多鱼雷与目标潜艇软防御层对抗方法

孙国振, 谢志强



多鱼雷与目标潜艇软防御层对抗方法

孙国振, 谢志强

(中国人民解放军91388部队, 广东 湛江, 524022)

在分析了潜艇武器装备防御方式的基础上, 对潜艇软防御能力进行了重点探讨, 并对由反鱼雷武器组成的软防御层进行了分析建模。由于目标潜艇信息具有一定的模糊性, 本文采用模糊集合表述反鱼雷武器的各个参数, 利用精确度计算得到相应的精确值和损伤度计算模型。在只考虑软防御层的情况下, 得到单雷、双雷、多雷情况的命中率计算方法, 并分析了其联合作战效能。仿真试验验证, 随着鱼雷数量的增加, 鱼雷经过软防御层的存活率会随之增加; 利用同种鱼雷以相同的命中率进行计算, 鱼雷的存活率也会有所提升。

多鱼雷; 潜艇软防御; 命中率; 存活率

0 引言

随着现代鱼雷防御技术的发展, 出现了气幕弹、声诱饵、噪声干扰器、反鱼雷鱼雷, 水下漩涡、高速水下弹、防鱼雷网等一系列反鱼雷武器[1], 使得鱼雷命中目标概率下降, 造成作战效能降低, 如何有效提高鱼雷综合作战能力, 是摆在舰艇对抗中的一道难题。

为了提高鱼雷攻击的作战效能, 舰艇采用鱼雷齐射的方式打击目标, 鱼雷齐射相对单射有较高的命中概率, 可以在短时间内完成射击准备[2]。一般情况下, 双自导鱼雷齐射容易产生互导问题[3], 为了避免互导, 对齐射散角、自导开启距离、鱼雷工作频率、工作周期都加以限制[4], 平行齐射或者扇面齐射对于舰艇容易探测, 且同时向2个鱼雷发射声诱饵或者反鱼雷鱼雷即可各个击破。文献[4]和[5]中的模型仅考虑鱼雷的航向变化, 未考虑目标方位变化所引起的航向变化, 而双自导鱼雷航向变化过大会产生“互导”, 文中只是针对自导鱼雷进行探讨互导问题, 对线导鱼雷并未涉及。文献[6]采用连续射击的方式, 设置一定的散角用来解决“互导”问题, 保证至少1枚鱼雷击中目标, 但是另外1枚鱼雷会做无用功, 为了1枚鱼雷能够命中, 而多发射另外1枚鱼雷, 此种方法消耗成本较大, 且缺乏一定的实用性。

线导鱼雷不存在互导问题[4], 且具有反应速度快, 对目标运动信息依赖性较小, 抗干扰能力强, 攻击效果好[7], 但是信号传输频率低, 信道衰耗大, 易受电磁干扰。由于讨论多雷攻击目标潜艇文献较少, 本文针对多雷情况对潜艇防御进行了探讨, 并对多雷攻击目标潜艇进行了建模; 鱼雷组合攻击方式种类较多, 配合方式是由鱼雷的种类、速度、自噪声、引导方式、目标特性等因素决定, 同时根据目标潜艇的防御体系决定。

1 潜艇防御体系

潜艇对其自身有一定的防护能力, 而防护能力与预警相关, 预警警报发出越早, 防护能力会加强。基于此, 本文将潜艇防御分为攻击防御和探测防御。探测防御是利用一定的技术消除自身噪声或者回波, 令敌方潜艇和鱼雷无法感知其存在。探测防御可以分为结构防御和技术防御, 结构防御为潜艇自身降噪结构、消声涂层、消声瓦; 技术防御则为通过减速、关闭设备的手段改变潜艇噪声辐射。

攻击防御是利用自身武器消除威胁的方法, 可以分为软防御和硬防御。软防御是潜艇利用自身携带的声诱饵、反鱼雷鱼雷、气幕弹、噪声干扰器、反鱼雷深弹、反鱼雷水雷、防雷网对来袭鱼雷进行拦截, 由于其防御方式具有较大的可操控性, 所以称之为软防御, 特点是潜艇防御来袭鱼雷时, 鱼雷来袭方向防御最强, 其他方向会比较低。硬防御则为潜艇自身结构应对鱼雷攻击、冲击波的能力, 由于潜艇结构的原因, 防御能力对各个方向相同, 利用自身抵抗力缓解冲击, 防御方式具有单一、无法改变的特性, 称之为硬防御。本文主要针对潜艇软防御能力进行探讨。

由于潜艇的软防御层是由反鱼雷武器建立的, 所以它需要一定的反应时间, 并被限制于一定的防御范围内, 如图1所示, 其外拓展至一定的范围, 当靠近潜艇一定距离时, 由于鱼雷惯性和爆炸产生的冲击波, 软防御是无效的, 所以会产生真空地带, 只有鱼雷达到这个真空地带时, 意味着命中目标。软防御层是由反鱼雷武器组建而成的, 当受到鱼雷攻击时, 潜艇首先利用反鱼雷武器进行拦截, 消灭来袭鱼雷, 由于将反鱼雷武器攻击方向对准来袭鱼雷方向, 此时该方向防御能力是最强的, 同时其他方向因为缺少反鱼雷武器防御, 防御能力会减弱, 而反鱼雷武器数量和发射能力的限制, 潜艇的防御能力是一定的, 随着反鱼雷武器的发射, 反鱼雷武器在装载完毕之前, 潜艇防御能力是下降的, 即软防御层的防御能力是降低的。

图1 潜艇软防御层图示

2 软防御层建模

式中, 表示防御指数, 为分段函数, 图2为防御指数率图示。

3 鱼雷攻击潜艇命中率建模

3.1 单雷攻击情况

在软防御恢复时间内, 会形成一定的虚空状态, 如图3所示, 同时造成整体软防御层防御指数下降, 利用式(3)计算防御指数。

3.2 双雷攻击情况

2枚鱼雷的攻击方式根据设定的发射、寻的、攻击路线, 可以从不同方向分别攻击, 或者从同一方向进行攻击, 组合方式有3种(若分别攻击视为2种, 也可以分为4种), 2枚鱼雷从同一方向进行攻击, 可以利用第1枚鱼雷制造的短暂软防御真空, 破坏潜艇的硬防御, 达到摧毁潜艇的目的; 2枚鱼雷从不同方向进行攻击可以减弱潜艇软防御层的防御能力。双鱼雷攻击潜艇方式如图4所示。

图3 1枚鱼雷攻击潜艇破坏软防御层图示

图4 双鱼雷攻击效果图

由于第2种方式采用尾随前一鱼雷, 从同一方向进行攻击, 那么此时潜艇对其防御指数为

同理可得第3类的命中率

3.3 多雷攻击情况

则整体命中率为

4 联合作战效能

为了方便数据处理与计算, 采用精确度的方法计算模糊集, 计算方法如下

5 仿真试验

本文选取潜艇中5种反鱼雷武器, 其参数如表1所示, 其中各类武器的拦截概率在不同环境中表现出的性能不一, 用模糊区间的方式表示;其作用距离是受到自身动力装置或者潜艇发射装置的限制, 在一定范围内才能其作用, 用区间的形式表示其作用范围。

表1 软防御层武器组成及参数

利用式(3)计算目标潜艇软防御层防御指数, 计算得到的结果为分段函数, 如图5所示; 单雷攻击目标潜艇, 在软防御层范围内存活率, 如图6所示。由于层层防御, 鱼雷到达潜艇1 km范围内的概率小于0.25。

现有2种鱼雷对目标潜艇实施攻击, 命中率分别为0.7, 0.8, 0.9; 由于受到目标潜艇防御攻击, 在各个位置存活概率不同, 所以命中率也不同, 图7为3种鱼雷3种组合方式, 从不同方向进行攻击, 离目标潜艇不同距离的命中率图示, 鱼雷数量越多, 离潜艇越近, 命中率越高。

根据本文设计的方法, 随着鱼雷数量的增加, 鱼雷经过软防御层的存活率也会随之增加, 利用同种鱼雷以相同的命中率进行计算, 鱼雷的存活率也会有所提升, 如图8所示。

图5 软防御层的防御指数

图6 单鱼雷存活率

图7 3种鱼雷分散攻击的命中率

图8 鱼雷数量与鱼雷生存概率图

6 结束语

本文对多鱼雷攻击潜艇目标进行了建模, 首先对潜艇的防御体系进行了分析与划分, 重点研究了软防御层的防御能力, 通过防御指数对软防御层进行了数学描述。鱼雷的攻击主要是突破软防御层, 本文讨论了双鱼雷攻击目标潜艇情形, 并得到了相应的命中率计算方法; 从双鱼雷情形引申至多鱼雷情形, 并建立命中率计算模型; 单纯的计算命中率不能较好评判攻击策略的优劣, 本文采用损伤度来描述鱼雷攻击策略的整体作战效能; 由于对目标潜艇存在一定的模糊认识, 本文利用模糊集数据处理方法, 得到相应精确度, 继而利用前文建立的模型得到损伤度的精确度, 根据各个方案的损伤度值得到优化方案。由于本文采用估计的方法对目标潜艇进行建模, 所以得到优化方案并非最优方案, 同时只是针对一定数量的鱼雷, 所以下一步的工作是从作战成本的角度出发, 寻求较低作战成本, 达到最佳作战效能的方案。

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Xu Dun-zi, Wang Xin-yuan. A Study of Wire-guidance Torpedo Operational Ways[J]. Torpedo Technology, 2002, 10(3): 39-43.

Countermeasure Method of Multi-torpedo Against Soft Defense Layer of Submarine

SUN Guo-Zhen, XIE Zhi-Qiang

(91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

Based on the analysis of defense way of submarine weaponry, the soft defense capability of a submarine is discussed in detail, and the soft defense layer composed of anti-torpedo weaponry is analyzed and modeled. Due to a certain ambiguity of target submarine information, a fuzzy set is used to express various parameters of anti-torpedo weaponry, and accurate calculation is performed to get the exact values and a calculation model of damage degree. In the condition of only considering soft defense layer, the methods for computing hit probabilities of single-torpedo, double-torpedo and multi-torpedo are gained, and the effectiveness of combined operation is analyzed. Simulation results show that with the number of torpedo increasing the survival probability of torpedo through the soft defense layer is increased, and the surviving probability also increases for same type of torpedo with same hit probability.

multi-torpedo; submarine soft defense; hit probability; survival probability

TJ63

A

1673-1948(2013)05-0378-06

2013-04-09;

2013-05-04.

孙国振(1985-), 男, 硕士, 研究方向为行为识别、导航控制、潜艇作战.

(责任编辑: 许 妍)