舰艇编队协同规避自导鱼雷攻击方法

夏志军，章新华，钱海民

（1．海军大连舰艇学院信息与通信工程系，辽宁大连116018; 2．91181部队，辽宁大连 116018）

0 引言

编队作战是未来海战的基本样式，编队所受威胁主要来自空中和水下，最直接的水下威胁是遭受鱼雷攻击。舰艇编队目标大、隐蔽机动困难、组织协同难度大、行动易暴露，遭遇潜艇或潜艇战斗群攻击的可能性和危险性大，提高编队的水下鱼雷防御能力成为急需解决的问题［1］。机动规避是舰艇水声对抗的重要措施之一，无论水声对抗器材如何发展，都必须与机动规避相结合，才能取得最佳的对抗效果。

单舰条件下舰艇规避鱼雷攻击问题研究已较多，但对于更为复杂的编队条件下的规避问题还缺乏深入的研究，本文在单舰规避方法的基础上，重点研究典型舰艇编队条件下，协同规避自导鱼雷攻击的原则和方法，并对该方法进行了仿真检验。

1 基本战术想定

1.1 典型舰艇编队组成

考虑反潜作战的需要，舰艇编队由3艘具有水声对抗能力的舰艇组成，配备相应的水声探测设备和水声对抗器材，呈三角队形配置，各舰间距相同。舰艇编队配置及相应的坐标系如图1所示。

1.2 对抗对象

对于线导+声自导鱼雷，舰艇进行纯规避的生存概率很低，基本上无法利用纯规避进行有效对抗;当线导鱼雷受到干扰，引导平台无法继续为鱼雷提供制导信息时，鱼雷也会提前转入声自导状态。所以本文研究对象主要是声自导鱼雷。潜艇在距离舰艇编队10 km以外的位置实施鱼雷攻击，鱼雷以有利提前角法被引导向编队，并以被动工作方式探测、搜索，在捕捉到编队舰艇后，转为主、被动联合制导工作方式以尾追法跟踪目标。

1.3 编队规避鱼雷过程

编队水声探测设备对来袭鱼雷报警后，经融合处理得到鱼雷报警信息（报警舷角、鱼雷报警距离）。编队经过决策反应，产生机动规避方案，经过决策实施时间后，编队开始规避［2］。

2 舰艇编队机动规避原则

编队水声对抗中，编队内各舰艇的规避须在编队统一的指挥下，根据实际的对抗态势，进行规避。编队规避的基本原则主要有:

1）编队中各舰的规避尽量有利于各舰之间进行协同对抗，能保持原有编队队形时，尽量保持原有编队队形;

2）鱼雷报警后，编队内各舰艇不在鱼雷搜索带附近时，规避尽量采取远离鱼雷搜索带的航向。当舰艇处于鱼雷搜索带内，或在鱼雷搜索带附近时，规避应选择能尽快驶离鱼雷搜索带的航向规避，即各舰不穿越鱼雷搜索带规避;

3）编队中各舰根据实际鱼雷报警态势，参考单舰规避对抗方法，进行规避，但不能对编队中其他舰艇的规避对抗产生不利影响;

4）编队中各舰规避航向的选择要考虑远离敌方攻击平台，避免敌方的第2次鱼雷攻击。另外要考虑当鱼雷威胁消除后，有利于编队队形恢复，以备对抗后续鱼雷威胁;

5）编队规避声自导鱼雷攻击时，鱼雷距离编队相对较远，为了尽快驶离鱼雷搜索带，编队采取背雷加速规避策略［3］。

3 编队协同规避方法的确定

在编队条件下有可能获得来袭鱼雷的距离信息，根据鱼雷位置、航向，能预测鱼雷向编队靠近时产生的鱼雷搜索带。搜索带的中心为预测的鱼雷航迹，搜索带的宽度由鱼雷的搜索扇面确定。根据预测的鱼雷搜索带与编队内各舰艇的舰位的位置关系不同，可确定出不同的编队协同规避方法。

3.1 鱼雷攻击航向的确定

敌潜艇平台声呐的分辨能力的大小，编队内舰艇的间距以及编队与敌平台的距离决定了敌平台声呐对编队的探测能力。当敌平台声呐分辨率高，距离编队较近时，敌方声呐可分辨出编队中的不同舰艇目标，鱼雷可能会被明确的导引至编队内的特定舰艇附近，攻击该舰艇;当敌平台声呐分辨率低，距离编队较远时，敌方声呐不能分辨出编队中的不同舰艇目标，鱼雷只能被导向编队的声学中心位置。

假设敌方声呐的探测距离足够远，敌方声呐可分辨出编队中的不同舰艇目标的条件是:

式中:dst为敌方声呐与探测目标的距离，m;dss为编队内舰艇之间的最小间距，m;θ为敌方声呐的方位分辨率，（°）。

由鱼雷的方位、距离信息，编队可估计出鱼雷的航向、航速;当编队不能估计出鱼雷的航速时，可选择鱼雷的经验航速进行计算，鱼雷由有利提前角法导引向编队舰艇，航向可由式（2）和式（3）估计［4］:

式中:φ为鱼雷攻击提前角;q为鱼雷报警舷角，左舷为负，右舷为正;vs为舰艇航速;vt为鱼雷航速;Cs为舰艇航向。根据鱼雷的报警位置，可预测鱼雷可能的航迹线，作为编队各舰进行规避机动的重要依据。本文给出的提前角是鱼雷能分辨编队内不同舰艇，具体攻击某艘舰的情况。

3.2 鱼雷对舰艇目标的发现距离

鱼雷主动声自导声呐方程:

式中:SL为鱼雷主动声源级;STL为舰艇辐射声源级;TS为舰艇目标强度;TL为声自导的传播损失;R为鱼雷距目标的距离;NL为鱼雷自噪声;DI为鱼雷声自导换能器指向性系数;DT为目标信号传播到达鱼雷自导换能器处时剩余的声能级;DDTL为鱼雷声自导传播（起伏）误差;rn为鱼雷声自导传播（起伏）误差系数;f为频率，kHz［5］;α为鱼雷声自导的传播损失常数。

DT与鱼雷声自导检测阈比较，判断鱼雷是否捕捉目标。

设舰艇在鱼雷的舷角为qs，鱼雷自导扇面角为Qt，检测阈为DT0，鱼雷捕获舰艇由式（1）判别:

3.3 编队协同规避鱼雷攻击方法

由报警舰位置及鱼雷的初始报警信息，可得到编队报警时鱼雷坐标（xt0，yt0）。经过决策时间td后，鱼雷直航搜索，鱼雷观测位置坐标为:

鱼雷搜索带的中心线，即鱼雷航迹线，如式（9）所示:

式中，k为鱼雷搜索带中心线斜率。

编队内各舰坐标表示为（xs，ys），依次判断各舰与来袭鱼雷的相对态势:

式中:a为舰艇到鱼雷预测位置的连线的斜率;b为舰艇相对于鱼雷的方位;qst为舰艇相对于鱼雷的舷角，左舷为负，右舷为正。

当编队内各舰艇相对于鱼雷舷角qst都为正，或者都为负时，表示编队内各舰处于预测鱼雷航迹同一侧，此时的编队齐转规避（规避航向相同）;当编队内各舰艇相对于鱼雷舷角qst既有正值，又有负值时，表示编队内各舰处于预测鱼雷航迹不同侧，此时的编队分散规避（规避航向不同）。

各舰的最佳规避航向选取与预测的鱼雷航向成Δc夹角的航向。各舰根据具体的编队对抗态势，选择自身最佳规避航向:

式中，Δc表示舰艇的最佳规避航向与预测的鱼雷航向的夹角。

结合鱼雷航向预测计算模型，编队内各舰的最佳规避航向为:

当判断舰艇处于鱼雷右舷时，选取在预测的鱼雷航向上向右旋转Δc作为本舰的最佳规避航向，转向的方向选取与当前舰艇航向夹角绝对值较小的一侧转向，保证舰艇在尽可能短的时间内完成转向。同理，当判断舰艇处于鱼雷左舷时，则选取在预测鱼雷航向上向左旋转Δc作为本舰的最佳规避航向，转向方向选择同上。

4 仿真分析

为了得到编队舰艇的最佳规避航向，根据舰艇、鱼雷、海洋环境等相关模型，利用VC++建立了仿真平台，选取舰艇最佳规避航向与预测的鱼雷航向夹角Δc，从30°到90°每隔10°分别进行仿真，控制界面如图2所示。

4.1 仿真参数

鱼雷参数:航速45 kn;航程20 km;转向角速度6.7°/s;旋回半径170 m;自导扇面角70°;鱼雷主动声源级180 dB;指向性增益30 dB;检测阈0.5 dB，环境噪声70 dB，鱼雷自噪声60 dB。

编队参数:编队初始航向0°;航速18 kn，规避航速30 kn;转向角速度1.5°/s，加速机动时为1.7°/s;旋回半径300 m，加速机动时为450 m;舰艇操纵反应时间5 s;决策反应时间30 s。舰艇辐射噪声级由式（15）确定，目标强度值由式（16）确定［6］。

图2 编队水声对抗仿真界面Fig.2Ship formation underwater acoustic simulation interface

式中:TSmax=20 dB为舰艇正横方向的目标强度。

4.2 仿真结果分析

由于编队队形的对称性，只对编队右舷的仿真结果进行分析。不同报警态势下，采取Monte-Carlo方法，经1 000次统计模拟实验。由于篇幅限制只列出对比效果较明显的Δc分别为30°，70°和90°的仿真结果，如图3和图4所示。

图3 不同Δc取值下的编队纯规避对抗成功率（0号舰右舷30cab）Fig.3Survival probability of ship formation under different Δc

图3表示编队0号舰右舷30cab各舷角报警时，不同的Δc取值下，编队纯规避的成功率。可以看出，当舰艇规避航向与预测鱼雷航向夹角Δc取70°时，大部分态势下，编队纯规避的成功率较高。

图4是编队中2号舰右舷30cab报警的情况，总体上舰艇规避航向与预测鱼雷航向夹角Δc取70°时的编队对抗效果相对较优。图中存在个别态势，Δc取30°比Δc取70°时对抗效果稍好，是因为编队的对抗成功率在该处都从很小开始增大，在对抗成功率较小时，仿真结果受随机误差的影响较大造成的。其他态势下，Δc取70°时效果较好。

图4 不同Δc取值下的编队纯规避对抗成功率（2号舰右舷30cab）Fig.4Survival probability of ship formation under different Δc

仿真对抗的结果说明，有鱼雷距离报警时编队内各舰的最佳规避航向是取与预测的鱼雷航向成60°～80°夹角，远离鱼雷搜索带的航向。

5 结语

本文重点研究了特定编队条件下协同规避自导鱼雷攻击的方法。通过大量仿真分析可以看出，在一定鱼雷报警条件下，编队分散规避和齐转规避时，采用与来袭鱼雷预测航向成60°～80°夹角的航向加速规避效果较好。该结论与单舰规避中将来袭鱼雷置于舰艇的110°～130°舷角的航向进行加速规避的方法基本一致。本文研究结果及方法对编队条件下的水声对抗作战具有一定的指导作用，但对更为复杂编队及鱼雷报警条件下（无来袭鱼雷距离信息、多雷攻击）以及与对抗器材协同配合情况下的编队机动规避方法还需进一步深入研究。

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