被动定向浮标探潜模型研究

战和，杨日杰，金中原



被动定向浮标探潜模型研究

战和1,2，杨日杰1，金中原1

(1. 海军航空工程学院，山东烟台 264001；2. 92074部队，浙江宁波 315020)

反潜战中，被动定向声呐浮标是一种主要的探潜手段，两枚被动定向浮标同时发现目标即可对其进行定位。研究了初始浮标阵中仅有一枚浮标能够发现目标但不能实现定位的情况下，如何通过补投被动定向浮标对目标进行定位的模型问题。根据水下目标和反潜机的运动特点，将实际中所有可能出现的情况进行了分类讨论，建立了被动定向浮标的补投模型。通过仿真分析了模型的探测效能，验证了模型的正确性和可用性，为被动定向浮标的战术使用提供了一定的理论基础。

航空反潜；被动定向浮标；发现概率

0 引言

反潜战中，航空搜、探潜发挥着重要的作用，反潜机扮演着水面舰艇编队探路者和保卫者的重要角色[1-2]。对于反潜机(尤其是固定翼反潜机)而言，声呐浮标是对水下目标进行探测的一种主要手段。浮标按声呐工作方式分为主动浮标和被动浮标，按数据处理能力分为全向浮标和定向浮标，两者均为全向监听，其中被动定向浮标能够对发现的目标进行定向，因此，两枚同时发现目标即可进行定位[3-4]。本文的研究内容即是在原始浮标阵中仅有一枚被动定向浮标发现目标的基础上，反潜直升机如何进行后续补投及补投后浮标的探测效率问题。

1 问题描述

假设布设的原始浮标阵为圆形阵[5]，圆阵半径为，其中发现目标的浮标编号定义为1，坐标为(，)，发现目标方位（与正东方向的夹角）为，反潜机坐标为(，)，反潜机航速为。由于被动浮标的隐蔽性能非常好，潜艇不会发现威胁而采取规避措施，故可以假设其航速不变，记为。浮标探测半径由被动声呐方程=1－++确定，其中被动声源级1与潜艇航速有关，且满足

式中：为吨位，单位t；为频率，单位kHz[6]。态势如图1所示。为统一编号和明确物理意义，将后续补投的浮标记为2、3、…，对应的坐标记为(2，2)，(，)，…；反潜机在布放2过程中1能发现潜艇的最后方位角记为；反潜机到达投放点时目标活动范围的半径记为。

2 被动定向浮标补投模型

2.1 潜艇尚未逃出浮标1的探测范围

2.2 潜艇已逃出浮标1的探测范围

2.2.1 浮标2发现潜艇

2.2.2 浮标2未发现潜艇

投放完3、4、5号浮标后，应持续监听，若其中有两枚能够发现潜艇则可以对其进行定位，若其中只有一枚能够发现潜艇，则可按2.1节的方法补投一枚浮标，若仍无法发现，则认为潜艇已逃逸。

3 效能分析

3.1 发现概率随初始距离的变化关系

假设潜艇航速为10 kn，当初始距离在25~50 km变化时，被动定向浮标补投模型的发现概率变化情况如图5所示。

由图5可见，发现概率随初始距离的增大而减小。当初始距离小于30 km时，此时直升机的监听位置距浮标较近，前往补投位置的时间较短，潜艇在该时间段内的活动半径较小，补投的浮标能够完全覆盖潜艇的活动区域，发现概率为100%。当初始距离达到监听距离极限的50 km时，直升机前往补投位置的时间较长，潜艇活动半径较大，可能存在的位置较分散，发现概率下降至57%。

3.2 发现概率随潜艇航速的变化关系

假设初始距离为35 km，当潜艇航速在6~16 kn变化时，被动定向浮标补投模型的发现概率变化情况如图6所示。

由图6可见，图像大致呈现为“V”字型，当潜艇航速低于12 kn时，发现概率随航速增大而减小，这是因为在直升机执行补投阶段低航速潜艇的活动半径较小，被浮标发现的概率则相对较大。特别是当潜艇航速小于8 kn时，潜艇所有可能活动的区域均被按补投模型投放的浮标所覆盖，发现概率为100%。当潜艇航速大于12 kn以后，辐射噪声有所增加，使浮标探测距离有明显增大，发现概率也随之增大，到16 kn时已可达97%。

3.3 发现潜艇的浮标对分析

在以上的仿真分析中，所有成功发现目标的情况都是由至少一对浮标完成的，下面在成功发现目标的案例中分析各浮标对的表现情况，结果如图7所示。

4 结论

在航空反潜作战中，使用声呐浮标对潜艇进行探测和定位是一种主要手段。本文研究了初始浮标阵中已有一枚能够探测到潜艇的情况下后续浮标的补投问题，建立了补投模型，该模型确定了各枚补投浮标的补投位置和补投顺序，并使用蒙特卡洛方法仿真分析了在多种初始距离和潜艇航速条件下模型的探潜效能，分析了由补投浮标两两组成的浮标对在所有发现情况中的发现比重，验证了模型的可用性，为被动定向浮标的战术使用提供了一定的理论基础。

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Research on detection model of passive directional buoys

ZHAN He1,2, YANG Ri-jie1, JIN Zhong-yuan1

(1. Naval Aeronautics and Astronautics University,Yantai 264001, Shandong,China; 2.Unit 92074, Ningbo315020, Zhejiang,China)

In Anti-Submarine Warfare, passive directional sonar buoy is a main method to detect submarine. When two directional buoys have detected the same underwater target at the same time, its position could be fixed. A model about how to lay the supplementary passive directional buoys is researched to fix the position of underwater target in the condition that one and only one directional buoy in the original array has affirmed the existence of underwater target, but could not fix its position. According to the motion features of both underwater target and antisubmarine aircraft, supplementary dropping model of passive directional buoy is established in consideration that all possible situations may occur in practice. By simulation, the detection efficiency of the model is analyzed and the applicability is proved. All of these providea theoretical foundation for tactical uses of passive directional buoys.

aviation antisubmarine; passive directional buoy; detection probability

E273.3

A

1000-3630(2016)-02-0125-04

10.16300/j.cnki.1000-3630.2016.02.008

2015-10-10;

2016-01-10

国家自然科学基金资助项目(61271444)

战和(1984－), 男, 山东龙口人, 博士研究生, 研究方向为水声工程与航空反潜。

战和, E-mail: zhanhe@foxmail.com