水面舰艇对潜搜索的主要影响因素及难度评估∗

易成涛 李 伟 兰国辉 王书晓

（海军大连舰艇学院 大连 116018）

1 引言

反潜作战是水面舰艇重要的作战应用形式之一。潜艇隐蔽性强、破坏性大，对海上交通线或重要海上目标的安全构成重大威胁［1，2］。水面舰艇反潜作战就是在有限的海域内进行搜索并以舰载反潜武器进行攻击，由于海洋环境的复杂性，水面舰艇对潜搜索往往难度较大，迫切需要进行衡量并据此选择有利的搜索攻击策略。

2 影响对潜搜索的因素分析

截至目前，水面舰艇对潜搜索仍主要依靠各类声纳设备，所以，对潜搜索的效果主要取决于海洋环境对声波传播的影响程度［3］。海水垂直结构及水深、海面气象情况和搜索海域面积直接影响搜索发现目标的概率。

影响对潜搜索的核心要素可以归纳为以下几点：

1）海表温度。根据声波在海水中传播的独特规律，当海水垂直方向温差变化剧烈时，声线传播规律不易掌握，发现潜艇的难度陡然增大，由于底层水温较稳定，所以，夏秋季节普遍较冬春季节更难以成功实现对潜搜索。

2）水深条件。浅水对于对潜搜索极为有利，当水深大于某一数值时开始钝化，在某一临界点时搜索难度急剧变大或变小。

3）海况。海面噪声能显著影响声纳回波的清晰度，在大风浪航行时几乎无法探测微弱的声纳回波。

4）搜索面积。潜艇可能存在的海域面积是对潜搜索成败的重要因素。当面积超过一定数值时，发现潜艇的概率呈几何速度下降，尤其在深海区，对潜搜索将异常困难。

5）洋流情况。洋流能显著改变海水垂直结构的盐度分布，从而改变海水密度，会使声纳定位错误，严重时形成的声道会绕过声纳，导致无法探测。

3 对潜搜索的难度评估

海洋环境对搜潜作战的影响是客观存在的，在评价影响程度时，既可以快速进行定性的评价，也可以借助模型和计算机辅助系统给出定量的评估［4～7］。

3.1 定性评估

定性评估的评估者是现场评估员，评估的特点是速度快、现场性强，主观性强，可能造成较大评估误差，不能进行预先判断，从而无法据此制定行动计划。当上述五个方面因素都不利于对潜搜索时，评估员可能给出“极为不利”的评估意见；当有三个或四个不利因素时，评估结果可能是“相当不利”或“非常不利”；当只有一个或两个不利因素时，评估结果可能是“不利”或“较为不利”，不同的评估员对于评估意见的不同理解是造成评估结论不同的根本原因。

定性评估的另一缺陷便是对于不同要素权重的把握不尽科学准确，评估结论严重依赖主观偏好，思维模式固化，对于影响因素优劣的判定也不能做到准确客观。

3.2 定量评估

定量评估是对特定反潜战场环境优劣的量化描述，应能客观准确描述对潜搜索作战的困难程度，根据各类因素对搜索作战的影响机理，可以把评估模型大致分为分别单独求取影响指数、科学合理确定权重、综合求取难度系数三个步骤。

1）单独求取影响指数

影响指数，是指某一个因素对于搜索作战影响的表征量，本模型中，影响指数赋值范围为0～100，越小意味着影响越大，声纳使用越困难，越大则表示越有利于声纳使用。若指数接近100，表示在这一方面水声条件极佳，处于声纳反潜的最佳状态；若指数接近于0，则表示几乎无法利用声纳进行对潜搜索。

（1）海表温度指数：在海面不结冰的前提下，海面温度有一个最佳值，温度偏高或偏低均不利于声纳的水下传播，可以根据理论与实验研究的结果给出一个关于海表温度（t）的影响指数函数表达式index1=f(t)；

（2）水深指数：在其他条件不变的情况下，水深越小对反潜搜索越有利，但是也有一个水深的最小值，否则潜艇无法自由机动。如果用d来代表水深，则水深指数的表达式记为index2=f(d)；

（3）海况指数：风和浪在海面产生的噪声和混响严重干扰声纳信号的监测侦听，所以海况指数包含两个因素，风速（wind）和浪级（wave），海况指数可表示为index3=f(wind，wave)；

（4）搜索海域面积指数。对潜搜索的难度与指定搜索海域面积呈几何关系增加，所以务必要采取措施尽量减小搜索海域面积（s），影响指数可表示为index4=f(s)；

（5）洋流指数：大洋深处的洋流可以显著影响温跃层的立体分布，对声波的传播造成巨大和不可控的影响，使各型声纳的战技术性能不能正常发挥，好处是洋流在世界各大洋的地理分布具有固定性，因此洋流指数可表示为经度（λ）和纬度（φ）的函数index5=f(φ，λ)。

2）科学合理确定权重

各影响指数确立以后，可以聘请专业人员对任意两个要素的重要性进行对比，写出判断矩阵，进而求得各自科学权重［8～10］。

如果给出的矩阵如下

利用Matlab计算软件求解的最大特征值λmax为5.0155，满足一致性要求。

那么，五部分的权重应为w1:w2:w3:w4:w5=0.0849：0.3783：0.1736：0.2483：0.1150。

3）综合求取难度系数

将五部分的影响指数与各自权重加权即可求取综合难度系数，即特定海洋环境下反潜搜索作战的难度系数为。

3.3 定量评估的自动化实现

定量评估必须借助计算机系统预先实现，否则无法快速准确计算，也不能为决策提供有价值的辅助信息［11～12］。预先计算的素材包括海洋立体环境信息、洋流分布资料、所需海域的海洋数字气象预报产品等，计算流程如图1所示。

图1 基于五因素的海洋环境影响对潜搜索作战效能评估构架

4 结语

海洋之中水声环境复杂，海水本就属于一种致密介质，声波能量在海水中衰减极快，微弱的声波信号极易受到各种海洋环境的干扰，从而严重影响对潜搜索的作战效能。研究海洋环境因素对声纳武器使用的效能影响能够帮助指挥员制定正确的反潜战术，提高搜索效率，从而消除水下威胁，对于保护主力舰只、取得局部制海权具有重要意义。