一种自航水雷障碍毁伤舰船概率计算方法

朱红波, 张 旭, 冷相文1,



一种自航水雷障碍毁伤舰船概率计算方法

朱红波1, 2, 张 旭2, 冷相文1,2

(1. 西北工业大学 航海学院, 陕西 西安, 710072; 2. 海军大连舰艇学院 水武与防化系, 辽宁 大连, 116018)

基于误差相关性分析了自航水雷雷位散布特性, 并综合考虑水雷布放成功率、动作概率和布放误差等因素的影响, 运用概率论给出了一种自航水雷障碍毁伤舰船概率的解析计算方法, 计算结果验证了该方法的正确性, 可为自航水雷封锁作战决策科学化研究提供参考。

自航水雷; 散布特性; 毁伤概率

0 引言

目标舰船毁伤概率是衡量水雷障碍作战效能的重要指标之一, 它是指目标舰船从预定水域内经过时, 水雷障碍对其所造成的毁伤程度不低于规定水平的概率。以往国内一直沿用几何概率模型或泊松公式计算单舰毁伤概率, 虽然方法简单, 但实用性和适用性较差[1]。自航水雷在其航行误差和布雷平台位置误差等因素的影响下, 其实际位置相对预定布放位置的偏差具有较大的随机性[2], 并且同航次布放的多枚自航水雷实际雷位散布具有相关性。因此, 需要基于其散布特性, 提出适用于自航水雷障碍的毁伤效能评估方法。

1 自航水雷雷位散布特性

自航水雷雷位散布特性是指在水雷投送误差的影响下水雷雷位分布的规律性, 它直接影响到水雷布设至预定障碍区域内的概率, 是进一步评估自航水雷障碍毁伤效能的基础。

在实际布雷作战中, 一般采取预先人工散布的方法确定各枚水雷的预定布放位置(期望雷位), 再由潜艇按照期望雷位坐标依次布设自航水雷, 则自航水雷投送误差主要由布雷平台位置误差和自航水雷航行误差组成。

单艇布设自航水雷时, 由于布雷时间短、布雷航速小, 可以认为同一航次布放的自航水雷具有相同的布雷平台位置误差。

自航水雷航行误差主要包括水雷导航定位误差和末弹道误差, 绝对速度推算是目前采用最多的自主导航方式, 主要采用声学绝对速度计程仪加高精度罗经, 导航定位散布误差可以控制在水雷航程的0.5%以内[3], 由于同一航次布放的自航水雷自主航程相差不大, 可以认为他们具有相同的导航定位误差。末弹道误差是指自航水雷在弹道末段关闭推进系统后靠惯性下沉过程中产生的雷位误差, 一般末弹道误差远远小于远程自航水雷的导航定位误差。

图1 自航水雷障碍雷位配置坐标系

则

2 目标舰船毁伤概率

2.1 目标舰船毁伤概率模型

2.2 k枚水雷全部命中毁伤目标概率模型

2.3 k枚水雷全部动作概率模型

3 实例分析

3.1 雷位散布相关性影响分析

图2 n枚水雷全部落入预定横向区域概率随相关系数变化

从图2可以看出, 随着雷位散布误差相关系数从0到1的改变,枚水雷全部落入预定障碍横向区域的概率随之增大, 而且变化很明显。当不考虑雷位散布误差的相关性, 认为平台散布误差为0, 即相关系数等于0时,枚水雷全部落入预定障碍横向区域的概率值最小, 而实际布雷时, 平台散布误差不能忽略, 因此, 必须考虑雷位散布误差相关性对布雷效果的影响。

3.2 毁伤概率计算实例分析

假设水雷障碍宽度为, 水雷动作带宽度为200, 动作概率为0.9, 命中概率为0.9, 水雷布放完好率为0.95, 水雷工作可靠度为1, 水雷定位均方差为, 布雷平台散布均方差为, 目标舰船的计划航线在水雷障碍正面方向所遮掩的范围之内服从均匀分布, 并采用直航的方式从障碍内经过, 潜艇一个航次布放6枚水雷, 所布水雷期望雷位以障碍中心为对称中心, 沿水雷障碍正面宽度等间距分布, 障碍毁伤概率随期望雷位间距变化规律如图3所示。

从图3中可以看出:

1) 采用本文提出的解析计算方法求解结果与采用蒙特卡洛仿真法得到的仿真结果之间差别很小, 说明了解析法的正确性;

2) 不考虑雷位散布相关性时, 所得结果与实际情况差别较大, 且雷位散布误差矩阵相关系数越大, 差别越明显。因此, 需要考虑雷位散布相关性;

图3 障碍毁伤概率随期望雷位间距变化

3) 在实例假设条件下, 障碍毁伤目标舰船概率随雷位横向间距增大先增大后减小; 当雷位间距为0 m时, 障碍毁伤概率最小, 说明不宜采用“一点多雷”布放方式; 若采用“多点一雷”均匀布设方式, 在图3(a)假设条件下期望雷位横向间距宜在182 m和208 m之间取值, 在图3(b)假设条件下期望雷位横向间距宜在126 m和140 m之间取值, 可提高障碍毁伤概率。

4 结束语

本文基于自航水雷雷位散布误差分析了雷位散布特性, 给出了一种通用的障碍毁伤概率解析计算方法, 通过与蒙特卡洛仿真方法对比验证了解析计算方法的正确性。提出的障碍毁伤概率计算方法便于分析不同因素对毁伤概率的影响, 可为障碍雷位优化配置提供技术支持, 后续需研究障碍对目标舰船流的毁伤效能评估方法。

[1] 张旭, 滕兆新. 水雷封锁作战决策科学化的思考[J].军事运筹与系统工程, 2008, 22(2): 59-62.

[2] 张旭, 冷相文. 自航水雷雷位次序坐标散布特性[J]. 火力指挥与控制, 2004, 29(增): 47-48.Zhang Xu, Leng Xiang-wen. The Distributed Characteristics of Ordering Corrdinates of SLMM′s Position[J]. Fire Control and Command Control, 2004, 29(z): 47-48.

[3] 佘湖清. 水雷总体技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2009.

[4] 王静龙. 多元统计分析[M]. 北京: 科学出版社, 2008.

[5] 滕兆新, 张旭. 水雷对舰船的毁伤概率计算模型及仿真[J]. 系统仿真学报, 2008, 20(16): 4241-4243.Teng Zhao-xin, Zhang Xu. Injure Probability Model and Simulation of Mines to Warship[J]. Journal of System Simulation, 2008, 20(16): 4241-4243.

A Calculation Method of Surface Warship Damage Probability by Mobile Mine Obstacle

ZHU Hong-bo1, 2, ZHANG Xu2, LENG Xiang-wen1, 2

(1. College of Marine Engineering, Northwestern Ploytechnical University, Xi′an 710072, China; 2. Department of Underwater Weaponry and Chemical Defense, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

The dispersion characteristic of a mobile mine is analyzed according to error correlation, and an analytical model of damage probability of the mine obstacle to surface warship is proposed by considering the influencing factors such as the probability of success to deploy mine, the action probability, and the deployment error. Numerical results demonstrate the availability and correctness of the proposed method.

mobile mine; dispersion characteristic; damage probability

TJ611

A

1673-1948(2012)04-0313-04

2012-11-27;

2013-01-22.

部级国防科技预研基金项目(4010605030301); 海军大连舰艇学院科研发展基金[2012].

朱红波(1981-), 男, 在读博士, 讲师, 研究方向为水中兵器运用与效能评估.

(责任编辑: 许 妍)