水下聲吶探測系統(tǒng)信息支持下的直接攻潛作戰(zhàn)仿真

韓 強，李居偉，呂 收

（海軍航空大學，山東 青島 266041）

水下預警探測是反潛作戰(zhàn)的重要一環(huán)。美軍先后建立的固定分布式系統(tǒng)（FDS）、先進可部署系統(tǒng)（ADS）等水下預警探測系統(tǒng)[1]，可使其反潛作戰(zhàn)中心（ASWOC）具備強大的水下作戰(zhàn)能力[2]。我國岸基水聲警戒系統(tǒng)建設起步較晚[3]，應加快對其作戰(zhàn)使用研究的進度。隨著水下預警探測和反潛魚雷技術的不斷進步，在水下聲吶探測條件允許的情況下，直接攻潛作戰(zhàn)將是1 種新型反潛作戰(zhàn)樣式，值得深入研究。直接使用水中兵器進行攻潛作戰(zhàn)，能夠增強水下預警系統(tǒng)的隱蔽性，增強水下火力打擊的突然性，進而取得較好的攻潛作戰(zhàn)效能。

1 直接攻潛兵力和基本條件

綜合考慮各類反潛平臺的固有特點，空中反潛平臺應是實施直接攻潛作戰(zhàn)的首選兵力。文獻[4]開展了水下預警體系建模與仿真，研究了航空反潛兵力配置等反潛作戰(zhàn)問題。文獻[5]研究了水下預警探測聲吶基陣與反潛兵力融合運用中的作戰(zhàn)指揮、信息溝通和兵力使用問題，提出了在航空反潛兵力、水面反潛艦艇、反潛潛艇3種兵力中，航空反潛兵力是與水下預警探測聲吶基陣進行融合運用的最佳兵力。這是由于通常在掌握制空權的情況下，航空反潛兵力的作戰(zhàn)行動一般不會受到火力威脅，常處于非對稱對抗的優(yōu)勢狀態(tài)，飛機與岸上實現通信聯絡和信息共享也相對容易。

然而，水下預警條件下的直接攻潛作戰(zhàn)必須滿足一定條件才能進行。貿然使用武器，若無法準確迅速達成作戰(zhàn)目標，必然會引起敵潛艇警覺對抗，對后續(xù)跟蹤攻擊將造成不利影響。能否直接做出使用攻潛武器的基本判定，須基于對預期攻擊效果的評估。因此，實施直接火力攻潛前，應首先進行預先攻潛效果評估，在判定能夠取得較好效果的前提下實施，才能避免打草驚蛇，不致貽誤戰(zhàn)機。

本文主要研究水下預警條件下，假設能夠順利開展直接攻潛作戰(zhàn)，該戰(zhàn)法對水下預警探測能力和魚雷使用方式的基本要求。通過建立融合水文環(huán)境信息的攻潛作戰(zhàn)效果評估模型，開展空中反潛平臺在水下聲吶探測基陣目標指示下的攻潛效果仿真分析，根據攻潛效果分析結論，總結歸納實施空投魚雷直接攻潛作戰(zhàn)使用方法。

2 攻潛效能評估

在魚雷攻潛效能評估方法中，通常以空投魚雷的攻潛命中概率為評估指標[6]。本文采用與文獻[7]相似的模擬法建立效能評估模型。不同的是，文獻[7]根據魚雷技戰(zhàn)術性能指標，事先確定不同態(tài)勢下對某種艦艇的自導作用距離，采用數據表格形式代入模擬法仿真過程，這一處理過于簡單且理想化，而魚雷自導作用距離對攻潛效果影響至為重要[8-9]。本文也參考了文獻[10]的研究方法和結論，將戰(zhàn)場水文環(huán)境條件引入魚雷目標檢測過程，以增強模擬法效能評估的可信度。

魚雷攻潛效能評估基本過程如下：首先，輸入作戰(zhàn)區(qū)域聲速曲線，進而計算傳播損失，建立不同聲源深度的聲場參數；然后，根據聲吶基陣給出的水下目標定位精度，模擬目標潛艇的初始位置和運動狀態(tài)；最后，進行空投魚雷攻潛過程的全彈道模擬[11]。

在攻潛過程全彈道模擬中，魚雷按照既定的圖形彈道進行搜索，不斷依據相對位置關系，采用已經建立的聲場數據，對發(fā)現的目標進行判定，進而進行命中目標的判定。若魚雷命中，則完成1 次模擬攻擊。在此基礎上，采用蒙特卡洛法計算命中概率。計算流程圖，如圖1所示。

圖1 空投魚雷命中概率計算流程圖Fig.1 Flowchart of the calculation of torpedo hit probability

2.1 水文環(huán)境模擬

在魚雷攻潛作戰(zhàn)仿真中引入水文環(huán)境的模擬，將魚雷的目標搜索能力與傳播損失及聲速梯度相互關聯，能夠反映出水下環(huán)境的復雜程度對魚雷攻擊效果的影響，提升攻潛過程仿真的逼真度。

采用以射線聲學理論為基礎的Bellhop模型[12]，根據海區(qū)聲速梯度進行聲場傳播損失計算[13]，為魚雷自導系統(tǒng)在攻潛過程中進行目標信號檢測提供聲場條件。某典型條件下，深度60 m聲源形成的聲場計算結果，如圖2所示。

圖2 典型條件下聲場計算結果Fig.2 Calculation results of the sound field under a kind of typical condition

2.2 目標模擬

目標定位精度的分析與建模是攻潛作戰(zhàn)效能評估的第1 步。水下基陣在測量目標參數時，會導致位置、航向、速度等參數產生一定誤差，其中：深度、航向與速度是一維參數，一般可認為它們的誤差服從正態(tài)分布；目標水平位置則是二維參數，一般認為位置誤差服從二維正態(tài)分布[14，16]。此外，目標水聲特性模擬也值得關注。

本文主要采用文獻[17-18]的研究成果，模擬魚雷在主動工作模式下的目標強度與入射波舷角的關系，如圖3所示。

圖3 目標強度計算結果Fig.3 Calculation results of target intensity

2.3 魚雷模擬

空投魚雷的模擬主要包括空投散布和水下彈道的模擬。本文采用與文獻[7][14]類似的方法，建立了魚雷入水點散布模型和三維運動學水下彈道，并實現了彈道可視化[15]。不同之處在于本文對魚雷目標檢測方法進行了改進——引入了水聲環(huán)境因素，即利用上文中的聲場計算結果，在魚雷搜索過程中不斷檢測聲波信號余量，進而完成發(fā)現目標判定。典型魚雷彈道模擬結果，如圖4所示。

圖4 典型魚雷彈道模擬結果Fig.4 Simulation results of the typical torpedo trajectory

3 仿真分析

影響水下預警條件下的直接魚雷攻潛命中概率的主要因素有：目標定位誤差、載機投雷距離、投雷方位角和魚雷初始搜索深度等。投雷距離是魚雷投放瞄準點和目標散布中心的距離；投雷方位角是指魚雷投放瞄準點和目標散布中心的連線與目標航向的相對夾角。上述相關概念定義，如圖5所示。

圖5 投雷參數示意圖Fig.5 Sketch of torpedo launch parameters

利用上文中仿真模型，對以上影響因素的作用規(guī)律進行仿真分析。魚雷自導作用距離根據2.2節(jié)中的水聲傳播損失計算得到，其他參數在下文具體仿真結果中給出。

3.1 水下聲吶基陣目標定位精度對攻潛命中概率的影響

水下聲吶基陣對目標的定位精度直接影響攻潛命中概率。仿真分析水深分別為300 m 和120 m，投雷距離500 m時，不同定位精度對命中概率的影響，結果如圖6所示。此處，定位誤差是指目標水平位置按照正態(tài)分布誤差規(guī)律，3倍的均方差范圍。

圖6 不同水深條件下，目標定位誤差對攻潛命中概率的影響Fig.6 Influence of target location error on torpedo hit probability in different water depths

圖6 表明，魚雷命中概率隨目標定位誤差的減小而增加，符合初步預期。同時，目標定位誤差小于1 500 m 時，命中概率較高，且攻擊效果變化不大。但目標定位誤差在1 500 ～2 000 m 的范圍內時，攻潛命中概率隨目標定位誤差變化幅度較大，呈加速下降趨勢。當目標定位誤差大于2 000 m 時，命中概率急劇下降。

3.2 投雷距離對攻潛命中概率的影響

投雷距離表示的是投雷瞄準點與目標散布中心的位置關系。仿真分析水深300 m 時，目標定位誤差分別在2 000 m和1 000 m條件下，投雷距離對攻潛命中概率的影響，結果如圖7所示。

圖7 不同目標誤差條件下，投雷距離對攻潛命中概率的影響Fig.7 Influence of launch distance on torpedo hit probability under different target location errors

圖7 表明，在目標定位誤差較大（2 000 m）時，投雷距離與攻潛命中概率的關系為：投雷距離越近，攻潛命中概率越大；但是，當投雷距離小于600 m 時，則攻擊效果變化不大。而當在目標定位誤差較?。? 000 m）時，投雷距離小于500 m 的情況下，命中概率反而降低，命中概率最高出現在投雷距離500 ～600 m 時。

3.3 投雷方位角對攻潛命中概率的影響

水深300 m，目標定位誤差為2 000 m，載機投雷距離為1 000 m，投雷航向正北時，投雷方位角與攻潛命中概率的關系，如圖8所示。

圖8 中，魚雷入水開始回旋搜索后的轉向方向與目標中心位置完全背離，不能第一時間對準目標方向，命中概率較低。

圖8 不同魚雷默認搜索轉向時，投雷方位角對攻潛命中概率的影響Fig.8 Influence of launch azimuth on torpedo hit probability under different torpedo default search directions

3.4 魚雷初始搜索深度對攻潛命中概率的影響

水深300 m，目標定位誤差為2 000 m，載機投雷距離為1 000 m，投雷方位角45°時，在不同目標潛艇深度條件下，魚雷初始搜索深度對攻潛命中概率的影響，如圖9所示。

圖9 目標深度不同時，魚雷初始搜索深度對攻潛命中概率的影響Fig.9 Influence of initial search depth on torpedo hit probability under different target water depths

圖9表明，目標深度較淺（50 m）時，魚雷初始搜潛深度與目標深度相近，則攻潛命中概率較高。當目標靠近海底（250 m）時，魚雷初始搜索深度應稍小于目標深度，攻擊效果更好。

4 結論

在水下聲吶探測系統(tǒng)支持下，航空反潛兵力開展直接攻潛是1 種基本可行的作戰(zhàn)方式，進一步補充了航空反潛的作戰(zhàn)樣式，有利于探索水下防御新方法。

但實施過程中須注意以下幾點：1）水下預警聲吶基陣的目標定位精度須達到一定水平，直接武器攻潛才能取得較好的效果；2）合理選擇魚雷的投放位置（包括投雷距離和方位），以期取得更好效果；3）一般情況下，魚雷初始搜索深度設定應與目標深度相同，但在接近目標海底時應適當減小，如魚雷初始搜索深度應在目標深度20 ～50 m 以上，這樣可提高攻潛命中概率。