潛艇的航行速度；ts為反潛搜索時間。

3．2．2．2 模型設計

吊放聲納的搜索區(qū)域是以探測點為中心，以聲納作用距離為半徑的圓。單位時間內(nèi)吊放聲納實際搜索面積是該段時間內(nèi)所有搜索圓面積之和，再扣除相鄰圓重疊的面積［8］，如圖4所示。

圖3 每次懸停搜索面積Sq

圖4 圓形法搜索面積

圖4中Sc為相鄰搜索圓的重疊面積，線段ac的長度為Dx，線段bd的長度為Wd。計算得到Sc＝-WddBCos（arcSin（Wd／2dB））。

所以單位時間內(nèi)搜索面積Sy＝m·Sq-（m-1）Sc。

4 搜索效率模型的比較

為了驗證單位時間內(nèi)搜索面積的計算方法，現(xiàn)對計算搜索效率的兩種模型進行比較。從前面給出的兩種模型可以看出，在其它參數(shù)不變的情況下，探測點間隔距離是影響搜索面積的最敏感因素，因此以它為變量進行分析。根據(jù)計算搜索效率的兩種模型，設各參數(shù)為：搜索面積5×104km2，敵潛艇速度8kn，吊放聲納作用距離7km，搜索速度為210km／h，探測時間3min，收放時間2min，得到搜索效率與探測點間隔系數(shù)關系圖，如圖5所示。

圖5 搜索效率與探測點間隔系數(shù)關系圖

從上面的圖可以看出，總的來說，圓形法的搜索效率比矩形法的搜索效率要高，這是因為矩形法的模型計算公式只使用了有效搜索寬度來計算，忽略了很多有效部分。特別是當探測點間隔系數(shù)大于1．5時，矩形法的搜索效率明顯降低，當間隔系數(shù)為2時，矩形法的搜索效率幾乎為0，因為此時有效搜索寬度為0。由此可以認為在計算搜索效率時圓形法是比較常用的一種方法。

5 結(jié)語

使用吊放聲納搜索潛艇是反潛直升機反潛的主要搜索形式。本文初步建立了兩種搜索效率模型，利用Matlab，對兩種搜索模型進行了比較，列出了搜索效率和探測點間隔之間對應的關系。仿真結(jié)果表示圓形法是常用的計算搜索效率的方法。

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