聲吶浮標多基地探測綜合效能分析方法研究

陳立綱

（海裝駐杭州地區(qū)軍事代表室，杭州，310023）

聲吶浮標是目前各國海軍普遍使用的航空反潛器材，在反潛固定翼飛機和直升機上廣泛使用[1]。從探測方式來分，聲吶浮標探測可分為被動探測、主動探測和多基地探測。近年來，隨著聲吶浮標技術發(fā)展和軍事需求的推動，聲吶浮標多基地探測方式已從概念走向成熟，目前已在航空反潛中廣泛應用[2]。在搜潛任務中，聲吶浮標多基地探測具有如下優(yōu)勢：

（1）可快速、靈活構建多基地水聲探測態(tài)勢。用于多基地探測的聲源浮標和接收浮標通過固定翼反潛巡邏飛機或反潛直升機空投布放，相比水面艦艇聲吶，在構建多基地水聲探測態(tài)勢時更快速、更靈活。

（2）多向接收目標回波，抑制潛艇規(guī)避。聲吶浮標多基地探測時，聲源浮標發(fā)射聲脈沖，多個接收基地的接收浮標同時接收目標回波。相比收發(fā)一體的單基地主動探測，多基地探測可有效抑制潛艇通過戰(zhàn)術規(guī)避減小目標反射強度，削弱聲吶探測性能。

（3）能在搜潛任務區(qū)域局部形成隱蔽探測。多基地探測時，發(fā)射基地和接收基地分開布置，潛艇雖容易發(fā)現發(fā)射基地位置，但難以確定接收基地位置，使得在任務區(qū)域形成局部隱蔽探測，有利于探測方取得信息優(yōu)勢，對水下目標實施持續(xù)跟蹤。

聲吶浮標多基地探測時，除浮標產品性能、水文條件等因素外，浮標陣型因素，如浮標陣中聲源浮標和接收浮標數量、浮標間距、聲源浮標和接收浮標相對位置等，也會對搜潛效能產生較大影響。本文主要討論聲吶浮標多基地探測中陣型因素對搜潛效能的影響，探討聲吶浮標多基地探測綜合效能評估方法的可行性。

1 聲吶浮標多基地探測原理

聲吶浮標多基地探測時，聲源浮標和接收浮標從飛機上投放，布陣完成后，聲源浮標按預設程序周期發(fā)射或按機上遙控命令發(fā)射聲脈沖信號，接收浮標接收直達波信號和目標回波信號，并將接收到的聲信號通過無線電發(fā)送至機上的聲吶浮標處理系統(tǒng)中進行處理。

機上的聲吶浮標處理系統(tǒng)接收到浮標上傳數據后，根據聲源浮標和接收浮標之間的幾何構型、聲源浮標發(fā)射聲脈沖時刻，計算聲脈沖直達波到達接收浮標的時刻，在此時刻附近，對直達波的信號進行檢測，若發(fā)現直達波信號，則啟動對接收浮標數據的處理，檢測目標回波信號，確定回波方位和時刻，結合聲源浮標位置和接收浮標位置，確定目標位置[3]。

2 聲吶浮標多基地探測概率模型

多基地聲吶的探測概率模型類比單基地探測模型，計算目標的等效距離eR，并將eR代入單基地聲吶的距離-探測概率函數中，獲取該態(tài)勢下的多基地聲吶的空間網格探測概率[4]。雙基地探測的目標等效距離為

式中，Rst和Rtr分別為目標到發(fā)射基地、接收基地的距離，如圖1 所示。

圖1 多基地探測態(tài)勢

當發(fā)射浮標和接收浮標位置重合時，實際上是多基地探測退化為常規(guī)的單基地探測，假定此時的聲吶的探測距離為R。利用距離-探測概率函數表示目標在不同距離處的探測概率。實際的距離-探測概率函數需要從聲吶接收機的探測模型導出，為研究方便，距離-探測概率函數指數函數可用費米函數近似。指數函數：

式中，R為作用距離，b為擴散系數，擴散系數決定探測概率函數的“拖尾”情況，在本文仿真中采用費米函數近似浮標的距離-探測概率曲線，其中擴散系數b取0.5。圖2 給出費米函數和指數函數的距離-探測概率曲線。

圖2 距離-探測概率曲線

假定浮標雙基地探測的收發(fā)基地間距d分別為0、R、2R和3R時浮標探測概率的空間網格分布如圖3 所示，圖中橫縱坐標均為歸一化距離。

圖3 雙基地空間網格的探測概率

3 布陣綜合效能分析

本文主要從浮標陣的搜索面積、經濟費用兩方面分析浮標陣的綜合效能。為不失一般性，以4 行×4列的浮標陣為例開展綜合效能分析。

3.1 布陣陣型假設

根據聲源浮標的布放陣位不同，假定以下四種浮標布陣方式，用以仿真研究其綜合探測效能的分析方法。

陣型1：（1）聲源浮標和接收浮標1∶1 配置，各16 枚；（2）在同一陣位上成對布置一枚聲源浮標和接收浮標；（3）同一行和同一列上各陣位間距為d。陣型如圖4 所示。

圖4 陣型1 示意

陣型2：（1）聲源浮標和接收浮標1∶4 配置，聲源浮標4 枚，接收浮標16 枚；（2）聲源浮標位于陣中型F、G、J、K 位置；（3）浮標陣中各陣位間距與陣型1 相同。陣型如圖5 所示。

圖5 陣型2 示意

陣型3：（1）聲源浮標和接收浮標9∶16 配置，聲源浮標9 枚，接收浮標16 枚；（2）每枚聲源浮標位于四個相鄰接收浮標構成的正方形中心位置；（3）浮標陣中各陣位間距如圖6 所示。

圖6 陣型3 示意

陣型4：（1）聲源浮標和接收浮標6∶16 配置，聲源浮標6 枚，接收浮標16 枚；（2）每枚聲源浮標位于四個相鄰接收浮標構成的正方形中心位置，陣兩側各布置3 枚聲源浮標；（3）浮標陣中各陣位間距如圖7 所示。

圖7 陣型4 示意

3.2 綜合效能評估

上述4 種浮標陣的效費比如表2 所示。

表1 聲吶浮標多基地歸一化探測面積指數

表2 聲吶浮標多基地探測的效費比指數

圖8 給出了4 種假設陣型布陣間距d分別為1R、1.5R、2R、2.5R、3R時的綜合效費比的柱狀圖。圖9 為本文模型計算出的搜索面積最大的布陣方式，圖10 為綜合效能最高的布陣方式。仿真結果表明，在本文的假設條件下，可以通過本模型綜合評估聲吶浮標多基地探測的搜索面積和經濟費用，計算布陣的綜合效費比。

圖8 4 種假定陣型的綜合效費比

圖9 陣型1 采用2.5R 間距布陣的搜索范圍

圖10 陣型3 采用3R 間距布陣的搜索范圍

4 結論

本文從搜索面積和經濟費用的角度，提出了一種聲吶浮標多基地探測的綜合效能分析方法，并通過仿真計算對假定陣型開展了分析研究，初步形成了浮標優(yōu)化布陣的評估方法。當然，在實際評估中，還需要考慮具體任務要求、應召信息置信度、布陣時間等因素，對浮標布陣開展更為具體、全面的效能分析。