一種自航水雷障礙毀傷艦船概率計(jì)算方法

朱紅波, 張 旭, 冷相文1,

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一種自航水雷障礙毀傷艦船概率計(jì)算方法

朱紅波1, 2, 張 旭2, 冷相文1,2

(1. 西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院, 陜西 西安, 710072; 2. 海軍大連艦艇學(xué)院 水武與防化系, 遼寧 大連, 116018)

基于誤差相關(guān)性分析了自航水雷雷位散布特性, 并綜合考慮水雷布放成功率、動(dòng)作概率和布放誤差等因素的影響, 運(yùn)用概率論給出了一種自航水雷障礙毀傷艦船概率的解析計(jì)算方法, 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了該方法的正確性, 可為自航水雷封鎖作戰(zhàn)決策科學(xué)化研究提供參考。

自航水雷; 散布特性; 毀傷概率

0 引言

目標(biāo)艦船毀傷概率是衡量水雷障礙作戰(zhàn)效能的重要指標(biāo)之一, 它是指目標(biāo)艦船從預(yù)定水域內(nèi)經(jīng)過時(shí), 水雷障礙對(duì)其所造成的毀傷程度不低于規(guī)定水平的概率。以往國內(nèi)一直沿用幾何概率模型或泊松公式計(jì)算單艦毀傷概率, 雖然方法簡單, 但實(shí)用性和適用性較差[1]。自航水雷在其航行誤差和布雷平臺(tái)位置誤差等因素的影響下, 其實(shí)際位置相對(duì)預(yù)定布放位置的偏差具有較大的隨機(jī)性[2], 并且同航次布放的多枚自航水雷實(shí)際雷位散布具有相關(guān)性。因此, 需要基于其散布特性, 提出適用于自航水雷障礙的毀傷效能評(píng)估方法。

1 自航水雷雷位散布特性

自航水雷雷位散布特性是指在水雷投送誤差的影響下水雷雷位分布的規(guī)律性, 它直接影響到水雷布設(shè)至預(yù)定障礙區(qū)域內(nèi)的概率, 是進(jìn)一步評(píng)估自航水雷障礙毀傷效能的基礎(chǔ)。

在實(shí)際布雷作戰(zhàn)中, 一般采取預(yù)先人工散布的方法確定各枚水雷的預(yù)定布放位置(期望雷位), 再由潛艇按照期望雷位坐標(biāo)依次布設(shè)自航水雷, 則自航水雷投送誤差主要由布雷平臺(tái)位置誤差和自航水雷航行誤差組成。

單艇布設(shè)自航水雷時(shí), 由于布雷時(shí)間短、布雷航速小, 可以認(rèn)為同一航次布放的自航水雷具有相同的布雷平臺(tái)位置誤差。

自航水雷航行誤差主要包括水雷導(dǎo)航定位誤差和末彈道誤差, 絕對(duì)速度推算是目前采用最多的自主導(dǎo)航方式, 主要采用聲學(xué)絕對(duì)速度計(jì)程儀加高精度羅經(jīng), 導(dǎo)航定位散布誤差可以控制在水雷航程的0.5%以內(nèi)[3], 由于同一航次布放的自航水雷自主航程相差不大, 可以認(rèn)為他們具有相同的導(dǎo)航定位誤差。末彈道誤差是指自航水雷在彈道末段關(guān)閉推進(jìn)系統(tǒng)后靠慣性下沉過程中產(chǎn)生的雷位誤差, 一般末彈道誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)程自航水雷的導(dǎo)航定位誤差。

圖1 自航水雷障礙雷位配置坐標(biāo)系

則

2 目標(biāo)艦船毀傷概率

2.1 目標(biāo)艦船毀傷概率模型

2.2 k枚水雷全部命中毀傷目標(biāo)概率模型

2.3 k枚水雷全部動(dòng)作概率模型

3 實(shí)例分析

3.1 雷位散布相關(guān)性影響分析

圖2 n枚水雷全部落入預(yù)定橫向區(qū)域概率隨相關(guān)系數(shù)變化

從圖2可以看出, 隨著雷位散布誤差相關(guān)系數(shù)從0到1的改變,枚水雷全部落入預(yù)定障礙橫向區(qū)域的概率隨之增大, 而且變化很明顯。當(dāng)不考慮雷位散布誤差的相關(guān)性, 認(rèn)為平臺(tái)散布誤差為0, 即相關(guān)系數(shù)等于0時(shí),枚水雷全部落入預(yù)定障礙橫向區(qū)域的概率值最小, 而實(shí)際布雷時(shí), 平臺(tái)散布誤差不能忽略, 因此, 必須考慮雷位散布誤差相關(guān)性對(duì)布雷效果的影響。

3.2 毀傷概率計(jì)算實(shí)例分析

假設(shè)水雷障礙寬度為, 水雷動(dòng)作帶寬度為200, 動(dòng)作概率為0.9, 命中概率為0.9, 水雷布放完好率為0.95, 水雷工作可靠度為1, 水雷定位均方差為, 布雷平臺(tái)散布均方差為, 目標(biāo)艦船的計(jì)劃航線在水雷障礙正面方向所遮掩的范圍之內(nèi)服從均勻分布, 并采用直航的方式從障礙內(nèi)經(jīng)過, 潛艇一個(gè)航次布放6枚水雷, 所布水雷期望雷位以障礙中心為對(duì)稱中心, 沿水雷障礙正面寬度等間距分布, 障礙毀傷概率隨期望雷位間距變化規(guī)律如圖3所示。

從圖3中可以看出:

1) 采用本文提出的解析計(jì)算方法求解結(jié)果與采用蒙特卡洛仿真法得到的仿真結(jié)果之間差別很小, 說明了解析法的正確性;

2) 不考慮雷位散布相關(guān)性時(shí), 所得結(jié)果與實(shí)際情況差別較大, 且雷位散布誤差矩陣相關(guān)系數(shù)越大, 差別越明顯。因此, 需要考慮雷位散布相關(guān)性;

圖3 障礙毀傷概率隨期望雷位間距變化

3) 在實(shí)例假設(shè)條件下, 障礙毀傷目標(biāo)艦船概率隨雷位橫向間距增大先增大后減小; 當(dāng)雷位間距為0 m時(shí), 障礙毀傷概率最小, 說明不宜采用“一點(diǎn)多雷”布放方式; 若采用“多點(diǎn)一雷”均勻布設(shè)方式, 在圖3(a)假設(shè)條件下期望雷位橫向間距宜在182 m和208 m之間取值, 在圖3(b)假設(shè)條件下期望雷位橫向間距宜在126 m和140 m之間取值, 可提高障礙毀傷概率。

4 結(jié)束語

本文基于自航水雷雷位散布誤差分析了雷位散布特性, 給出了一種通用的障礙毀傷概率解析計(jì)算方法, 通過與蒙特卡洛仿真方法對(duì)比驗(yàn)證了解析計(jì)算方法的正確性。提出的障礙毀傷概率計(jì)算方法便于分析不同因素對(duì)毀傷概率的影響, 可為障礙雷位優(yōu)化配置提供技術(shù)支持, 后續(xù)需研究障礙對(duì)目標(biāo)艦船流的毀傷效能評(píng)估方法。

[1] 張旭, 滕兆新. 水雷封鎖作戰(zhàn)決策科學(xué)化的思考[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程, 2008, 22(2): 59-62.

[2] 張旭, 冷相文. 自航水雷雷位次序坐標(biāo)散布特性[J]. 火力指揮與控制, 2004, 29(增): 47-48.Zhang Xu, Leng Xiang-wen. The Distributed Characteristics of Ordering Corrdinates of SLMM′s Position[J]. Fire Control and Command Control, 2004, 29(z): 47-48.

[3] 佘湖清. 水雷總體技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2009.

[4] 王靜龍. 多元統(tǒng)計(jì)分析[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2008.

[5] 滕兆新, 張旭. 水雷對(duì)艦船的毀傷概率計(jì)算模型及仿真[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2008, 20(16): 4241-4243.Teng Zhao-xin, Zhang Xu. Injure Probability Model and Simulation of Mines to Warship[J]. Journal of System Simulation, 2008, 20(16): 4241-4243.

A Calculation Method of Surface Warship Damage Probability by Mobile Mine Obstacle

ZHU Hong-bo1, 2, ZHANG Xu2, LENG Xiang-wen1, 2

(1. College of Marine Engineering, Northwestern Ploytechnical University, Xi′an 710072, China; 2. Department of Underwater Weaponry and Chemical Defense, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

The dispersion characteristic of a mobile mine is analyzed according to error correlation, and an analytical model of damage probability of the mine obstacle to surface warship is proposed by considering the influencing factors such as the probability of success to deploy mine, the action probability, and the deployment error. Numerical results demonstrate the availability and correctness of the proposed method.

mobile mine; dispersion characteristic; damage probability

TJ611

A

1673-1948(2012)04-0313-04

2012-11-27;

2013-01-22.

部級(jí)國防科技預(yù)研基金項(xiàng)目(4010605030301); 海軍大連艦艇學(xué)院科研發(fā)展基金[2012].

朱紅波(1981-), 男, 在讀博士, 講師, 研究方向?yàn)樗斜鬟\(yùn)用與效能評(píng)估.

(責(zé)任編輯: 許 妍)