| 标题 | 潜艇使用自航式声诱饵防御吊放声纳方法研究 |
| 范文 | 周雪松 摘要：与敌反潜航空兵的斗争中，潜艇主要是要求保持隐蔽，争取先敌发现，利用变向、变速和变深灵活机动，并尽可能结合使用水声对抗器材实施规避。该文提出了潜艇使用自航式声诱饵规避敌反潜直升机使用吊放声纳搜索的方法。通过仿真计算表明：潜艇合理使用自航式声诱饵防御吊放声纳能有效提高潜艇生存概率。 关键词：潜艇；自航式声诱饵；反潜直升机；吊放声纳 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）25-0260-03 Research on the Method of Using Mobile Acoustic Decoy to Defense Dipping Sonar ZHOU Xue-song （Jiangsu Automation Research Institute， Lianyungang 222061，China） Abstract： In the struggle against the enemys anti-submarine troops， submarines are mainly required to keep concealment， try to find the enemy first， flexible maneuver with variable direction， variable speed and depth and try to avoid using underwater acoustic countermeasure equipment as far as possible. This paper presents a method of using mobile acoustic decoy to avoid dipping sonar of anti-submarine helicopter. The simulation results show that the reasonable use of the mobile acoustic decoy to defend the dipping sonar can effectively improve the survival probability of the submarine. Key words： Submarine； Mobile acoustic decoy； anti-submarine helicopter； dipping sonar 當我潜艇发现或侦测到敌吊放声纳探测时，潜艇通常需转向将吊放声纳置于我艇尾可听测舷角脱离。潜艇规避吊放声纳搜索的基本方法：在未被敌机吊放声纳发现之前，力求避开其探测范围，已被敌机吊放声纳发现后，应尽快驶出其探测范围，并力争乘敌机中断探测之机摆脱。潜艇规避吊放声纳最有效的措施是发射自航式声诱饵，使吊放声纳探测到机动假目标—诱饵，从而分散敌反潜探测系统的注意，混淆战场态势，不利于敌舰对我艇实施鱼雷攻击解算，掩护我潜艇脱离敌吊放声纳探测区域。 1 吊放声纳发现目标概率模型 反潜直升机使用吊放声纳搜潜时，常用的传统阵形有扇形、方形、锯齿形、矩形等，这些算法均存在搜索范围大，转向次数多，搜索时间长，平均搜索概率低等缺点。为克服上述缺点，螺旋线、扩展的螺旋线等搜索算法相继被提出。其中螺旋线搜索算法以转向次数少、搜索效率高等优点得到了广泛应用[1]。 舰载直升机使用吊放声纳的搜潜概率受到诸多因素的影响，即使潜艇处于其探测距离内，也可能探测不到目标。潜艇或诱饵侦测到吊放声纳信号后，应积极主动地进行规避，力争保持潜艇的隐蔽性，避免因规避或使用水声对抗器材不当造成或加剧潜艇的暴露。噪声背景下吊放声纳的主动声纳方程为[2]： [SLD-2TL+TS-（NL-DI）=DT] 仿真实验中，对吊放声纳主动检测目标过程的模拟是以声纳方程为基础进行的，为保证能按有限的已知指标模拟吊放声纳主动检测能力，必须对声纳方程检测模型进行如下简化： 在声纳方程中，需要实时求解的量主要是目标强度TS和传播损失TL。一旦吊放声纳设计定型，其SLD、DI、DT三项可认为是相对固定不变的。由声纳方程变换可得：[SL-NL+DI-DT≥2TL-TS]。该式右端可理解为吊放声纳检测目标时的最大允许能量损失，将其作为模拟用检测门限，令 [powMax=2TL（r）-TS0] 在仿真实验中，实时计算吊放声纳到目标的距离D和相对舷角Q，求得TS和TL值，令 [powAct=2TL（D）-TS（Q）] 只要该损耗小于标准情况下的最大允许能量损失，即[powAct≤powMax]，则认为主动检测到目标，否则检测不到目标。 2 吊放声纳跟踪目标模型 下一个探测点的位置主要取决于：直升机机组人员判断出的敌潜艇在其停止探潜期间的规避航速。若判断敌潜艇航速低于12节，下一个探测点就选择在：吊放声纳在前一个探测点停止探测时的潜艇位置，如图所示。其中，[P1]表示吊放声纳最初发现敌潜艇时的位置。[P2]表示吊放声纳在[P1]点停止探测时敌潜艇的位置。 若判断敌潜艇规避航速不低于12节，下一个探测点选择方法为：直升机在下一个探测点开始探测时，换能器处于敌潜艇舷角45°，距潜艇航线5链左右。如此选择的原因是：敌潜艇如果不转向，换能器不久就能处于其正横，此时，吊放声纳主动探测距离最远，不使敌潜艇处于吊放声纳的探测盲区。 如图所示，[P1]表示吊放声纳最初发现敌潜艇时的位置。[P2]表示吊放声纳在[P1]点停止探测时敌潜艇的位置或当潜艇航速小于12节时，吊放声纳的下一个探测点。[P3i]（i=1，2，吊放声纳下一个探测点可能在潜艇航线的两舷）表示潜艇航速大于12节时，吊放声纳的下一个探测点。[D0]表示[P1]、[P2]两点之间的距离，为0.75倍[D吊]（吊放声纳的探测距离），[Di]表示[P1]和[P3i]两点之间的距离。[H潜艇]表示吊放式声纳测得的敌潜艇航向。 3 吊放声纳目标识别模型 吊放声纳系统跟踪探测到目标后将进行目标识别，以确定可疑目标是否为潜艇。由于诱饵能够比较逼真的模拟潜艇噪声，它不仅能模拟潜艇航行噪声的频谱特性、主动信号回波的脉冲宽度、多普勒频移等声学特性，并且具有模拟潜艇航行的功能，因此极大增加了吊放声纳的识别难度[3]。 吊放声纳系统识别诱饵的原理和过程比较复杂，其识别能力与目标距离、海洋环境、吊放声纳系统的性能、吊放声纳对目标的跟踪情况以及吊放声纳操作人员的熟练程度有较大关系。本次仿真采用基于目标尺度识别的目标识别模型[4]。 理论上，目标尺度识别是根据回波的亮点数来确定目标的尺度，當频带角较小时，在较近的距离上，潜艇应至少在相邻两个波束内有回波，否则就认为目标是假目标。实际应用中，主动声纳一般在半个波束角的距离范围内就能够判定目标是否为假目标，如图3所示。 其中，吊放声纳主动方式的声纳波束角为[Δ?=10?]，S为目标正横时敌我之间的距离，可由下式推导： [S=L2tan（Δ?/2）=2*53.35tan（5?）=609.8] 通过计算，吊放声纳能判定诱饵为假目标的最大距离为3.3链。从最不利因素考虑，取吊放声纳的识别距离等于4S，即取吊放声纳的识别距离为13.2链。吊放声纳在发现潜艇时，通常会保持对潜艇跟踪而不再更换探测点，同时增强探测信号的强度，减小脉冲间隔时间，改变信号频率。潜艇可利用这些信息判断是否被发现[5]。 4 仿真计算及结果分析 4.1 仿真参数设置 仿真参数设置如下。 1） 反潜直升机飞行航速160km/h；直升机螺旋扩展系数0.5。 2） 吊放声纳对潜艇、诱饵进行搜索时，其探测点位置误差服从正态分布。 3） 潜艇航向90°，潜深150m，航速8节，匀速直航。 4） 为简化计算，不考虑作战海域的暗礁等障碍物，即不对潜艇和诱饵的航路进行避障设计。 4.2 仿真结果分析 诱饵参与作战并得到有效使用时的作战效果明显优于诱饵不参与作战时的作战效果。敌应召时间不大于40min时，诱饵参与作战后的作战效果提高有限，潜艇生存概率只得到较少提升，约7%左右，敌应召时间大于40min时，诱饵参与作战能够有效提高潜艇生存概率，平均提升约20%左右。 诱饵的诱骗航速对诱饵的作战效果有重要影响。最优诱骗航速的选择需要满足如下条件：诱饵的航速能够保证与敌反潜机发生一定的声接触，但却不能被反潜机快速识别和定位，即能够持续一段时间诱骗。诱骗航速为5节时，作战效果最好，这是因为本仿真条件下，诱饵5节的诱骗航速能使直升机一直与诱饵保持声学接触而未识别诱饵，能尽可能地诱骗反潜直升机。当诱骗航速变大时，潜艇的突破概率变低，当诱骗航速较大时，直升机在跟踪的过程中可能会丢失诱饵目标过久而飞往潜艇可疑区域进行搜索，反而使潜艇的突破概率降低。 当潜艇报警舷角为大舷角时，潜艇生存概率较高，当潜艇报警舷角为小舷角时，潜艇生存概率几乎为零，其中大、中舷角时，通过背雷转规避时潜艇生存概率最高。 5 结束语 本文建立了反潜直升机使用吊放声纳搜索、发现、跟踪、识别目标的数学模型并分析了潜艇使用自航式声诱饵诱骗吊放声纳的使用方法，通过仿真计算，潜艇合理自航式声诱饵使用能有效提高潜艇的生存概率。 参考文献： [1] 盛文平，王磊，汪浩，等.反潜直升机吊放声纳应召搜潜仿真研究[J].指挥控制与仿真，2009，31（6）. [2] 屈也频.反潜飞机搜潜效能评估与决策建模[M].北京：国防工业出版社，2011. [3] 韩瑞新，张宏军，祝笑舟，等.直升机反潜模拟中的吊放声纳系统仿真[J].计算机仿真，2005，22（12）：28-31. [4] 陈建勇，鞠建波，冷江.吊放声纳被动探测的一次发现概率[J].海军航空工程学院学报，2004，19（4）. [5] 孙明太，王涛，赵绪明.反潜直升机吊声搜潜效能的建模仿真[J].火力与指挥控制，2005（3）. 【通联编辑：光文玲】 |
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