基于搜索效能的水面艦艇編隊搜潛對策研究＊

劉 斌 陳建華 李微波

（海軍兵種指揮學院 廣州 510430）

1 引言

水面艦艇反潛是水面艦艇在海上搜索和攻擊潛艇的戰斗行動，而對潛搜索是攻擊潛艇的先決條件。現代條件下，由于潛艇戰術技術性能的提高，通常單艘水面艦艇難以順利完成反潛任務，因此，水面艦艇對潛搜索主要以編隊的形式來完成的。對水面艦艇編隊對潛搜索效能進行分析和評估是制定搜索計劃、確定搜索兵力和搜索機動方案的重要依據。

2 水面艦艇編隊對潛搜索隊形及效能評估基本思路

2.1 水面艦艇編隊對潛搜索隊形

水面艦艇編隊在對潛搜索的組織實施中，為便于組織指揮及對敵攻擊，反潛艦艇應保持一定的搜索隊形，常見的隊形有橫隊、側翼前伸隊、楔形隊及方位隊等［2］。本文選取搜索過程中艦艇機動簡便、搜索所需時間較短、發現潛艇概率較高的單橫隊平行搜索法作為研究對象。

2.2 效能評估基本思路

實施搜索過程中，衡量編隊對潛搜索效能的基本尺度是水面艦艇編隊在單位時間內能有效搜索的面積。當潛艇速度大于水面艦艇搜索速度時，只要潛艇能夠掌握合適的機動方法，總能逃脫編隊的搜索，故水面艦艇編隊對潛搜索有效區域是指在水面艦艇編隊搜索速度大于潛艇速度的前提下，潛艇不能逃脫水面艦艇編隊搜索帶的有效范圍［3］。

3 水面艦艇編隊反潛搜索模型

3.1 基本假設

1）潛艇發現水面艦艇編隊的距離大于編隊發現潛艇的距離；

2）潛艇在指定搜索區域內的位置和航向服從均勻分布，搜索方法是在該區域內進行均等搜索。

3.2 模型建立

水面艦艇編隊搜索兵力的搜索能力是判斷其搜索效能的基本指標，通常用艦艇搜索群在單位時間內能有效搜索的面積表示［4］。因此水面艦艇搜索群在指定區域內搜潛時，其發現概率可表示為［5］

式（1）中：Uss為水面艦艇編隊單位時間的對潛搜索能力，Tss為搜索所持續的時間，S為搜索區域的面積，其中Uss由以下表達式確定：

式（2）中：Byx為水面艦艇有效搜索帶寬度，Pno為潛艇不能逃離編隊搜索帶的概率，Pv為潛艇進入聲納垂直面作用范圍的概率，Pjc為水面艦艇編隊與敵潛艇確定接觸并正確判明接觸的概率，一般取經驗值0.7，Vz為編隊搜索的主航速。

圖1 水面艦艇編隊搜潛態勢示意圖

建立如圖1所示搜索態勢圖，JKLM所圍為搜索海域，并設定如下參數：

α為編隊曲折機動角，Djt為相鄰艦艇間距，dsn為水面艦艇聲納作用距離，Vd為敵潛艇逃離平均速度，Vb為編隊搜索航速，且Vz＝Vb·cosα，Dgb為潛艇開始規避時距水面艦艇編隊的距離。

假設編隊由N艘水面艦艇組成單橫隊搜索潛艇，則：

臨界舷角［6］：

搜索隊形的寬度

三角形ABC的底邊長

三角形ABC的底邊高

由式（5）、式（6）兩個要素所確定的三角形ABC所圍區域為“對潛搜索遭遇區”（忽略OBR及PCS所圍的不規則區域），潛艇在此區域內無論怎樣機動，都逃脫不了水面艦艇編隊搜索帶的覆蓋。

當d0＞dzy且Dgb＞dzy時，此時潛艇在“對潛搜索遭遇區”外，只要潛艇采取合適的規避措施，均可擺脫編隊的搜索覆蓋；當Dgb＜dzy時，若潛艇從EF或GH段采取合適的戰術動作進行規避，則能成功逃離編隊搜索；若從FG段開始規避，則說明潛艇已經陷入“對潛搜索遭遇區”，此時將難以逃離編隊的搜索覆蓋范圍，且進入越深，逃離概率越小［7］，將潛艇不能逃脫編隊搜索覆蓋的線段FG稱為編隊有效搜索寬度。可以確定水面艦艇編隊對潛搜索有效寬度為

假定潛艇處于水面艦艇編隊對潛搜索有效區內，Pno為潛艇不能逃離編隊有效搜索帶的概率，則［8］：

式（9）中：h聲納為艦艇聲納工作距離內，艦艇聲納覆蓋的海水深度，H潛艇為潛艇機動深度范圍；

綜合可得：

4 計算與分析

假設水面艦艇編隊在長為100海里，寬為50海里的指定海域進行反潛搜索作業，當部分搜索參數固定時，其余相關要素對于發現概率的影響如下：

1）發現概率Pfx受搜索時間Tss及敵與我主航速之比Vd／Vz的影響情況。

表1 搜索作業基本要素想定表一

利用Matlab對其進行仿真計算，結果如圖2所示。

2）發現概率Pfx受搜索機動角α及艦艇編隊艦間距Djt的影響情況。

表2 搜索作業基本要素想定表二

利用Matlab對其進行仿真計算，結果如圖3所示。

圖2 發現概率與搜索時間、敵我主航速之比關系示意圖

圖3 發現概率與搜索機動角、艦間距關系示意圖

3）發現概率Pfx受水面艦艇聲納作用距離dsn及敵潛艇開始規避距離Dgb的影響情況

表3 搜索作業基本要素想定表三

利用Matlab對其進行仿真計算，結果如圖4所示。

4）發現概率Pfx受水面艦艇數量N及聲納作用距離dsn的影響情況。

表4 搜索作業基本要素想定表四

利用Matlab對其進行仿真計算，結果如圖5所示。

圖4 發現概率與聲納作用距離、敵潛艇開始規避距離關系示意圖

分析搜索模型及在既定條件下的仿真結果可得出以下結論及對策建議：

1）發現概率Pfx隨敵潛艇與我搜索編隊主航速比值Vd／Vz的增加而減少，在Vd／Vz值越接近于1時減少越快，且在Vd／Vz等于1時，發現概率Pfx降為0，因此搜索編隊在搜潛過程中，應以確保聲納在滿足相關性能要求的最大速度進行搜索；

2）發現概率Pfx隨艦艇間距及機動角的增加先增加后減小，當搜索編隊內艦艇數目不足時，可采取適當增加艦艇間距及搜索機動角的搜索策略，以防止艦艇間距過大時，敵潛艇可能從我艦艇間隙突防；

3）發現概率Pfx與艦艇聲納作用距離正相關，與敵潛艇規避距離負相關，從裝備研制和作戰使用角度而言，改善聲納性能并降低搜索艦艇的聲學特征以縮短敵潛艇規避距離，是提高艦艇對潛搜索能力的有效途徑；

4）發現概率Pfx與水面艦艇數目正相關，為增加發現潛艇的概率，可在指揮及艦艇機動允許的條件下，增加搜潛艦艇數目。

5 結語

水面艦艇編隊對潛探測搜索是一個復雜的過程，本文通過對水面艦艇反潛搜索進行建模及計算，定性、定量分析了在編隊搜索潛艇過程中各相關要素的對搜索概率的影響，這對于如何合理運用和部署水面艦艇對潛搜索兵力及采取合適的戰術動作具有重要的意義。在未來反潛作戰中指揮員可根據各相關要素對搜潛的影響，采取有效措施，抑制不利影響，發揮有利因素，以提高水面艦艇編隊對潛搜索探測效果。

［1］門金柱，周明，倫九凱.反潛編隊應召搜索能力計算及效果評估［J］.指揮控制與仿真，2008（1）：41-43.

［2］海軍裝備論證研究中心，等.國外反潛戰［M］.北京：海軍出版社，1987.

［3］李登峰.海軍運籌分析教程［M］.北京：海潮出版社，2004.

［4］譚安勝，葉丹，趙全強.驅護艦編隊對潛防御效率與決策分析［J］.軍事運籌與系統工程，2006（20）：65-29.

［5］許騰.海軍合同戰術運籌分析［M］.北京：海軍出版社，2002.

［6］徐建志.水面艦艇對潛搜索能力建模與分析［J］.艦船科學技術，2005（2）：74-76.

［7］譚安勝.水面艦艇編隊作戰運籌分析［M］.北京：國防工業出版社，2009.

［8］張最良.軍事運籌學［M］.北京：軍事科學出版社，1993.

［9］趙曉哲，沈治河，等.海軍作戰數學模型［M］.北京：國防大學出版社，2003.

［10］李登峰，許騰.海軍作戰運籌分析及應用［M］.北京：國防工業出版社，2007.