基于博弈論的水聲對抗效果評估研究

摘 要： 水聲對抗干擾是目前水下戰(zhàn)場作戰(zhàn)的主要對抗方式，對抗干擾效果是衡量水聲對抗器材作戰(zhàn)效能的一項重要的綜合性指標(biāo)，定量地評估水聲對抗器材的對抗干擾效果對試驗、訓(xùn)練、演練和實戰(zhàn)十分重要。這里采用博弈論的方法建立水聲對抗評估模型，通過仿真計算與分析，定量地對水聲對抗干擾效果進(jìn)行動態(tài)評估，研究解決水聲對抗的全系統(tǒng)、全過程評估問題。

關(guān)鍵詞： 水聲對抗； 對抗干擾； 博弈論； 噪聲干擾器

中圖分類號： TN97?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）09?0025?03

Abstract： The underwater acoustic countermeasure interference is the main confrontation in underwater battlefield， and the effect of countermeasure interference is an important and comprehensive index to measure the operational effectiveness of underwater acoustic countermeasure equipments. It is important for the testing， training， drills and actual combat to quantitatively evaluate the countermeasure interference effect of underwater acoustic countermeasure equipment. The evaluation model of underwater acoustic countermeasure is build by the method of game theory. The dynamic evaluation of underwater acoustic countermeasure interference effect is carried out quantitatively by simulating calculation and analysis， which has solved the problem existing in the evaluation of underwater acoustic countermeasure process of the whole system.

Keywords： underwater acoustic countermeasure； countermeasure interference； game theory； noise jammer

0 引 言

隨著新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，現(xiàn)代水下武器裝備在探測與反探測、攻擊與反攻擊的對抗能力方面發(fā)展迅速。由于聲信號是水下目標(biāo)探測和信息獲取的主要手段，因此水聲對抗干擾是目前水下戰(zhàn)場作戰(zhàn)的主要對抗方式，世界各國都在努力尋求水聲干擾和抗干擾的各種方法。對抗干擾效果是衡量水下對抗效果的一項重要綜合指標(biāo)，定量地評估對抗干擾效果對試驗、訓(xùn)練、演練、實戰(zhàn)十分重要?，F(xiàn)有的對抗干擾效果評估大多是采用干擾器或者聲誘餌對魚雷等攻擊性武器系統(tǒng)實施干擾或引誘，偏重于評估魚雷等攻擊性武器系統(tǒng)的抗干擾能力，而對于干擾器、聲誘餌、氣幕彈等干擾器材的干擾能力和效果的評估缺少一定的方法和手段。

水聲對抗過程實質(zhì)上是一個博弈的過程。水聲對抗雙方不只是簡單的“矛與盾”的關(guān)系，多變的戰(zhàn)場環(huán)境和海洋背景成為影響對抗結(jié)果的重要因素，讓對抗過程變得更加復(fù)雜。本文采用博弈論的方法對水聲對抗干擾效果進(jìn)行動態(tài)評估，研究解決水聲對抗的全系統(tǒng)、全過程評估問題。

1 水聲對抗的博弈模型

博弈論是研究在相互包含、相互依存情況中的理性行為的一門學(xué)科[1]，它共包含三個要素：局中人、局中人的策略空間和每個局中人的盈利函數(shù)[2]。從探知信息的角度，博弈模型設(shè)定的信息序列不一定完整，形成的博弈可以分為完全信息博弈和不完全信息博弈；針對不同目標(biāo)狀態(tài)可分為靜態(tài)博弈和動態(tài)博弈，動態(tài)和靜態(tài)是相對的，比如相對魚雷和潛艇等高速運動狀態(tài)，浮標(biāo)可近似為靜態(tài)。

在水聲對抗過程中，聲吶或者魚雷發(fā)射水聲信號探測目標(biāo)，水聲對抗器材模擬發(fā)射各種噪聲信號、仿真信號干擾或者誤導(dǎo)探測，所以形成了以聲吶或者魚雷等武器系統(tǒng)和水聲對抗器材為局中人的博弈，記為S和D；水聲對抗器材所采用的對抗干擾方法策略空間記為[JD={D1，D2，…，Dn}；]聲吶或者魚雷采取相應(yīng)抗干擾的策略空間記

根據(jù)博弈論中的最大最小定理求解矩陣，得到的結(jié)果即為S的抗干擾效果和D的干擾效果。

2 博弈盈利函數(shù)

水聲對抗器材對聲吶或者魚雷等武器系統(tǒng)實施有效的干擾需要滿足四個方面的基本要求，分別是時間、空間、頻率和能量，所以針對對抗效果的評估可以從這四個方面進(jìn)行考慮。

2.1 時間指數(shù)

2.4 能量指數(shù)

干擾信號的能量與探測目標(biāo)信號的能量的比值，聲吶或者魚雷對接收信號能量的判別門限決定了干擾器材是否能夠壓制目標(biāo)信號。利用干擾信號與目標(biāo)信號能量的比值可度量干擾信號壓制目標(biāo)信號的程度，即：[RDS=ED-ES] （4）

式中：[ED]為干擾器材所發(fā)射的干擾信號到達(dá)聲吶或者魚雷位置的強(qiáng)度；[ES]為探測目標(biāo)反射或輻射信號到達(dá)聲吶或者魚雷位置的強(qiáng)度；不同的干擾器材，所采用的聲吶方程也不同[4]，主動探測和被動探測聲吶方程也不同，所以需要根據(jù)實際對抗器材和對抗方式得到相應(yīng)的聲吶方程，得到[ES。]

時間、空間、頻率、能量四個因素都反映了干擾信號的情況，結(jié)果可以通過信噪比得到綜合情況，令：

3 仿真計算與分析

本文以某型號聲吶對某型號噪聲干擾器進(jìn)行對抗為例，該型聲吶的壓制系數(shù)[KD=32 ]dB，預(yù)定的虛警概率為[Pf=10-6，]可以進(jìn)行主動探測和被動探測。

取目標(biāo)聲源級SL=120 dB，聲吶與目標(biāo)[r0=20]鏈=3 700 m，聲吶檢測閾DT=0 dB，聲吶處的艦艇自噪聲級[NL]在一般水文條件下在60 dB以下，按60 dB計算。聲吶的聲學(xué)基陣的空間增益[DI]取15 dB，探測頻率為5 kHz，脈沖寬度為30 ms；被動探測頻率范圍為1 000 Hz～30 kHz；目標(biāo)到聲吶位置的傳播損失TL按照球面擴(kuò)展，吸收系數(shù)按1 dB/km計算，則有TL=75 dB。

聲吶方的純策略空間為：

通過上述計算發(fā)現(xiàn)，對于實施干擾方[D，]希望干擾效果最佳，而對于聲吶或者魚雷方S，則希望抗干擾能力越強(qiáng)越好，即受到的干擾越弱越好。在雙方均不知道采取何種策略的情況下，D為了保證最低的干擾效果，即不管遇到何種抗干擾方式，都能保證干擾效果不小于該值。根據(jù)最小最大的原則應(yīng)該選取低頻噪聲干擾，則干擾器所能達(dá)到的干擾效果不小于0.5；同理，聲吶為了達(dá)到最好的抗干擾效果，根據(jù)最大最小原則，聲吶應(yīng)該選取被動探測，使干擾效果不大于0.5，因此最終評估的干擾對抗評估效果為0.5。如果干擾器根據(jù)有無探測信號進(jìn)行判斷聲吶是否進(jìn)行主動探測，判斷為被動探測時采用低頻干擾，干擾效果為0.5；判斷為主動探測時也采用低頻干擾，但是由于頻率不確定，干擾效果理論可以達(dá)到0.62，實際可能是無法干擾，所以可以與瞄頻干擾組合，獲得最大的干擾效果。

4 結(jié) 論

本文采用博弈論對水聲對抗干擾效果的評估方法進(jìn)行研究，通過該方法可以計算魚雷或者聲吶等水下武器系統(tǒng)與水聲對抗器材在水聲對抗中的對抗評估效果，在未知對抗雙方采取具體策略的前提下，對對抗效果預(yù)先估計，調(diào)整對抗策略，對未來水聲對抗策略研究有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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