反潜直升机吊放声纳搜索效率模型研究＊

（海军陆战学院 广州 510430）

1 引言

反潜直升机是潜艇作战行动的最大威胁兵力之一，而吊放声纳又是反潜直升机对潜艇搜索的特有装备，衡量吊放声纳搜潜效能的重要指标是搜索概率，而搜索效率（单位时间的搜索面积）又是影响搜索概率的重要因素。研究反潜直升机使用吊放声纳对潜搜索效率，对直升机反潜作战具有重要的指导作用。直升机自身的性能、吊放声纳搜潜阵形的选择等因素，都对直升机搜潜效率有很大的影响，采用计算机仿真的方法定量研究影响直升机搜潜效率的因素，无论对直升机搜潜还是对潜艇规避搜索都有现实意义。本文将讨论计算直升机搜潜效率的两种数学模型，并对两种搜索效率模型进行比较。

2 反潜直升机使用吊放声纳搜索过程

反潜直升机使用吊放声纳搜索潜艇，一般都采用边前进边逐点探测的跳跃式搜索，其飞行搜索作业剖面如图1所示。反潜直升机到达搜索海域后，按预定的搜索航线飞行，在第一个探测点下降到悬停高度Ht1迎风悬停，按吊放声纳操作规程放下吊放基阵，边放边观察，根据海区深度和水声环境条件，把基阵放到合适的深度，开机搜索目标。如果发现可疑信号，就要进一步探测，或用主动方式测定目标的位置，并随时把目标位置传送到指控系统，计算出目标运动参数，以便对目标实施跟踪或攻击，或引导其它兵力进行跟踪或攻击；如没有发现目标，则收起基阵爬升到过渡飞行高度Hg以巡航速度飞往下一个探测点悬停，两个悬停点的间距Dx取决于吊放声纳的搜索半径，再重复上述动作，直至探测到潜艇或搜索完规定的时间［1～2］。

图1 反潜直升机使用吊放声纳搜索过程

3 反潜直升机使用吊放声纳搜索效率模型

3．1 吊放声纳搜索参数

根据吊放声纳搜潜过程，其搜索参数主要有搜索周期、有效搜索宽度和平均搜索速度。

3．1．1 搜索周期

直升机使用声纳进行离散搜索，放下声纳天线和起飞更换敌方依次替换进行。离散搜索一个循环包括放下声纳天线、进行搜索、收起声纳天线和飞向下一个探测点。离散搜索一个周期所用时间的数学表达式为

式中：tz为离散搜索一个周期所用时间；tf为放下声纳天线所用时间；ts为反潜搜索时间；tn为收起吊放声纳天线所用时间；th为飞向下一个探测点所用时间。

3．1．2 有效搜索宽度

吊放搜索中一般把相邻的搜索圆交点的宽度定义为有效搜索宽度Wd，如图2所示。

图2 吊放声纳有效搜索宽度示意图

其计算公式为

式中：Dx为悬停探测点的间距（km），Dx＝n·dB，n为探测点间隔系数；dB为反潜直升机反潜直升机吊放声纳的搜索范围（km）。

3．1．3 平均搜索速度

吊放搜索的平均搜索速度是指在反潜直升机整个反潜搜索过程中，直升机平均的前进速度（km／h），其计算公式为

3．2 反潜搜索效率模型

搜索效率是指反潜直升机使用吊放声纳在单位时间内搜索的有效面积。计算搜索效率的方法有两种：一种是按矩形求面积法（简称矩形法）；另一种是按搜索圆求面积法（简称圆形法）。

3．2．1 矩形法搜索效率模型

矩形法求面积是用有效搜索宽度乘以单位时间内搜索长度。

式中，Sq为单位时间内潜艇运动所增加的面积。Sq＝2dBVdts，其中dB为反潜直升机反潜直升机吊放声纳的搜索范围；Vd为被搜索潜艇的航行速度；ts为反潜搜索时间。m为单位时间内悬停次数（1／tz）。

3．2．2 圆形法

3．2．2．1 每次悬停搜索面积

由图3可以看出，反潜直升机每次悬停进行搜索的面积（Sq）：

式中：dB为反潜直升机反潜直升机吊放声纳的搜索范围；Vd为被搜索潜艇的航行速度；ts为反潜搜索时间。

3．2．2．2 模型设计

吊放声纳的搜索区域是以探测点为中心，以声纳作用距离为半径的圆。单位时间内吊放声纳实际搜索面积是该段时间内所有搜索圆面积之和，再扣除相邻圆重叠的面积［8］，如图4所示。

图3 每次悬停搜索面积Sq

图4 圆形法搜索面积

图4中Sc为相邻搜索圆的重叠面积，线段ac的长度为Dx，线段bd的长度为Wd。计算得到Sc＝-WddBCos（arcSin（Wd／2dB））。

所以单位时间内搜索面积Sy＝m·Sq-（m-1）Sc。

4 搜索效率模型的比较

为了验证单位时间内搜索面积的计算方法，现对计算搜索效率的两种模型进行比较。从前面给出的两种模型可以看出，在其它参数不变的情况下，探测点间隔距离是影响搜索面积的最敏感因素，因此以它为变量进行分析。根据计算搜索效率的两种模型，设各参数为：搜索面积5×104km2，敌潜艇速度8kn，吊放声纳作用距离7km，搜索速度为210km／h，探测时间3min，收放时间2min，得到搜索效率与探测点间隔系数关系图，如图5所示。

图5 搜索效率与探测点间隔系数关系图

从上面的图可以看出，总的来说，圆形法的搜索效率比矩形法的搜索效率要高，这是因为矩形法的模型计算公式只使用了有效搜索宽度来计算，忽略了很多有效部分。特别是当探测点间隔系数大于1．5时，矩形法的搜索效率明显降低，当间隔系数为2时，矩形法的搜索效率几乎为0，因为此时有效搜索宽度为0。由此可以认为在计算搜索效率时圆形法是比较常用的一种方法。

5 结语

使用吊放声纳搜索潜艇是反潜直升机反潜的主要搜索形式。本文初步建立了两种搜索效率模型，利用Matlab，对两种搜索模型进行了比较，列出了搜索效率和探测点间隔之间对应的关系。仿真结果表示圆形法是常用的计算搜索效率的方法。

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