水面單平臺低速水聲探潛作戰(zhàn)規(guī)劃原則研究

陳立綱 董義俊 張博彥

（1.海裝駐寧波地區(qū)軍事代表室，舟山，316000；2.第七一五研究所，杭州，310023）

不管水面平臺發(fā)展到什么程度，其反潛作戰(zhàn)的整體目標始終是保衛(wèi)己方戰(zhàn)略目標，因此敵暗我明的總體態(tài)勢也將持續(xù)存在。水面平臺成編隊、成體系地對抗水下目標是反潛模式的主要發(fā)展方向。但是，所有反潛模式的基礎還是單平臺反潛——設置攔截線，防止水下目標突破某一區(qū)域。單平臺巡邏反潛戰(zhàn)術行動方法當前應用較多，其中已形成一定警戒能力預期的是單平臺往返巡邏和“8”字型搜索[1]。這類方法通過簡化水聲探測裝備的能力組成要素，以建立最大攔截線（最大攔截長度時為臨界式接觸，即在巡邏周期內，僅確保必然存在某一瞬間可接觸）為目標，形成可解析的數學模型，支持作戰(zhàn)能力與作戰(zhàn)目標的最優(yōu)化關聯(lián)分析。但是，隨著水聲作戰(zhàn)演訓活動的大量開展，水聲裝備探測能力與平臺相對目標的態(tài)勢之間的關系得到更廣泛的認知，將該關系直接簡化或不納入分析，已不能表征水聲裝備反潛的真實效能，更不能滿足裝備作戰(zhàn)應用需求。特別是水面平臺在高航速時，客觀上將導致若干水聲探測能力的下降。因此“靜音低速”成為水面平臺探潛的一種通用工況。而潛艇的航速在某些情況下可遠高于水面艦靜音航速，相對航速優(yōu)勢的作戰(zhàn)原則此時不再適用。

為此，本文在對比研究單平臺往返巡邏和“8”字型搜索模式基礎上，在不同水面/水下航速比情況下，引入裝備能力隨速度變化因子，分析提出具備高探測性能的低航速運動水面平臺應以保障最優(yōu)探測能力為作戰(zhàn)規(guī)劃原則的建議。具體怎樣保持最優(yōu)探測態(tài)勢，本文不展開描述，可按聲吶方程的具體應用進行分析。

1 基本原理

水面平臺探測潛艇的能力不同，需要根據搜索要素隨時調整探測需求。

1.1 原水面單平臺水聲探測搜索模式的機理

文獻[1]對此類搜索模式進行了詳細研究。此類模式下的前提假設是水面平臺航速較高，潛艇的航速相對較低。在整個搜索過程中，單次水聲搜索的覆蓋范圍遠小于由平臺運動形成的區(qū)域。單次對潛搜索能力與平臺航行速度無關。圖1、圖2分別為單平臺往返巡邏與8字形搜索示意圖。

搜索模式建立準則是水面平臺設置攔截區(qū)域，對潛艇可能潛入的每一條最短路徑，水面平臺均能實施有效探測覆蓋。

圖1 水面平臺往返巡邏搜索示意圖

圖2 水面平臺“8”字型搜索模式示意圖

此類模式優(yōu)點是判斷準則清晰，關聯(lián)物理量簡明，容易在作戰(zhàn)規(guī)劃、實施過程中應用。具體量化特征主要有水面艦/潛艇航速比、搜索攔截線長度、巡邏周期等，詳細描述可參見文獻[1]。此類模式的不足是當水面平臺的航速相比潛艇不是足夠大，即水面平臺的探測能力與航速關聯(lián)時，指導作戰(zhàn)規(guī)劃將產生較大效能偏差。文獻[1]中定義航速比n=vj/vq，其中，vj為水面艦航速，vj為潛艇航速，設聲吶單次搜索最大距離為dt，得到單艦往返搜索最大有效長度計算模型見式（1），單艦“8”字型搜索最大有效長度計算模型見式（2）。

當水面艦/潛艇航速比小于1時，對于“8”字型搜索，水面艦單次巡邏所需時間已超過潛艇突破所需時間，文獻[1]中給出分析結論，此時不適用其所建立的“8”字型搜索數學分析模型，建議采用單艦往返巡邏搜索方式。文獻[1]中dt與航速是獨立的，水面艦航速也一般大于潛艇航速，這與近些年來水面艦“低速靜音”反潛模式不太匹配，且與聲吶裝備的探潛能力與水面艦航速關聯(lián)的事實也不匹配。

1.2 低速水聲探潛搜索模式-引入探潛能力與航速關聯(lián)因子

1.2.1 當單次搜索覆蓋范圍足夠大時，不一定僅能采用往返式搜索

設水面航速為vj，總巡邏時間T0，單次搜索距離dt，若dt＞vj×T0（甚至是遠大于），得到該模式的效果示意圖如圖3所示。

圖3 單次探測能力大于巡航能力示意圖

按同樣的單次探測能力，以“8”字型搜索，得到效果圖如圖4所示。對比圖3、圖4可知，由于單次巡邏的時間限制，“8”字型搜索預計可攔截區(qū)域在圖中Y向，相比往返式稍小。但該模式在目標相對運動控制上有優(yōu)勢，在X向相比往返式有擴展；攔截區(qū)域總面積差異很小。

圖4 單次探測能力大于巡航能力示意圖

1.2.2 航速與單次水聲探測的關聯(lián)性

在 1.2.1節(jié)的情況，若航速與單次水聲探測能力完全無關，則文獻[1]的結論仍是適用的。但是，水聲單次探測能力與航速確實是關聯(lián)的，航速提高后可能產生的影響有：（1）流噪聲高，探測能力下降；（2）某些陣狀態(tài)變差，探測能力降低；（3）某些陣狀態(tài)變好，探測能力上升。這其中的關聯(lián)性，不同的聲基陣、水面艦以及不同的聲吶工作模式，存在不同的關聯(lián)效果，簡單數學公式計算難以正確解析。但從航速對聲吶能力影響的方面分析，可最終表述為聲吶檢測目標的輸出信噪比的變化，用SNRd表示。

對單次探測能力本身就較大的情況，航速逐漸變高（不是特別高，總體而言仍處于低速區(qū)）引起的SNRd，可能在-6～-1 dB（此量值與具體裝備特性直接關聯(lián)，本文僅取典型效果值）。由此產生單次探測能力變化，用dd表示。式（3）、（4）給出了被動探測距離與主動探測距離變化計算模式。

式中，M是由實際聲傳播損失決定的參數（無量綱）。由于SNRd存在變化范圍，M也有變化范圍，dt則是水聲裝備的基礎能力（眾所周知，該能力的變化范圍極大，最大最小值之間可能相差很多倍）。圖5所示的能力變化還是較輕微的情況，圖中虛線圓為變化后的能力，實線圓則與圖3相同。由圖5可見，主要決定覆蓋面積的是水聲裝備單次探測能力。

圖5 單次探測能力變化示意圖

1.3 單次探測能力與航速關聯(lián)后的攔截線分析模型

1.3.1 單艦往返式

根據文獻[1]分析結果，引用其往返式攔截線長度的計算模型式（1），代入式（4），得到：

式中，vj與SNRd是關聯(lián)的，即S1由6個獨立變量決定。

1.3.2 “8”字型搜索

根據文獻[1]中結果，用其“8”字型搜索的攔截線長度的計算模型，將式（4）代入，得到：

式中，L2=L3sinβ，SNRd與vj仍為關聯(lián)量，即S2由7個獨立變量決定。

兩種搜索方式的方程物理實現中，簡化了過程中的轉向機動，對部分機動能力較弱、或對轉向敏感的水聲裝備，必要時應至少加入一個時延變量。

2 仿真分析

2.1 水面平臺較高航速較低單次探測能力

對水面平臺在較高航速時的“8”字型搜索進行仿真，并在每次機動轉向過程中引入時延變量。相關參數取值分別為：L2=15.23 km，n=11.4，dt=25 km，vj=14 kn，β=60°，引入轉向時延變量，并設該時間內不具備探測能力，得到效果圖如圖6所示（圖中紅色線為“8”字巡邏線）。經計算，得到最大攔截線長度約為112 km。

圖6 較高航速“8”字型搜索效果圖

2.2 水面平臺低速大探測能力

對水面平臺在較低航速時的“8”字型搜索進行仿真，并對過程中單次水聲探測能力進行調整。相關參數取值分別為：dt=150 km，vj=3 kn，SNRd取0 dB、-2 dB、-6 dB（對應三種探測能力調整），M取為12，其它同2.1節(jié)的數值（包括引入的轉向時延變量），得到效果圖如圖 7所示（圖中內部小區(qū)域紅色線為“8”字巡邏線）。搜索過程中，水面艦在每種探測能力覆蓋區(qū)域內，隨時保持對潛艇的接觸（即每種探測能力形成的內圈為穩(wěn)定接觸區(qū)域），單次探測能力進行了兩次調整（藍色區(qū)域未調整），最大攔截線長度約為300 km。

圖7 能力調整情況下的“8”字型搜索效果圖

2.3 效果比對分析

較高航速較低單次探測能力情況下，“8”字型搜索顯然較好地擴展了攔截范圍；而低航速單次探測范圍較大時，顯然也具備甚至更大的有效覆蓋范圍。2.2節(jié)的模式支持過程能力調整，更符合水聲裝備實際使用中適時調整參數、實施更優(yōu)化配置式的對抗式搜索。調整后的效果圖明顯表征：同樣條件下，調整到較好的探測狀態(tài)，實現了更優(yōu)的探測能力，覆蓋范圍遠大于其他因素引起的效果。

文獻[2-3]中描述了有關潛艇對抗、突破水面艦艇攔截線的戰(zhàn)法，基本上都是針對潛艇能夠較精準掌握水面艦艇的位置信息和航行規(guī)律的情況下開展的。潛艇在對水面艦艇的對抗中有一定的信息優(yōu)勢，但很難掌握全時段水面艦艇的確切航跡。低速航行讓水面艦艇更隱蔽，聲陣調整使水面艦艇的能力產生大的變化，因此，支持過程調整的低速“8”字型搜索模式，相對而言更具備實戰(zhàn)對抗意義。

本文分析得到的低速大探測范圍效果圖，從另一個層面，提醒使用者發(fā)揮裝備能力很重要，將裝備能力發(fā)揮到盡可能的大，這是逼近最優(yōu)的有效途徑。文獻[4-5]中均引用了國外海軍的一個重要作戰(zhàn)理念：在水文條件復雜的情況下，敵方潛艇采取規(guī)避行動時，與該潛艇保持長時間接觸的能力是至關重要的。

3 結論

本文基于當前水聲裝備特征、水面艦艇與潛艇的航速比變化情況，對水面艦艇低速航行攔載線往返式和“8”字型搜索的能力進行評估，并探討了攔截效果。結論和建議如下：

（1）低速水面艦艇在單次探測能力足夠大的時候，仍可使用往返式及“8”字型搜索。

（2）對低速搜潛的水面艦艇，對潛艇形成航速優(yōu)勢存在困難；發(fā)揮最優(yōu)單次探測能力，對形成有效覆蓋能力，尤為重要。

（3）建議：在更廣泛的水聲裝備使用層面，以更好地發(fā)揮水聲裝備能力為出發(fā)點，研究、開發(fā)、驗證戰(zhàn)術戰(zhàn)法。