舰载反潜直升机蛇形机动前方护航搜索方法及其仿真

丛红日，周海亮，陈邓安

(海军航空工程学院　a.指挥系; b.研究生管理大队，山东 烟台　264001)



舰载反潜直升机蛇形机动前方护航搜索方法及其仿真

丛红日a，周海亮b，陈邓安a

(海军航空工程学院a.指挥系;b.研究生管理大队，山东 烟台264001)

摘要：使用舰载反潜直升机进行护航反潜是保证航渡过程中的水面舰艇编队对潜防御安全的重要方法。针对编队前方护航反潜的实际需要和反潜直升机使用吊放声纳搜索的特点，提出了蛇形机动前方护航搜索方法，建立了同步模型，提出了提高搜索效能的基本方法。通过建立仿真模型对蛇形机动搜索方法的搜索效能进行了仿真，得出了一些有益结论，为舰载反潜直升机护航反潜的作战使用提供了依据。

关键词：舰载反潜直升机；蛇形机动搜索法；护航反潜；前方反潜防护；吊放声纳

本文引用格式：丛红日，周海亮，陈邓安.舰载反潜直升机蛇形机动前方护航搜索方法及其仿真[J].兵器装备工程学报，2016(6):158-161.

Citationformat:CONGHong-ri,ZHOUHai-liang，CHENDeng-an.CarrierAntisubmarineHelicopterSnakelikeMoveSearchMethodWhenAnteriorConvoyAntisubmarineDefendingandItsSimulationStudy[J].JournalofOrdnanceEquipmentEngineering,2016(6):158-161.

水面舰艇编队在航渡过程中通常会受到敌潜艇的威胁，其中，来自编队前方的敌潜艇威胁尤为严重[1]。舰载反潜直升机是为航渡中的水面舰艇编队提供反潜防护的主要兵力[2]，为了有效应对来自编队前方的敌潜艇威胁，通常使用吊放声纳在编队前方建立反潜巡逻线。

由于航渡中的水面舰艇编队处于持续的运动过程中，为了在较长时间内持续为水面舰艇编队提供反潜防护，反潜巡逻线应能与水面舰艇编队同步运动[3]。本文结合吊放声纳作战使用的特点和前方反潜防护的要求，提出蛇形机动搜索方法并对其作战效能进行仿真，为部队训练和作战提供参考。

1　蛇形机动前方防护搜索方法

1.1基本方法

蛇形机动搜索法就是在水面舰艇编队前方一定距离[4]，舰载反潜直升机使用吊放声纳进行曲折运动搜索。由于搜索路径类似蛇形，因此称之为蛇形机动搜索法。既可以单机组织实施，也可以双机组织实施，如图1所示。

图1　蛇形机动搜索法(双机)示意图

蛇形机动搜索法的关键是保证反潜直升机搜索过程与水面舰艇编队保持同步。

1.2主要参数关系分析

蛇形机动搜索具有明显的周期性，取一个周期(该周期主要是为了进行同步分析，称为同步周期，以便与吊放声纳搜索时的探测周期相区别)为例进行主要参数关系的分析。

图2　蛇形机动搜索周期分析图

如图2所示，设水面舰艇编队的航速为V编，敌潜艇的航速为V潜，吊放声纳的有效探测距离为D测，每相邻两个悬停探测点之间的间距为d，搜索过程中每个直线搜索段的长度为L，巡逻搜索线的反潜防护宽度为上级要求我反潜直升机负责的防护宽度L敌，曲折运动的角度(相邻两个直线搜索段之间的夹角)为α，在一个直线搜索段内的探测点数量为n，则在一个同步周期内，探测点数量为2n-1。

从图2可知：

(1)

(2)

舰载反潜直升机为航渡中的水面舰艇编队提供前方反潜防护时，核心任务是搜潜，为编队提供预警信息[5]，因此，最重要的效能指标就是探测概率P，此外搜潜宽度也是一个重要指标，越大，搜潜的范围就越大。

影响P的因素有很多[6]，主要包括：吊放声纳的有效探测距离D测、每相邻两个悬停探测点之间的间距d、一个直线搜索段内的探测点数量n、曲折运动的角度α、反潜直升机从一个悬停探测点飞向另一个悬停探测点的时间t巡，下放吊放声纳入水的时间t放，收起吊放声纳的时间t收，在悬停探测点探测的时间t测，反潜直升机飞行的速度V直，敌潜艇的航速V潜等。此外，装备性能、机组训练水平以及作战海区天气状况、水文环境等因素也会对P产生影响。

在具体搜索过程中，D测、t放、t收和V直通常是一定的，V潜通常可以在一定范围内合理假定，而t测与d互相影响，因此，d、n、α是影响P的主要因素。

1.3保持同步的方法

在蛇形机动搜索法中，采取了在与水面舰艇编队航向成一定角度的直线上进行曲折搜索的方式，使得反潜直升机使用吊放声纳进行搜索时的平均搜索速度在编队航向上的分量与编队的航速相当，从而保持与水面舰艇编队同步运动。

为保持同步，必须对反潜直升机使用吊放声纳搜索时的相关参数进行控制[7]。如图2所示，蛇形机动搜索法的一个同步周期就是呈V字型的两个直线搜索段的时间周期。

当一个同步周期结束时，水面舰艇编队的航行时间t编为

(3)

反潜直升机的搜索时间t直为

(4)

为了保持同步，在一个同步周期内，两者运动的时间应相等，即

(5)

因此

(6)

式(6)中，V编、V直、t放、t收和D测在具体作战过程中通常是一定的，因此影响同步的主要因素就取决于d、t测、α和n。

1.4满足防护宽度要求的方法

在保持同步的同时，还需调整搜索过程中每个直线段的长度L和曲折运动的角度α，从而使得反潜直升机在水面舰艇编队正面搜索的宽度必须大于上级要求我反潜直升机所承担的防护宽度，即

(7)

D宽越大，就能获得更大的有效搜索宽度，从总体上有效降低敌潜艇的突防概率。

通过分析可知

(8)

D测在具体作战时是一定的，所以d、n和α是决定搜索宽度能否大于上级要求我反潜直升机所承担的防护宽度的主要因素。

2　仿真模型建立

2.1反潜直升机运动模型

1) 反潜直升机的位置表示

建立如图3所示的平面直角坐标系。

图3　蛇形机动搜索周期坐标系

以蛇形机动搜索法任意一个同步周期为例进行分析。显然，反潜直升机第一个探测点的位置为

(9)

根据周期性，可以递推出第k个探测点的位置为

当k∈[n+(2k1-1)(n-1)，n+2k1(n-1)]，k1=0，1，2,…时：

(10)

当k∈[n+2k1(n-1)，n+(2k1+1)(n-1)]，k1=0，1，2,…时：

(11)

在蛇形机动搜索法中，每一个同步周期都是2n-2个t直周期的重复，以一个周期的第一个探测点的起始时间为基准时间，则一个同步周期的时间表示如图4所示。

通过分析可知，在每一个探测点，探测周期结束的时刻tn为

(12)

图4　蛇形机动搜索时间轴

2.2敌潜艇运动模型

在前方反潜防护时，反潜直升机通过使用吊放声纳探测，在航母编队前方一定距离上建立反潜巡逻线，并且与航母编队保持同步运动。只有当敌潜艇进入到反潜直升机建立的反潜巡逻线搜索范围时，反潜直升机才有可能搜索到敌潜艇。

设敌潜艇在任意时刻t的位置为(x潜t，y潜t)，则[8]

(13)

其中：V潜为敌潜艇航速；ε1、ε2为独立的服从均匀分布的随机数，且：0≤ε1≤1，0≤ε2≤1。

2.3探测效果判别

反潜直升机使用吊放声纳进行探测时，是否能探测到目标，取决于能否满足一定条件。即需要对探测效果进行判别[9]。

由于各个同步周期的情况类似，因此，仿真时仅对一个同步周期进行仿真即可。根据吊放声纳的工作原理，如果不考虑装备可靠性、机组训练水平等因素的影响，则当敌潜艇进入到吊放声纳当前悬停探测点的实际有效探测范围(即敌潜艇与反潜直升机之间的水平距离小于D测)，且处于吊放声纳有效工作时间内，则认为搜索到敌潜艇[10]。

3　仿真分析

根据以上模型，使用Matlab编写仿真程序，在想定条件下对蛇形机动前方防护搜索方法的搜索效能进行仿真研究。

3.1仿真想定

我水面舰艇编队航速v编为18kn。反潜直升机转移探测点时的飞行速度v直为180km/h，吊放声纳有效探测距离D测为8km，在每个悬停探测点收、放吊放声纳的时间 t收、t放均为1min，在每个悬停探测点进行听测的时间 t测为5min，转折角α为60°，每个直线搜索段上的悬停探测点数n为3个。

3.2仿真结果

为了对所提出的作战使用方法进行验证，并通过仿真得出一些有益结论，主要针对影响搜索效能的两个关键因素进行仿真。一是反潜直升机使用吊放声纳进行探测时相邻两探测点间距，取值在1～2倍的D测(根据仿真想定，在8～16km之间)；二是敌潜艇试图突破我反潜巡逻线从而威胁我水面舰艇编队安全时的航速，其取值设定为5～20kn。

使用仿真程序在想定条件下通过以上两个关键参数的变化，得出仿真结果，如图5所示。

图5　蛇形机动搜索法仿真效果

3.3仿真结果分析

1) 所提出作战使用方法的搜索概率较高

从仿真结果可以看出，本文所提出的蛇形机动搜索方法有着较高的搜索概率。与文献[8]等所提出的搜索方法相比，该搜索方法在某些条件下搜索概率更高，而且组织实施更为简便，是一种较好的搜索方法，可以为舰载反潜直升机使用吊放声纳进行编队前方反潜警戒搜索的作战使用提供有益参考。

2) 探测点间距对搜索概率的影响

从图5可以看出，探测点间距对以探测概率表示的搜索效能有重要影响，当探测点间距为8km(即重叠系数为1)时，探测概率较高，最高时为0.89，最低时为0.72。由此可见，使用蛇形机动搜索法时，当悬停探测点间距大约为吊放声纳有效探测距离的1倍时，搜索效果最好。

3) 敌潜艇航速对搜索概率的影响

敌潜艇航速对搜潜效能也有重要影响，无论吊放声纳相邻探测点间距为多少，总的趋势是，敌潜艇航速越高，探测概率越低，因此，对于有可能高速突防的敌潜艇，需要建立更加严密的反潜防御体系。

4　结论

本文针对编队前方护航反潜的实际需要和反潜直升机使用吊放声纳搜索的特点，研究提出了蛇形机动前方护航搜索方法，有效解决了直升机反潜搜索与编队运动之间的同步问题，并能够提供较大的防护宽度。通过建立仿真模型，对所提出的蛇形机动搜索方法的搜索效能进行了仿真研究，验证了该作战使用方法的有效性，并根据对仿真结果的分析得出了一些有益结论，能为舰载反潜直升机护航反潜的作战使用和训练提供参考。

参考文献：

[1]吴金平，杨必奉，刘国光.编队护航HVU反潜威胁轴[J].火力与指挥控制，2010，35(12)：83-85.

[2]吴福初,石文星,刘卫东.某型舰近程反潜防御区反潜直升机配置[J].指挥控制与仿真，2014，36(4)：68-71.

[3]丛红日,肖明强,陈邓安.直升机反潜巡逻线与编队之间同步问题研究[J].舰船电子工程，2011，31(8)：8-10.

[4]朴成日.航渡中反潜直升机的配置[J].舰船科学技术，2012，34(3)：118-121.

[5]丛红日，沈培志，王伟.直升机侧翼法伴随护航反潜作战使用方法及其仿真[J].舰船科学技术，2011，33(3)：115-119.

[6]陈辉,郑杨.反潜直升机吊放声呐应召搜潜效能建模与仿真分析[J].中国电子科学研究院学报，2013(6)：638-642.

[7]罗木生,姜青山,侯学隆.反潜直升机舰艇编队尾后截击潜艇建模[J].电光与控制，2012，19(12)：6-13.

[8]丛红日，李韬,肖明强.反潜直升机平行跳跃护航搜索方法及其仿真[J].舰船科学技术，2014，36(2)：137-142.

[9]盛文平，王磊，王浩,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)：84-88.

[10]吴芳，杨日杰，徐俊艳.对潜的吊放声纳应召搜索技术仿真研究[J].系统仿真学报，2009，21(13)：3989-3992.

(责任编辑杨继森)

doi:【基础理论与应用研究】10.11809/scbgxb2016.06.037

收稿日期：2015-11-28；修回日期：2016-01-06

作者简介：丛红日(1966—)，男，博士，副教授，主要从事航空反潜战术、装备管理研究。

中图分类号：E843

文献标识码：A

文章编号：2096-2304(2016)06-0158-04

CarrierAntisubmarineHelicopterSnakelikeMoveSearchMethodWhenAnteriorConvoyAntisubmarineDefendingandItsSimulationStudy

CONGHong-ria,ZHOUHai-liangb，CHENDeng-ana

(a.DepartmentofCommand;b.GraduateStudents’Brigade,NavalAeronauticalEngineeringInstitute,Yantai264001,China)

Abstract:Escort antisubmarine with shipborne antisubmarine helicopter is an important method to protect a surface ship formation in sail. According to the actual needs of preposing escort antisubmarine and the search method characteristics of antisubmarine helicopter when using dipping sonar, snakelike move search method was put forward, and its synchronization model was set up, and the basic methods to increase the search efficiency were put forward. On this basis, the simulation model was set up, and the searching effectiveness was studied with simulation method, and some useful results were deduced, which can offer foundation for the escort antisubmarine operating application of shipborne antisubmarine.

Key words:carrier antisubmarine helicopter; snakelike move search method; convoy antisubmarin; anterior antisubmarine defense; dipping sonar