基于綜合作戰區域的艦機協同反潛模型及仿真

吳 芳 吳 銘 高青偉

（海軍航空大學 煙臺 264001）

1 引言

艦載反潛直升機與反潛水面艦艇的搜潛能力各有所長，艦載反潛直升機具有反應迅速、速度快、搜索效率高、隱蔽性好的優點，但留空時間短、作戰的持續性較差，所能掛載的武器裝備的種類和數量都較少。相反，反潛水面艦艇的優勢主要體現為：作戰的持續作戰能力強，反潛武器裝備的種類齊全、數量多，具備比較完善的數據綜合處理系統；但速度慢，隱蔽性差。這兩種反潛兵力之間的互補性很強，可以取得比較理想的協同效果［1～8］。

綜合作戰區反潛時，艦載反潛直升機通過與反潛水面艦艇的有效協同來主要承擔內層反潛防御任務，其核心任務仍是確保航母本身的對潛防御安全。綜合作戰區反潛主要包括綜合作戰區的反潛清掃、封閉入口、綜合作戰區反潛警戒三個方面。艦載反潛直升機通常不用于反潛清掃、封閉入口，而主要用于綜合作戰區反潛警戒，因此，艦載反潛直升機與反潛水面艦艇協同反潛時，也主要用于綜合作戰區反潛警戒［9～11］。

由于綜合作戰區的位置和范圍相對固定，應以航母為中心在綜合作戰區的周圍建立完整并有一定縱深的封閉式（如圓形）反潛警戒線，主要采用巡邏反潛方法完成反潛警戒任務［12］。由于航母綜合作戰區的范圍較大，因此，反潛警戒線應由多種反潛兵力協同建立，其中，艦載反潛直升機與反潛水面艦艇協同反潛警戒時，主要在內層反潛防御區承擔反潛作戰任務。

艦機協同的基本方法為區域協同，即把完整的反潛警戒線劃分為相對獨立的兩條或多條子警戒線，艦載反潛直升機和反潛水面艦艇分別獨立負責其中一個子警戒線的反潛巡邏任務。艦載反潛直升機既可以使用聲納浮標也可以使用吊放聲納建立反潛警戒線，而反潛水面艦艇則主要使用艦殼聲納或拖曳聲納建立反潛警戒線。艦機協同搜索方法主要為艦機分區協同巡邏搜索方法。

本文主要研究了一種新型的綜合作戰區艦機協同反潛警戒方法，建立了反潛直升機和水面艦艇的初始集結點的位置模型、各兵力協同反潛警戒線有效長度模型，并通過仿真對該系列模型進行驗證。

2 艦機協同兵力初始集結點位置模型

艦艇編隊進入綜合作戰區后位置一般已暴露，必然會成為敵潛艇的攻擊目標，此外，艦艇編隊在進入和離開綜合作戰區的過程中要進行隊形變換，容易暴露出對潛防御的弱點，易遭敵潛艇攻擊，因此必須構建起嚴密的反潛防御體系。

當使用艦載反潛直升機與反潛水面艦艇協同為綜合作戰區內的艦艇編隊提供反潛防護時，應以艦艇為中心，在距離艦艇一定距離上建立圓形包圍型反潛警戒線。

由于單架艦載反潛直升機或單艘反潛水面艦艇所能建立的反潛警戒線的長度有限，無法獨立建立完整的圓形包圍型反潛警戒線，因此，把所需要建立的圓形包圍型反潛警戒線劃分為若干條子警戒線，每架艦載反潛直升機和每艘反潛水面艦艇負責建立其中一條子警戒線進行反潛警戒巡邏，通過區域協同，共同承擔艦艇編隊的反潛警戒任務。如圖1所示。

圖1 艦機分區協同巡邏搜索方法示意圖

艦機分區域協同搜索首先要確定警戒線所需的各反潛兵力數量n艦與n機，反潛直升機可以使用浮標進行封鎖，也可使用吊放聲納進行巡邏，根據不同兵力各自建立的警戒線長度L單艦、L吊單和L浮單分別在總警戒線長度L總中占的比例，得出各反潛兵力警戒線對應的角度θ艦和θ機，便可以確定各兵力的初始集結點。

不同反潛兵力的相對位置，根據各自的警戒特點以及不同方向的威脅程度而定，設綜合作戰防護區的半徑為r綜，各反潛兵力的初始集結點位置：

3 艦機兵力動作協同模型

要建立起一條完整的圓形包圍型警戒線，所需要使用的艦載反潛直升機與反潛水面艦艇的兵力數量，應根據每架艦載反潛直升機所能建立的單機警戒線長度和每艘反潛水面艦艇所能建立的單艦警戒線長度通過計算來確定。設一條完整的圓形包圍型警戒線的總長度為r綜，參與建立該警戒線的艦載反潛直升機的數量為n機，單機警戒線長度為L單機，參與建立該警戒線的反潛水面艦艇的數量為n艦，單艦警戒線長度為L單艦，則應滿足：

其中，L總取決于圓形包圍型警戒線的半徑（即警戒線與綜合作戰區中心點或航母之間的距離）r綜，顯然：

因此，關鍵是要弄清楚一架艦載反潛直升機或一艘反潛水面艦艇所能建立的反潛警戒線的最大長度是多少，以便科學地計算確定參與圓形包圍型警戒線的艦載反潛直升機和反潛水面艦艇的兵力數量，并合理為艦載反潛直升機和反潛水面艦艇分配作戰任務。

3.1 單機警戒線長度模型

建立反潛警戒線的目的，是在敵潛艇通過時，能夠搜索發現敵潛艇。在此前提下，單架反潛直升機所能建立的反潛警戒線的長度應越長越好。在艦載反潛直升機為在綜合作戰區活動的航母編隊進行反潛警戒時，既可以使用聲納浮標建立反潛警戒線，也可使用吊放聲納建立反潛警戒線。

1）使用聲納浮標搜索時的單機警戒線長度模型

聲納浮標陣一旦布設完成后便可連續進行工作，所以非常適用于綜合作戰區反潛警戒時艦載反潛直升機建立反潛巡邏線。此時，聲納浮標陣型為弧線陣。聲納浮標陣的長度即為反潛警戒線的長度。

單架反潛直升機所能布設聲納浮標陣的長度主要取決于單架直升機所能攜帶的聲納浮標數量、聲納浮標陣內聲納浮標之間的間距和單架直升機監聽浮標陣的能力（監聽距離）。通常情況下，由于反潛直升機對聲納浮標的監聽距離較大，再加上采取適當的飛行監聽方法（如平行飛行監聽方法），監聽能力對聲納浮標陣的長度不構成限制。因此，單架反潛直升機所能布設聲納浮標陣的長度L浮單主要取決于單架直升機所能攜帶的聲納浮標數量n浮標和聲納浮標陣內聲納浮標之間的間距d浮標間距以及單枚聲納浮標有效探測距離D浮標，即：

其中，d浮標間距主要取決于D浮標和相鄰浮標之間有效探測距離的重疊情況（即重疊系數K重疊），即：

其中，K重疊取決于戰術使用中對有效搜索寬度和搜索可靠性的要求，在建立反潛警戒線時，K重疊通?？扇?.8～0.9。

綜合式（4）和式（5）可得：

艦載反潛直升機使用聲納浮標進行封鎖巡邏運動流程如圖2所示。

圖2 艦載反潛直升機浮標陣封鎖警戒流程圖

2）使用吊放聲納搜索時的單機警戒線長度模型

直升機反潛警戒線的長度L吊單主要取決于反潛直升機使用吊放聲納搜索的平均搜索速度v搜索和敵潛艇通過反潛警戒線所需要的時間t通過：

其中，設吊放點間距為d吊，吊放聲納搜索的平均搜索速度v搜索為

其中，d吊對平均搜索速度和巡邏線長度都有重要影響，主要依據吊放聲納的有效探測距離D吊在作戰使用過程中確定，是一個重要的戰術變量，巡邏搜索時，d吊通常取D吊的1.8倍。而t周期是指：反潛直升機使用吊聲搜索時，從到達一個懸停探測點開始，下放聲納探頭至預定深度，監聽聲納信號，收起吊放聲納，至飛到下一個懸停探測點這一過程所花費的總時間。即，t周期為

式中，收放吊放聲納探頭所用的時間t收放、監聽吊放聲納所用的時間t監聽、反潛直升機從當前懸停探測點轉移到下一個懸停探測點所用的飛行時間t轉移。

其中，t轉移決定于d吊和反潛直升機從當前懸停探測點轉移到下一個懸停探測點時的飛行速度v轉移，即：

t通過與搜索寬度w滿足如下關系：

有：

每一架艦載反潛直升機從各自的子警戒線的一端按照相同方向（順時針方向或逆時針方向，實際搜索時，需要根據作戰海區的風向確定）依次懸停探測，相鄰懸停探測點之間的間距一般為吊放聲納有效探測距離的1.8倍，直至到達子警戒線的末端，然后折返，按照原搜索方向相反的方向依次懸停探測。如此反復。

艦載反潛直升機使用吊放聲納進行封鎖巡邏運動流程如圖3所示。

圖3 艦載反潛直升機吊放聲納封鎖警戒流程圖

3.2 單艦警戒線長度模型

反潛水面艦艇通常使用艦殼聲納或拖曳聲納建立反潛警戒線，這兩種聲納雖然性能不同（主要體現為有效探測距離），但搜索原理類似，因此，無論是使用艦殼聲納還是使用拖曳聲納建立反潛警戒線，單艦警戒線長度模型都是一樣的。

反潛水面艦艇使用艦殼聲納或拖曳聲納建立反潛警戒線時，根據搜索理論，單艘反潛水面艦艇所能建立的反潛警戒線的最大長度L單艦主要取決于反潛水面艦艇使用艦殼聲納或拖曳聲納搜索時的航行速度v搜索和敵潛艇通過反潛巡邏線所需要的時間 t通過：

其中，t通過取決于反潛水面艦艇使用艦殼聲納或拖曳聲納搜索時的有效搜索寬度w和敵潛艇通過反潛警戒線時的航速v潛，即：

w則取決于艦殼聲納或拖曳聲納的有效探測距離D艦：

因此：

綜合式（13）與式（15）可得：

在各反潛兵力到達指定集結點位置后，便可在各自指定的警戒線上開始進行動態搜潛。

4 界面動態仿真演示

綜合作戰區域反潛模型需要設置的參數包括：反潛兵力的數量n艦和n機反潛直升機使用的設備（浮標或吊聲）、可攜帶浮標數量n浮、相應的有效作用距離(D浮或D吊)、水面艦艇探測范圍D艦、反潛直升機速度V直、水面艦艇速度V艦、敵潛艇武器的最大射程r潛以及探測周期t周期。通過計算可以得出警戒區域的半徑r警、單機使用浮標警戒線長度L浮單、單機使用吊放聲納警戒線長度L吊單、單艦警戒線長度L單艦。

仿真畫面如圖4所示。

圖4 綜合作戰區域艦機協同反潛模型演示畫面

5 結語

艦載反潛直升機與編隊內的反潛水面艦艇都是航母編隊的主要反潛兵力，共同承擔航母編隊的反潛防御作戰任務。本文主要研究了一種新型的綜合作戰區艦機協同反潛警戒方法，建立了反潛直升機和水面艦艇的初始集結點的位置模型、各兵力協同反潛警戒線有效長度模型，并通過仿真對該系列模型進行驗證。