水面艦艇對(duì)潛搜索的主要影響因素及難度評(píng)估?

易成濤 李 偉 蘭國(guó)輝 王書曉

（海軍大連艦艇學(xué)院 大連 116018）

1 引言

反潛作戰(zhàn)是水面艦艇重要的作戰(zhàn)應(yīng)用形式之一。潛艇隱蔽性強(qiáng)、破壞性大，對(duì)海上交通線或重要海上目標(biāo)的安全構(gòu)成重大威脅［1，2］。水面艦艇反潛作戰(zhàn)就是在有限的海域內(nèi)進(jìn)行搜索并以艦載反潛武器進(jìn)行攻擊，由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，水面艦艇對(duì)潛搜索往往難度較大，迫切需要進(jìn)行衡量并據(jù)此選擇有利的搜索攻擊策略。

2 影響對(duì)潛搜索的因素分析

截至目前，水面艦艇對(duì)潛搜索仍主要依靠各類聲納設(shè)備，所以，對(duì)潛搜索的效果主要取決于海洋環(huán)境對(duì)聲波傳播的影響程度［3］。海水垂直結(jié)構(gòu)及水深、海面氣象情況和搜索海域面積直接影響搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。

影響對(duì)潛搜索的核心要素可以歸納為以下幾點(diǎn)：

1）海表溫度。根據(jù)聲波在海水中傳播的獨(dú)特規(guī)律，當(dāng)海水垂直方向溫差變化劇烈時(shí)，聲線傳播規(guī)律不易掌握，發(fā)現(xiàn)潛艇的難度陡然增大，由于底層水溫較穩(wěn)定，所以，夏秋季節(jié)普遍較冬春季節(jié)更難以成功實(shí)現(xiàn)對(duì)潛搜索。

2）水深條件。淺水對(duì)于對(duì)潛搜索極為有利，當(dāng)水深大于某一數(shù)值時(shí)開(kāi)始鈍化，在某一臨界點(diǎn)時(shí)搜索難度急劇變大或變小。

3）海況。海面噪聲能顯著影響聲納回波的清晰度，在大風(fēng)浪航行時(shí)幾乎無(wú)法探測(cè)微弱的聲納回波。

4）搜索面積。潛艇可能存在的海域面積是對(duì)潛搜索成敗的重要因素。當(dāng)面積超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，發(fā)現(xiàn)潛艇的概率呈幾何速度下降，尤其在深海區(qū)，對(duì)潛搜索將異常困難。

5）洋流情況。洋流能顯著改變海水垂直結(jié)構(gòu)的鹽度分布，從而改變海水密度，會(huì)使聲納定位錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)形成的聲道會(huì)繞過(guò)聲納，導(dǎo)致無(wú)法探測(cè)。

3 對(duì)潛搜索的難度評(píng)估

海洋環(huán)境對(duì)搜潛作戰(zhàn)的影響是客觀存在的，在評(píng)價(jià)影響程度時(shí)，既可以快速進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)，也可以借助模型和計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)給出定量的評(píng)估［4～7］。

3.1 定性評(píng)估

定性評(píng)估的評(píng)估者是現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估員，評(píng)估的特點(diǎn)是速度快、現(xiàn)場(chǎng)性強(qiáng)，主觀性強(qiáng)，可能造成較大評(píng)估誤差，不能進(jìn)行預(yù)先判斷，從而無(wú)法據(jù)此制定行動(dòng)計(jì)劃。當(dāng)上述五個(gè)方面因素都不利于對(duì)潛搜索時(shí)，評(píng)估員可能給出“極為不利”的評(píng)估意見(jiàn)；當(dāng)有三個(gè)或四個(gè)不利因素時(shí)，評(píng)估結(jié)果可能是“相當(dāng)不利”或“非常不利”；當(dāng)只有一個(gè)或兩個(gè)不利因素時(shí)，評(píng)估結(jié)果可能是“不利”或“較為不利”，不同的評(píng)估員對(duì)于評(píng)估意見(jiàn)的不同理解是造成評(píng)估結(jié)論不同的根本原因。

定性評(píng)估的另一缺陷便是對(duì)于不同要素權(quán)重的把握不盡科學(xué)準(zhǔn)確，評(píng)估結(jié)論嚴(yán)重依賴主觀偏好，思維模式固化，對(duì)于影響因素優(yōu)劣的判定也不能做到準(zhǔn)確客觀。

3.2 定量評(píng)估

定量評(píng)估是對(duì)特定反潛戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境優(yōu)劣的量化描述，應(yīng)能客觀準(zhǔn)確描述對(duì)潛搜索作戰(zhàn)的困難程度，根據(jù)各類因素對(duì)搜索作戰(zhàn)的影響機(jī)理，可以把評(píng)估模型大致分為分別單獨(dú)求取影響指數(shù)、科學(xué)合理確定權(quán)重、綜合求取難度系數(shù)三個(gè)步驟。

1）單獨(dú)求取影響指數(shù)

影響指數(shù)，是指某一個(gè)因素對(duì)于搜索作戰(zhàn)影響的表征量，本模型中，影響指數(shù)賦值范圍為0～100，越小意味著影響越大，聲納使用越困難，越大則表示越有利于聲納使用。若指數(shù)接近100，表示在這一方面水聲條件極佳，處于聲納反潛的最佳狀態(tài)；若指數(shù)接近于0，則表示幾乎無(wú)法利用聲納進(jìn)行對(duì)潛搜索。

（1）海表溫度指數(shù)：在海面不結(jié)冰的前提下，海面溫度有一個(gè)最佳值，溫度偏高或偏低均不利于聲納的水下傳播，可以根據(jù)理論與實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果給出一個(gè)關(guān)于海表溫度（t）的影響指數(shù)函數(shù)表達(dá)式index1=f(t)；

（2）水深指數(shù)：在其他條件不變的情況下，水深越小對(duì)反潛搜索越有利，但是也有一個(gè)水深的最小值，否則潛艇無(wú)法自由機(jī)動(dòng)。如果用d來(lái)代表水深，則水深指數(shù)的表達(dá)式記為index2=f(d)；

（3）海況指數(shù)：風(fēng)和浪在海面產(chǎn)生的噪聲和混響嚴(yán)重干擾聲納信號(hào)的監(jiān)測(cè)偵聽(tīng)，所以海況指數(shù)包含兩個(gè)因素，風(fēng)速（wind）和浪級(jí)（wave），海況指數(shù)可表示為index3=f(wind，wave)；

（4）搜索海域面積指數(shù)。對(duì)潛搜索的難度與指定搜索海域面積呈幾何關(guān)系增加，所以務(wù)必要采取措施盡量減小搜索海域面積（s），影響指數(shù)可表示為index4=f(s)；

（5）洋流指數(shù)：大洋深處的洋流可以顯著影響溫躍層的立體分布，對(duì)聲波的傳播造成巨大和不可控的影響，使各型聲納的戰(zhàn)技術(shù)性能不能正常發(fā)揮，好處是洋流在世界各大洋的地理分布具有固定性，因此洋流指數(shù)可表示為經(jīng)度（λ）和緯度（φ）的函數(shù)index5=f(φ，λ)。

2）科學(xué)合理確定權(quán)重

各影響指數(shù)確立以后，可以聘請(qǐng)專業(yè)人員對(duì)任意兩個(gè)要素的重要性進(jìn)行對(duì)比，寫出判斷矩陣，進(jìn)而求得各自科學(xué)權(quán)重［8～10］。

如果給出的矩陣如下

利用Matlab計(jì)算軟件求解的最大特征值λmax為5.0155，滿足一致性要求。

那么，五部分的權(quán)重應(yīng)為w1:w2:w3:w4:w5=0.0849：0.3783：0.1736：0.2483：0.1150。

3）綜合求取難度系數(shù)

將五部分的影響指數(shù)與各自權(quán)重加權(quán)即可求取綜合難度系數(shù)，即特定海洋環(huán)境下反潛搜索作戰(zhàn)的難度系數(shù)為。

3.3 定量評(píng)估的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)

定量評(píng)估必須借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)預(yù)先實(shí)現(xiàn)，否則無(wú)法快速準(zhǔn)確計(jì)算，也不能為決策提供有價(jià)值的輔助信息［11～12］。預(yù)先計(jì)算的素材包括海洋立體環(huán)境信息、洋流分布資料、所需海域的海洋數(shù)字氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品等，計(jì)算流程如圖1所示。

圖1 基于五因素的海洋環(huán)境影響對(duì)潛搜索作戰(zhàn)效能評(píng)估構(gòu)架

4 結(jié)語(yǔ)

海洋之中水聲環(huán)境復(fù)雜，海水本就屬于一種致密介質(zhì)，聲波能量在海水中衰減極快，微弱的聲波信號(hào)極易受到各種海洋環(huán)境的干擾，從而嚴(yán)重影響對(duì)潛搜索的作戰(zhàn)效能。研究海洋環(huán)境因素對(duì)聲納武器使用的效能影響能夠幫助指揮員制定正確的反潛戰(zhàn)術(shù)，提高搜索效率，從而消除水下威脅，對(duì)于保護(hù)主力艦只、取得局部制海權(quán)具有重要意義。