反潛直升機(jī)應(yīng)召搜潛效能評(píng)估

竹建東 王化吉 孫黎靜 李宏宇 許恒博

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 江西省景德鎮(zhèn)市 333001）

1 引言

潛艇以自身極強(qiáng)的隱蔽性的特點(diǎn)，加上現(xiàn)代潛艇朝高速、深潛和低噪聲方向發(fā)展，使搜索發(fā)現(xiàn)潛艇更加困難和復(fù)雜。潛艇，特別是核潛艇已成為現(xiàn)代海戰(zhàn)中極具威脅的突襲手段，其具有巨大的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略威懾意義。因此，在海戰(zhàn)中，及時(shí)有效地探測(cè)并跟蹤敵方潛艇位置、航行速度和方向等特征參數(shù)，是投放空投魚雷和深水炸彈的先決條件之一，同時(shí)取得海戰(zhàn)場(chǎng)上的主動(dòng)權(quán)也是各國(guó)海軍不斷研究和探索的問題。

目前世界各國(guó)海軍的大中型反潛水面艦艇普遍裝備有一架或多架反潛直升機(jī)，反潛直升機(jī)已成為水面艦艇近程警戒、應(yīng)召反潛和航道開航的重要手段。本文基于上述情況，對(duì)反潛直升機(jī)的應(yīng)召反潛效能進(jìn)行評(píng)估。

2 反潛直升機(jī)特點(diǎn)和探潛裝備

2.1 反潛直升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

反潛直升機(jī)相對(duì)其他反潛兵力的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）起降方便，搜索效率高；

（2）機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、速度快；

（3）探測(cè)距離遠(yuǎn)、定位精度高；

（4）隱蔽性好、受敵威脅小。

2.2 反潛直升機(jī)探潛裝備

反潛直升機(jī)的航空探潛裝備主要分為聲學(xué)探測(cè)和非聲學(xué)探測(cè)兩大類。由于聲波在海水介質(zhì)中的良好傳播特性，因此聲學(xué)探測(cè)是目前航空反潛的主要探測(cè)方式，其中吊放聲納和聲納浮標(biāo)是反潛直升機(jī)的主要反潛探測(cè)設(shè)備。

2.2.1 吊放聲納

吊放聲納是利用吊放電纜將水下分機(jī)下放至水中一定深度處對(duì)潛艇目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，反潛直升機(jī)飛臨指定海區(qū)執(zhí)行搜潛任務(wù)時(shí)，懸停在目標(biāo)海域上空一定高度，利用吊聲絞車收放系統(tǒng)將水下分機(jī)下放，一般先采用被動(dòng)探測(cè)方式進(jìn)行探潛搜索，當(dāng)收到潛艇噪聲信號(hào)后，再用主動(dòng)探測(cè)方式發(fā)射聲脈沖信號(hào)，探測(cè)目標(biāo)的回波，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位[1]。

2.2.2 聲納浮標(biāo)

聲納浮標(biāo)主要用來警戒搜索和航道搜索，或在某些特殊場(chǎng)景下廣撒多枚聲納浮標(biāo)對(duì)某片有可疑目標(biāo)的海區(qū)進(jìn)行持續(xù)性檢測(cè)。但聲納浮標(biāo)為一次性產(chǎn)品，往往有時(shí)間性限制。

3 應(yīng)召反潛效能分析[2-5]

3.1 反潛直升機(jī)搜潛系統(tǒng)應(yīng)召反潛效能分析

應(yīng)召反潛是獲得敵潛艇的情報(bào)后，反潛直升機(jī)迅速抵達(dá)指定海區(qū)，以吊放聲納、聲納浮標(biāo)、磁探儀為主，快速完成對(duì)潛艇的搜索和定位，最后使用航空魚雷或深水炸彈實(shí)施攻擊。

3.1.1 吊放聲納應(yīng)召反潛流程

反潛直升機(jī)出航和吊放聲納點(diǎn)水過程示意如圖1 所示，搜潛過程一般為得知目標(biāo)概略位置后，以巡航高度快速抵達(dá)目標(biāo)上空，按一定懸停高度進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)結(jié)束后按懸停策略進(jìn)行下一點(diǎn)水點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，懸停間距一般按吊放聲納作用距離的1.5 ～2 倍選擇。

3.1.2 吊放聲納應(yīng)召反潛效能分析

圖1：直升機(jī)航渡和吊放聲納點(diǎn)水示意圖

圖2：圓形法計(jì)算搜索面積

在反潛兵力戰(zhàn)術(shù)層次上，用發(fā)現(xiàn)潛艇的概率作為反潛直升機(jī)在執(zhí)行搜潛任務(wù)時(shí)作戰(zhàn)效能的主要指標(biāo)。在海區(qū)執(zhí)行搜潛任務(wù)，發(fā)現(xiàn)潛艇的概率是根據(jù)搜索理論的基礎(chǔ)--發(fā)現(xiàn)一次概率確定：

式中，ρ：所有參加搜索的反潛直升機(jī)發(fā)現(xiàn)潛艇的密度；tss：反潛直升機(jī)搜索時(shí)間（h）。

發(fā)現(xiàn)密度ρ 是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)潛艇的數(shù)學(xué)期望數(shù)，它取決于反潛直升機(jī)的數(shù)量、搜索效率、搜索區(qū)內(nèi)潛艇數(shù)量和搜索區(qū)面積：

式中，Si：每架反潛直升機(jī)的搜索效率（km2/h）；S∑：敵潛艇可能存在的區(qū)域面積，即需要搜索的面積（km2）。

3.1.2.1 搜索區(qū)面積

要搜索的面積取決于潛艇丟失點(diǎn)誤差、潛艇的速度、反潛直升機(jī)到達(dá)海區(qū)的時(shí)間、導(dǎo)航精度等?？赡艽嬖跐撏^(qū)域面積取決于預(yù)報(bào)潛艇位置的誤差、延遲時(shí)間內(nèi)潛艇逃離的范圍和搜索期間潛艇繼續(xù)逃離的范圍，可以認(rèn)為是一個(gè)以R 為半徑的圓。

式中，r0：預(yù)報(bào)潛艇位置的誤差圓半徑（km）；Tyc：從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到反潛直升機(jī)到達(dá)發(fā)現(xiàn)潛艇點(diǎn)的延遲時(shí)間（h）；Vm：敵潛艇速度（km/h）；tss：反潛直升機(jī)搜索時(shí)間（h）。

3.1.2.2 反潛直升機(jī)搜索效率

搜索效率是指反潛直升機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)搜索的有效面積。搜索效率是每組反潛直升機(jī)搜索潛艇的性能特點(diǎn)，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量，數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)搜索潛艇的面積。計(jì)算搜索面積的方法有兩種，一種是按矩形求面積法（簡(jiǎn)稱矩形法），另一種是按搜索圓求面積法（簡(jiǎn)稱圓形法）。這里選擇搜索圓求面積法。

表1：不同水文條件下，應(yīng)召反潛的發(fā)現(xiàn)概率

表2：不同水文條件下，聲納浮標(biāo)應(yīng)召反潛的發(fā)現(xiàn)概率

表3：浮標(biāo)最大包圍半徑

表4：需要搜素區(qū)域的半徑

表5：吊放聲納的搜潛效能

式中：n 為每小時(shí)懸停次數(shù)，dds為吊放聲納作用距離，Sc為相鄰探測(cè)圓的重疊面積，W 為搜索寬度。

相鄰兩探測(cè)圓重疊部分（圖中陰影部分）的面積為：

3.1.3 聲納浮標(biāo)應(yīng)召反潛流程

使用聲納浮標(biāo)進(jìn)行應(yīng)召反潛時(shí)，根據(jù)敵潛艇的信息確定搜索方法。當(dāng)已知敵潛艇航行扇面時(shí)，通常布設(shè)角形、V 字型浮標(biāo)陣形。當(dāng)不知敵潛艇航行方向時(shí)，通?？刹荚O(shè)圓形、矩形等浮標(biāo)陣型。

所需投放的聲納浮標(biāo)的數(shù)量和布陣半徑一般與敵潛艇航速范圍、任務(wù)時(shí)間、采用何種類型浮標(biāo)、載機(jī)飛行速度和數(shù)量等參數(shù)有關(guān)。

3.1.4 聲納浮標(biāo)應(yīng)召反潛效能分析

將至少一個(gè)浮標(biāo)發(fā)現(xiàn)潛艇的概率作為評(píng)價(jià)浮標(biāo)搜索效率的標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)現(xiàn)潛艇的概率由式（7）確定：

式（7）中，n 為浮標(biāo)數(shù)量，d 代表浮標(biāo)探測(cè)距離，Pl為浮標(biāo)完好率，Pr獲得目標(biāo)接觸及識(shí)別的概率，S 為搜索區(qū)域面積。要求從布放第一枚浮標(biāo)開始，直升機(jī)連續(xù)監(jiān)聽浮標(biāo)區(qū)中所有浮標(biāo)。

要搜索的面積取決于預(yù)報(bào)潛艇位置誤差半徑、潛艇的速度、反潛直升機(jī)到達(dá)海區(qū)的時(shí)間、導(dǎo)航精度等?？赡艽嬖跐撏^(qū)域面積取決于預(yù)報(bào)潛艇位置的誤差、延遲時(shí)間內(nèi)潛艇逃離的范圍，可以認(rèn)為是一個(gè)以R 為半徑的圓。

式中，r0：預(yù)報(bào)潛艇位置的誤差圓半徑（km）；Tyc：從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到反潛直升機(jī)到達(dá)發(fā)現(xiàn)潛艇點(diǎn)的延遲時(shí)間（h）；Vm：敵潛艇速度（km/h），Tbf為完成圓形浮標(biāo)陣形布放時(shí)間。

3.2 艦載聲納裝備與艦載直升機(jī)應(yīng)召反潛仿真分析

3.2.1 反潛直升機(jī)吊放聲納實(shí)現(xiàn)載艦應(yīng)召反潛效能計(jì)算

艦載聲納應(yīng)召反潛的搜索區(qū)域面積大小與預(yù)報(bào)潛艇位置的誤差圓半徑、從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到反潛直升機(jī)到達(dá)發(fā)現(xiàn)潛艇點(diǎn)的延遲時(shí)間、敵潛艇速度、反潛直升機(jī)搜索時(shí)間有關(guān)。

在潛艇6kn 的逃逸速度情況下，反潛直升機(jī)基準(zhǔn)作戰(zhàn)半徑120km，設(shè)定作戰(zhàn)半徑為相應(yīng)的聲納作用距離，直升機(jī)飛行速度180 千米/小時(shí)，吊放聲納作用距離為6km/12km，載艦以15 節(jié)速度航行，良好水文條件下的搜索潛艇的發(fā)現(xiàn)概率見表1。

3.3.2 反潛直升機(jī)聲納浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)載艦應(yīng)召反潛效能計(jì)算

當(dāng)艦載聲納發(fā)現(xiàn)疑似潛艇目標(biāo)時(shí)，利用反潛直升機(jī)上的聲納浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)載艦的應(yīng)召反潛任務(wù)。假設(shè)聲納浮標(biāo)在良好水文條件下的作用距離為3 km/4.5km，浮標(biāo)存活率為80%，目標(biāo)識(shí)別率80%。

載艦應(yīng)召反潛的搜索區(qū)域面積大小與預(yù)報(bào)潛艇位置的誤差圓半徑、從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到反潛直升機(jī)到達(dá)發(fā)現(xiàn)潛艇點(diǎn)的延遲時(shí)間、敵潛艇速度、聲納浮標(biāo)布放時(shí)間有關(guān)。

在潛艇6kn 的逃逸速度情況下，反潛直升機(jī)基準(zhǔn)作戰(zhàn)半徑120km，設(shè)定作戰(zhàn)半徑為相應(yīng)的聲納作用距離，直升機(jī)飛行速度180 千米/小時(shí)。載艦以15 節(jié)速度航行時(shí)，各種水文條件下的搜索潛艇的發(fā)現(xiàn)概率見表2。

3.3.3 反潛直升機(jī)吊放聲納和聲納浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)載艦應(yīng)召反潛效能計(jì)算

利用反潛直升機(jī)吊放聲納和聲納浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)載艦的應(yīng)召反潛，由于反潛直升機(jī)受空間限制一般只配備一個(gè)反潛戰(zhàn)位，所以要利用吊放聲納和聲納浮標(biāo)的協(xié)同應(yīng)召反潛，則至少需要兩架反潛直升機(jī)，分別使用吊放聲納和聲納浮標(biāo)。

根據(jù)3.3.1 和3.3.2 節(jié)的分析，聲納浮標(biāo)采用圓形浮標(biāo)陣形或者矩形浮標(biāo)陣形，且在所有聲納浮標(biāo)布放完成后，吊放聲納開始作業(yè)。存在兩種情況，一種是圓形浮標(biāo)陣形的半徑大于或等于需要搜索區(qū)域的半徑，另一種是圓形浮標(biāo)陣形的半徑小于需要搜索區(qū)域的半徑，下面分析前一種情況的發(fā)現(xiàn)概率。

當(dāng)圓形浮標(biāo)陣形的半徑大于或等于需要搜索區(qū)域的半徑時(shí)，首先將聲納浮標(biāo)布成圓形陣形，包圍要搜索的區(qū)域。然后利用吊放聲納在包圍區(qū)域內(nèi)進(jìn)行反潛作業(yè)。一旦聲納浮標(biāo)形成了包圍圈，在裝載浮標(biāo)處理系統(tǒng)的直升機(jī)留空時(shí)間或者裝載吊放聲納的直升機(jī)留空時(shí)間（取小值）內(nèi)，發(fā)現(xiàn)潛艇的概率取決于吊放聲納搜索概率或者浮標(biāo)的識(shí)別概率乘積。

表3 代表不同聲納浮標(biāo)數(shù)量，在作用距離為3km、良好水文條件和完好率為80%情況下，圓形浮標(biāo)陣所能包圍區(qū)域的最大海域半徑。

利用2 架反潛直升機(jī)，分別裝載吊放聲納和聲納浮標(biāo)。在潛艇6kn 的逃逸速度情況下，反潛直升機(jī)基準(zhǔn)作戰(zhàn)半徑120km，設(shè)定作戰(zhàn)半徑為相應(yīng)的艦載聲納作用距離，直升機(jī)飛行速度180 千米/小時(shí)，每架機(jī)攜帶16 枚被動(dòng)全向浮標(biāo)。當(dāng)載艦以15 節(jié)航速航行時(shí)，良好水文條件下，根據(jù)表4 和表5 分析結(jié)果可知采用吊放聲納搜潛的發(fā)現(xiàn)概率為100%，因此最終發(fā)現(xiàn)概率取決于浮標(biāo)的識(shí)別概率。

4 結(jié)論

在潛艇6kn 的逃逸速度情況下，反潛直升機(jī)基準(zhǔn)作戰(zhàn)半徑120km，設(shè)定作戰(zhàn)半徑為相應(yīng)的聲納作用距離，直升機(jī)飛行速度180 千米/小時(shí)，每架機(jī)攜帶16 枚被動(dòng)全向浮標(biāo)，浮標(biāo)完好率80%，浮標(biāo)識(shí)別概率為80%，良好水文條件下吊放聲納作用距離為6km。在這些條件下：

（1）在目前的戰(zhàn)技指標(biāo)情況下，單純利用2 架反潛直升機(jī)上的吊放聲納執(zhí)行載艦的應(yīng)召反潛任務(wù)，發(fā)現(xiàn)概率偏低，不能滿足要求；當(dāng)指標(biāo)成倍提升時(shí)，單架機(jī)的搜潛發(fā)現(xiàn)概率依然偏低，但雙機(jī)協(xié)同時(shí)，發(fā)現(xiàn)概率較優(yōu)；

（2）在目前的戰(zhàn)技指標(biāo)情況下，單純利用反潛直升機(jī)上的被動(dòng)全向聲納浮標(biāo)，無論是單機(jī)還是雙機(jī)協(xié)同，其發(fā)現(xiàn)概率都偏低；但當(dāng)技術(shù)指標(biāo)增長(zhǎng)50%時(shí)，其單機(jī)搜潛發(fā)現(xiàn)概率已可滿足載艦的應(yīng)召反潛需求；

（3）在目前的戰(zhàn)技指標(biāo)情況下，利用2 架直升機(jī)，1 架裝載吊放聲納，1架裝載聲納浮標(biāo)，可以較好的實(shí)現(xiàn)載艦的應(yīng)召反潛需求，發(fā)現(xiàn)概率取決于浮標(biāo)識(shí)別概率。

（4）當(dāng)?shù)醴怕暭{的最大作用距離提高到12km 時(shí)，利用反潛直升機(jī)上的吊放聲納執(zhí)行載艦的應(yīng)召反潛任務(wù)，良好水文條件下雙機(jī)協(xié)同反潛時(shí)，發(fā)現(xiàn)概率可以達(dá)到83.4%。

從上述分析結(jié)論可知，提高反潛直升機(jī)吊放聲納和聲納浮標(biāo)的探測(cè)指標(biāo)對(duì)基于載艦應(yīng)召反潛效能有著重大意義。要達(dá)到同樣的搜潛效能，不僅可節(jié)約艦載直升機(jī)的數(shù)量，也可靈活選擇單架直升機(jī)或者雙機(jī)進(jìn)行協(xié)同。

今后，隨著吊放聲納的探測(cè)能力以及聲納浮標(biāo)種類和指標(biāo)的提升，上述分析對(duì)反潛直升機(jī)的應(yīng)召反潛具有一定的指導(dǎo)意義，也可得出水聲探測(cè)指標(biāo)的提升對(duì)搜潛效能的重大意義，因此提升反潛直升機(jī)的搜潛能力迫在眉睫。