直升機(jī)反潛中聲吶浮標(biāo)的布陣方法研究

左艷輝

(海裝駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌 330000)

0 引言

由于潛艇及水下蛙人在現(xiàn)代海戰(zhàn)中的突出貢獻(xiàn)以及對未來戰(zhàn)爭的深遠(yuǎn)影響，反潛作戰(zhàn)作為潛艇戰(zhàn)的反措施，已經(jīng)受到各國海軍的普遍重視[1]，其中航空反潛已經(jīng)成為現(xiàn)代反潛作戰(zhàn)的主力軍。航空反潛最主要的手段是反潛直升機(jī)，通過搭載吊放聲吶和聲吶浮標(biāo)來完成對水下目標(biāo)的搜潛任務(wù)[2]。其中，聲吶浮標(biāo)探測具有搜索效率高，適用于大范圍搜潛，隱蔽性好，不影響直升機(jī)的機(jī)動(dòng)飛行，在不利海況環(huán)境下也能使用等優(yōu)點(diǎn)。使用聲吶浮標(biāo)探測時(shí)，反潛直升機(jī)一般先按照某種陣式布設(shè)浮標(biāo)。不同的浮標(biāo)陣式?jīng)Q定了直升機(jī)不同的飛行方式，且對水下目標(biāo)的定位跟蹤結(jié)果的好壞有直接的影響，所以研究聲吶浮標(biāo)的布陣方法十分重要[3]。

1 聲吶浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)

聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)是目前反潛直升機(jī)上最常用的搜潛設(shè)備之一，主要用于對水下潛艇或蛙人目標(biāo)的探測和預(yù)警。其主要優(yōu)點(diǎn)是：搜索效率高，適用于大范圍搜潛，隱蔽性好，不影響直升機(jī)的機(jī)動(dòng)飛行，在不利海況環(huán)境下也能使用。聲吶浮標(biāo)是一種水聲遙感探測器，均為無線電聲吶浮標(biāo)，通常為一次性的消耗器材。聲吶浮標(biāo)按照工作方式分可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式聲吶浮標(biāo)，按定向方式則可分為定向式和非定向(全向)式聲吶浮標(biāo)。被動(dòng)非定向浮標(biāo)主要用于對水下目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警；主動(dòng)非定向浮標(biāo)可測得目標(biāo)距離，多個(gè)浮標(biāo)配合還可獲得目標(biāo)方位[4]；被動(dòng)定向浮標(biāo)可以測得目標(biāo)方位，兩枚浮標(biāo)即可測得目標(biāo)方位和距離[5]；主動(dòng)定向浮標(biāo)用一枚就能測得目標(biāo)的方位和距離信息。

目前反潛直升機(jī)上采用的典型的聲吶浮標(biāo)有美國的AN/SSQ-41系列、AN/SSQ-47系列、AN/SSQ-53系列、AN/SSQ-62系列，英國的SSQ-904系列，加拿大的SSQ-510型和俄羅斯的RGMB型等[6]。

2 聲吶浮標(biāo)布陣方式

聲吶浮標(biāo)通常是在應(yīng)招搜索時(shí)由反潛直升機(jī)從離海面數(shù)十至數(shù)千米高度投放，使浮標(biāo)懸浮在預(yù)報(bào)有潛艇出沒的海區(qū)。在使用聲吶浮標(biāo)對水下目標(biāo)進(jìn)行搜潛時(shí)，為了能夠有效地覆蓋所需探測的所有海域，通常投放多枚聲吶浮標(biāo)并組成一定的陣式。常用的浮標(biāo)陣式有直線陣、三角陣、圓形陣、扇形陣、方形陣等。布陣完畢后，直升機(jī)在其所布設(shè)的浮標(biāo)陣上空巡邏飛行，以保證能夠監(jiān)聽到所有浮標(biāo)發(fā)送的無線電信號(hào)。

2.1 直線陣

直線陣通常由等間距的4～5枚聲吶浮標(biāo)組成，少則可布設(shè)3枚，多則可布設(shè)8枚。直線陣的布設(shè)方向一般與水下目標(biāo)航向垂直，布陣的原則為盡可能大地覆蓋水下目標(biāo)經(jīng)過的航道，如圖1所示。該浮標(biāo)陣一般用于攜帶浮標(biāo)數(shù)目不多，只需概略攔截判斷有無目標(biāo)的情況。布陣時(shí)要求目標(biāo)丟失點(diǎn)到浮標(biāo)陣之間的距離必須大于布陣延遲造成的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)距離，即圖1中：

圖1 聲吶浮標(biāo)直線陣

OH>Vs(Td+τ)

(1)

其中：Td為反潛直升機(jī)應(yīng)召延遲時(shí)間；τ為布設(shè)浮標(biāo)延遲時(shí)間；Vs為目標(biāo)潛艇的最大可能速度。

反潛直升機(jī)布設(shè)直線陣時(shí)，首先從待命空域飛往布陣區(qū)域，然后依次布設(shè)聲吶浮標(biāo)(H1H2H3H4H5H6)，布設(shè)完成后在浮標(biāo)上空巡邏。巡邏方式可為盤旋或直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

2.2 三角陣

三角陣由3枚構(gòu)成等邊三角形的聲吶浮標(biāo)組成，其中1枚布設(shè)在水下目標(biāo)的丟失點(diǎn)上，另外2枚布設(shè)在水下目標(biāo)前進(jìn)的航道上，如圖2所示。

圖2 聲吶浮標(biāo)三角陣

該浮標(biāo)陣適用于發(fā)現(xiàn)水下目標(biāo)的初期，即反潛直升機(jī)能夠快速前往目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行布陣，延遲時(shí)間較短的情況。反潛直升機(jī)按照圖中H1H2H3依次布設(shè)浮標(biāo)，布設(shè)完成后在浮標(biāo)陣上空盤旋。

2.3 圓形陣

圓形陣的圓心是反潛直升機(jī)與目標(biāo)失去接觸的丟失點(diǎn)位置，通常一次連投5、8、10或12枚浮標(biāo)構(gòu)成圓形陣。圖3給出了8枚聲吶浮標(biāo)組成的圓形陣示意圖。

該浮標(biāo)陣的布設(shè)原則為包圍圈不留空隙，圓形半徑的取值應(yīng)保證目標(biāo)潛艇處于包圍圈內(nèi)。其半徑的具體取值和所需浮標(biāo)數(shù)量取決于反潛直升機(jī)的綜合反應(yīng)時(shí)間和目標(biāo)潛艇的性能及戰(zhàn)術(shù)規(guī)避情況。圓形浮標(biāo)陣多用于目標(biāo)潛艇的概略位置已知，而航向未知的情形。反潛直升機(jī)按照圖中軌跡H1H2H3…依次布設(shè)浮標(biāo)，布陣完成后做盤旋運(yùn)動(dòng)。

2.4 扇形陣

若概略知道水下目標(biāo)的逃離航向，圓形陣便可轉(zhuǎn)化為扇形陣，如圖4所示。扇形陣的最主要的參數(shù)為布陣扇面角，即圖中的角，其值取決于水下目標(biāo)的可能逃離范圍。該浮標(biāo)陣的布設(shè)原則與圓形陣類似，使其攔截扇面弧線不留空隙。反潛直升機(jī)按照扇形弧線依次布設(shè)浮標(biāo)，完成后做盤旋運(yùn)動(dòng)。

圖4 聲吶浮標(biāo)扇形陣

2.5 方形陣

方形陣由數(shù)枚按照方形排列的聲吶浮標(biāo)組成，與圓形陣類似，其中心通常為目標(biāo)的丟失點(diǎn)位置。反潛直升機(jī)首先在丟失點(diǎn)布設(shè)1枚浮標(biāo)，然后按照方形軌跡圍繞丟失點(diǎn)依次布設(shè)聲吶浮標(biāo)，其示意圖如圖5所示。方形陣的適用范圍與圓形陣類似，即水下目標(biāo)的概略位置已知，但其航向未知。方形陣與圓形陣的差異在于方形陣能夠覆蓋包括丟失點(diǎn)在內(nèi)的整個(gè)方形范圍，而圓形陣會(huì)留有一定的空隙。

圖5 聲吶浮標(biāo)方形陣

上述幾種浮標(biāo)陣式是最常用的聲吶浮標(biāo)布陣方式。在實(shí)戰(zhàn)中浮標(biāo)布陣陣式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此，不過其他浮標(biāo)陣式一般均可看作是這幾種基本陣式組合而成。

3 仿真及分析

為了驗(yàn)證聲吶浮標(biāo)布陣對目標(biāo)探測結(jié)果的影響和聲吶浮標(biāo)搜潛各陣式的使用模式，本文針對最常用的聲吶浮標(biāo)陣式(直線陣和圓形陣)進(jìn)行仿真，給出直升機(jī)搜潛路徑、聲吶浮標(biāo)的工作點(diǎn)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的三維仿真圖，同時(shí)生成聲吶浮標(biāo)在水平面內(nèi)的覆蓋區(qū)域圖。

3.1 聲吶浮標(biāo)直線陣仿真

設(shè)定仿真條件，分別為直升機(jī)的參數(shù)、聲吶浮標(biāo)參數(shù)和目標(biāo)的參數(shù)。

搭載聲吶浮標(biāo)的直升機(jī)參數(shù)：平均飛行速度80kn，飛行高度100m，搜索最大航時(shí)90min，初始位置(-148,0.1,0)km；聲吶浮標(biāo)參數(shù)：工作深度-40m，作用距離5km，浮標(biāo)數(shù)量5枚，浮標(biāo)間距8km；目標(biāo)參數(shù)：丟失點(diǎn)位置(0,-0.2,0)km，最大逃逸速度12kn，逃逸方向-90°～90°。

仿真結(jié)果如圖6和圖7所示，圖中藍(lán)色曲線為直升機(jī)的搜潛路徑及浮標(biāo)投放位置；綠色圓點(diǎn)表示聲吶圖標(biāo)工作位置；紅色線段為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡。

圖6 聲吶浮標(biāo)直線布陣搜索的三維圖

圖7 聲吶浮標(biāo)直線布陣X-Z平面覆蓋區(qū)域圖

3.2 聲吶浮標(biāo)圓形陣仿真

搭載聲吶浮標(biāo)的直升機(jī)參數(shù)：平均飛行速度80kn，飛行高度100m，搜索最大航時(shí)90min，初始位置(-148,0.1,0)km；聲吶浮標(biāo)參數(shù)：工作深度-40m，作用距離5km，浮標(biāo)數(shù)量12枚，浮標(biāo)間距8km；目標(biāo)參數(shù)：丟失點(diǎn)位置(0,-0.2,0)km，最大逃逸速度12kn，逃逸方向未知。

仿真結(jié)果如圖8和圖9所示。

圖8 聲吶浮標(biāo)圓形布陣搜索的三維圖

圖9 聲吶浮標(biāo)圓形布陣X-Z平面覆蓋區(qū)域圖

由仿真結(jié)果可以看出：當(dāng)聲吶浮標(biāo)采用直線陣布陣時(shí)，覆蓋的探測范圍為一條直線，導(dǎo)致探測范圍十分有限，當(dāng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡完全未知時(shí)，無法保證能夠準(zhǔn)確地探測出目標(biāo)的距離和方位，所以多用于概略知道目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向時(shí)的攔截式搜索；當(dāng)聲吶浮標(biāo)采用圓形陣布陣時(shí)，覆蓋的探測范圍較廣，當(dāng)目標(biāo)消失點(diǎn)處于圓陣內(nèi)部時(shí)，能夠有效地包圍目標(biāo)消失點(diǎn)并完成搜索，缺點(diǎn)是當(dāng)目標(biāo)脫離圓陣后，聲吶浮標(biāo)圓陣的搜索效果會(huì)急劇下降。

4 結(jié)論

聲吶浮標(biāo)探測系統(tǒng)是直升機(jī)反潛的主要手段之一，而聲吶浮標(biāo)的布陣方式直接影響直升機(jī)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)軌跡和對水下目標(biāo)的探測結(jié)果的好壞。本文主要分析了聲吶浮標(biāo)布陣的幾種最主要的陣式及其主要的應(yīng)用場景；對實(shí)際最常用的聲吶浮標(biāo)直線陣和圓形陣進(jìn)行了仿真驗(yàn)證及分析，在給出直升機(jī)飛行參數(shù)以及目標(biāo)丟失點(diǎn)的位置的情況下，仿真聲吶浮標(biāo)在直線陣和圓形陣情況下對目標(biāo)逃逸路線的搜索結(jié)果，最終得出直線陣適用于預(yù)先能估算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向時(shí)的攔截式搜索，圓形陣適用于包圍式的目標(biāo)搜索。