基于综合作战区域的舰机协同反潜模型及仿真

吴 芳 吴 铭 高青伟

（海军航空大学 烟台 264001）

1 引言

舰载反潜直升机与反潜水面舰艇的搜潜能力各有所长，舰载反潜直升机具有反应迅速、速度快、搜索效率高、隐蔽性好的优点，但留空时间短、作战的持续性较差，所能挂载的武器装备的种类和数量都较少。相反，反潜水面舰艇的优势主要体现为：作战的持续作战能力强，反潜武器装备的种类齐全、数量多，具备比较完善的数据综合处理系统；但速度慢，隐蔽性差。这两种反潜兵力之间的互补性很强，可以取得比较理想的协同效果［1～8］。

综合作战区反潜时，舰载反潜直升机通过与反潜水面舰艇的有效协同来主要承担内层反潜防御任务，其核心任务仍是确保航母本身的对潜防御安全。综合作战区反潜主要包括综合作战区的反潜清扫、封闭入口、综合作战区反潜警戒三个方面。舰载反潜直升机通常不用于反潜清扫、封闭入口，而主要用于综合作战区反潜警戒，因此，舰载反潜直升机与反潜水面舰艇协同反潜时，也主要用于综合作战区反潜警戒［9～11］。

由于综合作战区的位置和范围相对固定，应以航母为中心在综合作战区的周围建立完整并有一定纵深的封闭式（如圆形）反潜警戒线，主要采用巡逻反潜方法完成反潜警戒任务［12］。由于航母综合作战区的范围较大，因此，反潜警戒线应由多种反潜兵力协同建立，其中，舰载反潜直升机与反潜水面舰艇协同反潜警戒时，主要在内层反潜防御区承担反潜作战任务。

舰机协同的基本方法为区域协同，即把完整的反潜警戒线划分为相对独立的两条或多条子警戒线，舰载反潜直升机和反潜水面舰艇分别独立负责其中一个子警戒线的反潜巡逻任务。舰载反潜直升机既可以使用声纳浮标也可以使用吊放声纳建立反潜警戒线，而反潜水面舰艇则主要使用舰壳声纳或拖曳声纳建立反潜警戒线。舰机协同搜索方法主要为舰机分区协同巡逻搜索方法。

本文主要研究了一种新型的综合作战区舰机协同反潜警戒方法，建立了反潜直升机和水面舰艇的初始集结点的位置模型、各兵力协同反潜警戒线有效长度模型，并通过仿真对该系列模型进行验证。

2 舰机协同兵力初始集结点位置模型

舰艇编队进入综合作战区后位置一般已暴露，必然会成为敌潜艇的攻击目标，此外，舰艇编队在进入和离开综合作战区的过程中要进行队形变换，容易暴露出对潜防御的弱点，易遭敌潜艇攻击，因此必须构建起严密的反潜防御体系。

当使用舰载反潜直升机与反潜水面舰艇协同为综合作战区内的舰艇编队提供反潜防护时，应以舰艇为中心，在距离舰艇一定距离上建立圆形包围型反潜警戒线。

由于单架舰载反潜直升机或单艘反潜水面舰艇所能建立的反潜警戒线的长度有限，无法独立建立完整的圆形包围型反潜警戒线，因此，把所需要建立的圆形包围型反潜警戒线划分为若干条子警戒线，每架舰载反潜直升机和每艘反潜水面舰艇负责建立其中一条子警戒线进行反潜警戒巡逻，通过区域协同，共同承担舰艇编队的反潜警戒任务。如图1所示。

图1 舰机分区协同巡逻搜索方法示意图

舰机分区域协同搜索首先要确定警戒线所需的各反潜兵力数量n舰与n机，反潜直升机可以使用浮标进行封锁，也可使用吊放声纳进行巡逻，根据不同兵力各自建立的警戒线长度L单舰、L吊单和L浮单分别在总警戒线长度L总中占的比例，得出各反潜兵力警戒线对应的角度θ舰和θ机，便可以确定各兵力的初始集结点。

不同反潜兵力的相对位置，根据各自的警戒特点以及不同方向的威胁程度而定，设综合作战防护区的半径为r综，各反潜兵力的初始集结点位置：

3 舰机兵力动作协同模型

要建立起一条完整的圆形包围型警戒线，所需要使用的舰载反潜直升机与反潜水面舰艇的兵力数量，应根据每架舰载反潜直升机所能建立的单机警戒线长度和每艘反潜水面舰艇所能建立的单舰警戒线长度通过计算来确定。设一条完整的圆形包围型警戒线的总长度为r综，参与建立该警戒线的舰载反潜直升机的数量为n机，单机警戒线长度为L单机，参与建立该警戒线的反潜水面舰艇的数量为n舰，单舰警戒线长度为L单舰，则应满足：

其中，L总取决于圆形包围型警戒线的半径（即警戒线与综合作战区中心点或航母之间的距离）r综，显然：

因此，关键是要弄清楚一架舰载反潜直升机或一艘反潜水面舰艇所能建立的反潜警戒线的最大长度是多少，以便科学地计算确定参与圆形包围型警戒线的舰载反潜直升机和反潜水面舰艇的兵力数量，并合理为舰载反潜直升机和反潜水面舰艇分配作战任务。

3.1 单机警戒线长度模型

建立反潜警戒线的目的，是在敌潜艇通过时，能够搜索发现敌潜艇。在此前提下，单架反潜直升机所能建立的反潜警戒线的长度应越长越好。在舰载反潜直升机为在综合作战区活动的航母编队进行反潜警戒时，既可以使用声纳浮标建立反潜警戒线，也可使用吊放声纳建立反潜警戒线。

1）使用声纳浮标搜索时的单机警戒线长度模型

声纳浮标阵一旦布设完成后便可连续进行工作，所以非常适用于综合作战区反潜警戒时舰载反潜直升机建立反潜巡逻线。此时，声纳浮标阵型为弧线阵。声纳浮标阵的长度即为反潜警戒线的长度。

单架反潜直升机所能布设声纳浮标阵的长度主要取决于单架直升机所能携带的声纳浮标数量、声纳浮标阵内声纳浮标之间的间距和单架直升机监听浮标阵的能力（监听距离）。通常情况下，由于反潜直升机对声纳浮标的监听距离较大，再加上采取适当的飞行监听方法（如平行飞行监听方法），监听能力对声纳浮标阵的长度不构成限制。因此，单架反潜直升机所能布设声纳浮标阵的长度L浮单主要取决于单架直升机所能携带的声纳浮标数量n浮标和声纳浮标阵内声纳浮标之间的间距d浮标间距以及单枚声纳浮标有效探测距离D浮标，即：

其中，d浮标间距主要取决于D浮标和相邻浮标之间有效探测距离的重叠情况（即重叠系数K重叠），即：

其中，K重叠取决于战术使用中对有效搜索宽度和搜索可靠性的要求，在建立反潜警戒线时，K重叠通常可取0.8～0.9。

综合式（4）和式（5）可得：

舰载反潜直升机使用声纳浮标进行封锁巡逻运动流程如图2所示。

图2 舰载反潜直升机浮标阵封锁警戒流程图

2）使用吊放声纳搜索时的单机警戒线长度模型

直升机反潜警戒线的长度L吊单主要取决于反潜直升机使用吊放声纳搜索的平均搜索速度v搜索和敌潜艇通过反潜警戒线所需要的时间t通过：

其中，设吊放点间距为d吊，吊放声纳搜索的平均搜索速度v搜索为

其中，d吊对平均搜索速度和巡逻线长度都有重要影响，主要依据吊放声纳的有效探测距离D吊在作战使用过程中确定，是一个重要的战术变量，巡逻搜索时，d吊通常取D吊的1.8倍。而t周期是指：反潜直升机使用吊声搜索时，从到达一个悬停探测点开始，下放声纳探头至预定深度，监听声纳信号，收起吊放声纳，至飞到下一个悬停探测点这一过程所花费的总时间。即，t周期为

式中，收放吊放声纳探头所用的时间t收放、监听吊放声纳所用的时间t监听、反潜直升机从当前悬停探测点转移到下一个悬停探测点所用的飞行时间t转移。

其中，t转移决定于d吊和反潜直升机从当前悬停探测点转移到下一个悬停探测点时的飞行速度v转移，即：

t通过与搜索宽度w满足如下关系：

有：

每一架舰载反潜直升机从各自的子警戒线的一端按照相同方向（顺时针方向或逆时针方向，实际搜索时，需要根据作战海区的风向确定）依次悬停探测，相邻悬停探测点之间的间距一般为吊放声纳有效探测距离的1.8倍，直至到达子警戒线的末端，然后折返，按照原搜索方向相反的方向依次悬停探测。如此反复。

舰载反潜直升机使用吊放声纳进行封锁巡逻运动流程如图3所示。

图3 舰载反潜直升机吊放声纳封锁警戒流程图

3.2 单舰警戒线长度模型

反潜水面舰艇通常使用舰壳声纳或拖曳声纳建立反潜警戒线，这两种声纳虽然性能不同（主要体现为有效探测距离），但搜索原理类似，因此，无论是使用舰壳声纳还是使用拖曳声纳建立反潜警戒线，单舰警戒线长度模型都是一样的。

反潜水面舰艇使用舰壳声纳或拖曳声纳建立反潜警戒线时，根据搜索理论，单艘反潜水面舰艇所能建立的反潜警戒线的最大长度L单舰主要取决于反潜水面舰艇使用舰壳声纳或拖曳声纳搜索时的航行速度v搜索和敌潜艇通过反潜巡逻线所需要的时间 t通过：

其中，t通过取决于反潜水面舰艇使用舰壳声纳或拖曳声纳搜索时的有效搜索宽度w和敌潜艇通过反潜警戒线时的航速v潜，即：

w则取决于舰壳声纳或拖曳声纳的有效探测距离D舰：

因此：

综合式（13）与式（15）可得：

在各反潜兵力到达指定集结点位置后，便可在各自指定的警戒线上开始进行动态搜潜。

4 界面动态仿真演示

综合作战区域反潜模型需要设置的参数包括：反潜兵力的数量n舰和n机反潜直升机使用的设备（浮标或吊声）、可携带浮标数量n浮、相应的有效作用距离(D浮或D吊)、水面舰艇探测范围D舰、反潜直升机速度V直、水面舰艇速度V舰、敌潜艇武器的最大射程r潜以及探测周期t周期。通过计算可以得出警戒区域的半径r警、单机使用浮标警戒线长度L浮单、单机使用吊放声纳警戒线长度L吊单、单舰警戒线长度L单舰。

仿真画面如图4所示。

图4 综合作战区域舰机协同反潜模型演示画面

5 结语

舰载反潜直升机与编队内的反潜水面舰艇都是航母编队的主要反潜兵力，共同承担航母编队的反潜防御作战任务。本文主要研究了一种新型的综合作战区舰机协同反潜警戒方法，建立了反潜直升机和水面舰艇的初始集结点的位置模型、各兵力协同反潜警戒线有效长度模型，并通过仿真对该系列模型进行验证。