艦載反潛直升機蛇形機動前方護航搜索方法及其仿真

叢紅日，周海亮，陳鄧安

(海軍航空工程學院　a.指揮系; b.研究生管理大隊，山東 煙臺　264001)

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艦載反潛直升機蛇形機動前方護航搜索方法及其仿真

叢紅日a，周海亮b，陳鄧安a

(海軍航空工程學院a.指揮系;b.研究生管理大隊，山東 煙臺264001)

摘要：使用艦載反潛直升機進行護航反潛是保證航渡過程中的水面艦艇編隊對潛防御安全的重要方法。針對編隊前方護航反潛的實際需要和反潛直升機使用吊放聲納搜索的特點，提出了蛇形機動前方護航搜索方法，建立了同步模型，提出了提高搜索效能的基本方法。通過建立仿真模型對蛇形機動搜索方法的搜索效能進行了仿真，得出了一些有益結論，為艦載反潛直升機護航反潛的作戰使用提供了依據。

關鍵詞：艦載反潛直升機；蛇形機動搜索法；護航反潛；前方反潛防護；吊放聲納

本文引用格式：叢紅日，周海亮，陳鄧安.艦載反潛直升機蛇形機動前方護航搜索方法及其仿真[J].兵器裝備工程學報，2016(6):158-161.

Citationformat:CONGHong-ri,ZHOUHai-liang，CHENDeng-an.CarrierAntisubmarineHelicopterSnakelikeMoveSearchMethodWhenAnteriorConvoyAntisubmarineDefendingandItsSimulationStudy[J].JournalofOrdnanceEquipmentEngineering,2016(6):158-161.

水面艦艇編隊在航渡過程中通常會受到敵潛艇的威脅，其中，來自編隊前方的敵潛艇威脅尤為嚴重[1]。艦載反潛直升機是為航渡中的水面艦艇編隊提供反潛防護的主要兵力[2]，為了有效應對來自編隊前方的敵潛艇威脅，通常使用吊放聲納在編隊前方建立反潛巡邏線。

由于航渡中的水面艦艇編隊處于持續的運動過程中，為了在較長時間內持續為水面艦艇編隊提供反潛防護，反潛巡邏線應能與水面艦艇編隊同步運動[3]。本文結合吊放聲納作戰使用的特點和前方反潛防護的要求，提出蛇形機動搜索方法并對其作戰效能進行仿真，為部隊訓練和作戰提供參考。

1　蛇形機動前方防護搜索方法

1.1基本方法

蛇形機動搜索法就是在水面艦艇編隊前方一定距離[4]，艦載反潛直升機使用吊放聲納進行曲折運動搜索。由于搜索路徑類似蛇形，因此稱之為蛇形機動搜索法。既可以單機組織實施，也可以雙機組織實施，如圖1所示。

圖1　蛇形機動搜索法(雙機)示意圖

蛇形機動搜索法的關鍵是保證反潛直升機搜索過程與水面艦艇編隊保持同步。

1.2主要參數關系分析

蛇形機動搜索具有明顯的周期性，取一個周期(該周期主要是為了進行同步分析，稱為同步周期，以便與吊放聲納搜索時的探測周期相區別)為例進行主要參數關系的分析。

圖2　蛇形機動搜索周期分析圖

如圖2所示，設水面艦艇編隊的航速為V編，敵潛艇的航速為V潛，吊放聲納的有效探測距離為D測，每相鄰兩個懸停探測點之間的間距為d，搜索過程中每個直線搜索段的長度為L，巡邏搜索線的反潛防護寬度為上級要求我反潛直升機負責的防護寬度L敵，曲折運動的角度(相鄰兩個直線搜索段之間的夾角)為α，在一個直線搜索段內的探測點數量為n，則在一個同步周期內，探測點數量為2n-1。

從圖2可知：

(1)

(2)

艦載反潛直升機為航渡中的水面艦艇編隊提供前方反潛防護時，核心任務是搜潛，為編隊提供預警信息[5]，因此，最重要的效能指標就是探測概率P，此外搜潛寬度也是一個重要指標，越大，搜潛的范圍就越大。

影響P的因素有很多[6]，主要包括：吊放聲納的有效探測距離D測、每相鄰兩個懸停探測點之間的間距d、一個直線搜索段內的探測點數量n、曲折運動的角度α、反潛直升機從一個懸停探測點飛向另一個懸停探測點的時間t巡，下放吊放聲納入水的時間t放，收起吊放聲納的時間t收，在懸停探測點探測的時間t測，反潛直升機飛行的速度V直，敵潛艇的航速V潛等。此外，裝備性能、機組訓練水平以及作戰海區天氣狀況、水文環境等因素也會對P產生影響。

在具體搜索過程中，D測、t放、t收和V直通常是一定的，V潛通常可以在一定范圍內合理假定，而t測與d互相影響，因此，d、n、α是影響P的主要因素。

1.3保持同步的方法

在蛇形機動搜索法中，采取了在與水面艦艇編隊航向成一定角度的直線上進行曲折搜索的方式，使得反潛直升機使用吊放聲納進行搜索時的平均搜索速度在編隊航向上的分量與編隊的航速相當，從而保持與水面艦艇編隊同步運動。

為保持同步，必須對反潛直升機使用吊放聲納搜索時的相關參數進行控制[7]。如圖2所示，蛇形機動搜索法的一個同步周期就是呈V字型的兩個直線搜索段的時間周期。

當一個同步周期結束時，水面艦艇編隊的航行時間t編為

(3)

反潛直升機的搜索時間t直為

(4)

為了保持同步，在一個同步周期內，兩者運動的時間應相等，即

(5)

因此

(6)

式(6)中，V編、V直、t放、t收和D測在具體作戰過程中通常是一定的，因此影響同步的主要因素就取決于d、t測、α和n。

1.4滿足防護寬度要求的方法

在保持同步的同時，還需調整搜索過程中每個直線段的長度L和曲折運動的角度α，從而使得反潛直升機在水面艦艇編隊正面搜索的寬度必須大于上級要求我反潛直升機所承擔的防護寬度，即

(7)

D寬越大，就能獲得更大的有效搜索寬度，從總體上有效降低敵潛艇的突防概率。

通過分析可知

(8)

D測在具體作戰時是一定的，所以d、n和α是決定搜索寬度能否大于上級要求我反潛直升機所承擔的防護寬度的主要因素。

2　仿真模型建立

2.1反潛直升機運動模型

1) 反潛直升機的位置表示

建立如圖3所示的平面直角坐標系。

圖3　蛇形機動搜索周期坐標系

以蛇形機動搜索法任意一個同步周期為例進行分析。顯然，反潛直升機第一個探測點的位置為

(9)

根據周期性，可以遞推出第k個探測點的位置為

當k∈[n+(2k1-1)(n-1)，n+2k1(n-1)]，k1=0，1，2,…時：

(10)

當k∈[n+2k1(n-1)，n+(2k1+1)(n-1)]，k1=0，1，2,…時：

(11)

在蛇形機動搜索法中，每一個同步周期都是2n-2個t直周期的重復，以一個周期的第一個探測點的起始時間為基準時間，則一個同步周期的時間表示如圖4所示。

通過分析可知，在每一個探測點，探測周期結束的時刻tn為

(12)

圖4　蛇形機動搜索時間軸

2.2敵潛艇運動模型

在前方反潛防護時，反潛直升機通過使用吊放聲納探測，在航母編隊前方一定距離上建立反潛巡邏線，并且與航母編隊保持同步運動。只有當敵潛艇進入到反潛直升機建立的反潛巡邏線搜索范圍時，反潛直升機才有可能搜索到敵潛艇。

設敵潛艇在任意時刻t的位置為(x潛t，y潛t)，則[8]

(13)

其中：V潛為敵潛艇航速；ε1、ε2為獨立的服從均勻分布的隨機數，且：0≤ε1≤1，0≤ε2≤1。

2.3探測效果判別

反潛直升機使用吊放聲納進行探測時，是否能探測到目標，取決于能否滿足一定條件。即需要對探測效果進行判別[9]。

由于各個同步周期的情況類似，因此，仿真時僅對一個同步周期進行仿真即可。根據吊放聲納的工作原理，如果不考慮裝備可靠性、機組訓練水平等因素的影響，則當敵潛艇進入到吊放聲納當前懸停探測點的實際有效探測范圍(即敵潛艇與反潛直升機之間的水平距離小于D測)，且處于吊放聲納有效工作時間內，則認為搜索到敵潛艇[10]。

3　仿真分析

根據以上模型，使用Matlab編寫仿真程序，在想定條件下對蛇形機動前方防護搜索方法的搜索效能進行仿真研究。

3.1仿真想定

我水面艦艇編隊航速v編為18kn。反潛直升機轉移探測點時的飛行速度v直為180km/h，吊放聲納有效探測距離D測為8km，在每個懸停探測點收、放吊放聲納的時間 t收、t放均為1min，在每個懸停探測點進行聽測的時間 t測為5min，轉折角α為60°，每個直線搜索段上的懸停探測點數n為3個。

3.2仿真結果

為了對所提出的作戰使用方法進行驗證，并通過仿真得出一些有益結論，主要針對影響搜索效能的兩個關鍵因素進行仿真。一是反潛直升機使用吊放聲納進行探測時相鄰兩探測點間距，取值在1～2倍的D測(根據仿真想定，在8～16km之間)；二是敵潛艇試圖突破我反潛巡邏線從而威脅我水面艦艇編隊安全時的航速，其取值設定為5～20kn。

使用仿真程序在想定條件下通過以上兩個關鍵參數的變化，得出仿真結果，如圖5所示。

圖5　蛇形機動搜索法仿真效果

3.3仿真結果分析

1) 所提出作戰使用方法的搜索概率較高

從仿真結果可以看出，本文所提出的蛇形機動搜索方法有著較高的搜索概率。與文獻[8]等所提出的搜索方法相比，該搜索方法在某些條件下搜索概率更高，而且組織實施更為簡便，是一種較好的搜索方法，可以為艦載反潛直升機使用吊放聲納進行編隊前方反潛警戒搜索的作戰使用提供有益參考。

2) 探測點間距對搜索概率的影響

從圖5可以看出，探測點間距對以探測概率表示的搜索效能有重要影響，當探測點間距為8km(即重疊系數為1)時，探測概率較高，最高時為0.89，最低時為0.72。由此可見，使用蛇形機動搜索法時，當懸停探測點間距大約為吊放聲納有效探測距離的1倍時，搜索效果最好。

3) 敵潛艇航速對搜索概率的影響

敵潛艇航速對搜潛效能也有重要影響，無論吊放聲納相鄰探測點間距為多少，總的趨勢是，敵潛艇航速越高，探測概率越低，因此，對于有可能高速突防的敵潛艇，需要建立更加嚴密的反潛防御體系。

4　結論

本文針對編隊前方護航反潛的實際需要和反潛直升機使用吊放聲納搜索的特點，研究提出了蛇形機動前方護航搜索方法，有效解決了直升機反潛搜索與編隊運動之間的同步問題，并能夠提供較大的防護寬度。通過建立仿真模型，對所提出的蛇形機動搜索方法的搜索效能進行了仿真研究，驗證了該作戰使用方法的有效性，并根據對仿真結果的分析得出了一些有益結論，能為艦載反潛直升機護航反潛的作戰使用和訓練提供參考。

參考文獻：

[1]吳金平，楊必奉，劉國光.編隊護航HVU反潛威脅軸[J].火力與指揮控制，2010，35(12)：83-85.

[2]吳福初,石文星,劉衛東.某型艦近程反潛防御區反潛直升機配置[J].指揮控制與仿真，2014，36(4)：68-71.

[3]叢紅日,肖明強,陳鄧安.直升機反潛巡邏線與編隊之間同步問題研究[J].艦船電子工程，2011，31(8)：8-10.

[4]樸成日.航渡中反潛直升機的配置[J].艦船科學技術，2012，34(3)：118-121.

[5]叢紅日，沈培志，王偉.直升機側翼法伴隨護航反潛作戰使用方法及其仿真[J].艦船科學技術，2011，33(3)：115-119.

[6]陳輝,鄭楊.反潛直升機吊放聲吶應召搜潛效能建模與仿真分析[J].中國電子科學研究院學報，2013(6)：638-642.

[7]羅木生,姜青山,侯學隆.反潛直升機艦艇編隊尾后截擊潛艇建模[J].電光與控制，2012，19(12)：6-13.

[8]叢紅日，李韜,肖明強.反潛直升機平行跳躍護航搜索方法及其仿真[J].艦船科學技術，2014，36(2)：137-142.

[9]盛文平，王磊，王浩,等．反潛直升機吊放聲納應召搜潛仿真研究[J]．指揮控制與仿真，2009，31(6)：84-88.

[10]吳芳，楊日杰，徐俊艷.對潛的吊放聲納應召搜索技術仿真研究[J].系統仿真學報，2009，21(13)：3989-3992.

(責任編輯楊繼森)

doi:【基礎理論與應用研究】10.11809/scbgxb2016.06.037

收稿日期：2015-11-28；修回日期：2016-01-06

作者簡介：叢紅日(1966—)，男，博士，副教授，主要從事航空反潛戰術、裝備管理研究。

中圖分類號：E843

文獻標識碼：A

文章編號：2096-2304(2016)06-0158-04

CarrierAntisubmarineHelicopterSnakelikeMoveSearchMethodWhenAnteriorConvoyAntisubmarineDefendingandItsSimulationStudy

CONGHong-ria,ZHOUHai-liangb，CHENDeng-ana

(a.DepartmentofCommand;b.GraduateStudents’Brigade,NavalAeronauticalEngineeringInstitute,Yantai264001,China)

Abstract:Escort antisubmarine with shipborne antisubmarine helicopter is an important method to protect a surface ship formation in sail. According to the actual needs of preposing escort antisubmarine and the search method characteristics of antisubmarine helicopter when using dipping sonar, snakelike move search method was put forward, and its synchronization model was set up, and the basic methods to increase the search efficiency were put forward. On this basis, the simulation model was set up, and the searching effectiveness was studied with simulation method, and some useful results were deduced, which can offer foundation for the escort antisubmarine operating application of shipborne antisubmarine.

Key words:carrier antisubmarine helicopter; snakelike move search method; convoy antisubmarin; anterior antisubmarine defense; dipping sonar