不同目标态势下潜艇阵地搜索样式探析

朱洪宝，甘一鸣

（海军潜艇学院，山东 青岛 266199）

0 引言

潜艇能否及时发现目标，不仅与作战海域的确定是否正确有关，很大程度上取决于潜艇是否选择了正确的搜索方式[1]。为了尽早发现作战目标并提高作战效能，一般采用往返巡逻搜索、弓字形搜索、之字形搜索等搜索样式。潜艇最基本的战斗使用方法是预先将潜艇配置在目标所必经海域的固定阵地内[2]。潜艇需要在固定阵地内机动才能对阵地进行全面搜索，潜艇的机动样式选择可提高搜索发现概率，对潜艇反舰战斗力生成具有重要意义。在固定阵地内，潜艇使用往返巡逻搜索、弓字形搜索、之字形搜索时，其机动位置与阵地边沿留有一定的声呐探测距离[3]，一般从距离阵地边缘1倍观察器材的作用距离开始。潜艇在固定阵地内进行搜索的背景是目标由于地理条件限制，其航行范围被限制在某一区域，如海峡、水道等[4]。目前对潜艇在固定阵地搜索样式发现概率的计算，主要以扫海面积与阵地面积之比作为概率，没有考虑目标的随机性。搜索样式也没有考虑目标因地理条件的限制造成的重点来向的可能性，从而浪费搜索资源的情况。

考虑到目前潜艇阵地搜索发现概率计算多以数学模型为主，仿真计算不足，为合理使用潜艇反舰战术，提高潜艇阵地搜索发现概率，本文在考虑目标来向、目标随机位置以及目标重点来向等不同目标态势，计算这些态势下潜艇使用3种搜索机动样式的发现概率，对比不同搜索样式的效能，可以给出潜艇在指定阵地下搜索样式的优选策略，并对潜艇在固定阵地下搜索反舰样式提供最佳选择。

1 潜艇机动样式分析

1.1 潜艇搜索时间

假设阵地大小为L×W n mile2的矩形阵地，目标舰艇以距离阵地D n mile（非固定）的随机位置向阵地突破。当潜艇以往返巡逻搜索时，以阵地中心线作巡逻搜索，当到达距离阵地边缘1倍声呐作用距离时，转向180°继续搜索[5]。往返巡逻搜索1个周期为

式中：d为潜艇声呐作用距离；Qv为潜艇搜索速度。

当潜艇以之字形样式搜索时，从距离阵地边缘1倍声呐作用距离开始，在阵地2条边线间曲折机动，则之字形搜索时间为

式中：α角为潜艇之字形搜索时与阵地边缘垂线的夹角[6]，即为潜艇作之字形机动的转向角。为对比3种搜索样式效能，3种搜索方式的时间应一致。但往返巡逻搜索是在巡逻线上，无法完成对阵地遍历搜索。弓字型搜索与之字形搜索遍历1次阵地所用的时间应相同，由此可确定之字形搜索的夹角α。

夹角α可以确定为

1.2 潜艇运动轨迹确定

潜艇在固定阵地内搜索的运动轨迹与阵地大小有关，当阵地大小为L×W n mile2、潜艇声呐作用距离d与速度Qv确定时，不难得出潜艇运动轨迹与时间的关系。3种搜索样式运动轨迹如图1所示。

图1 3种搜索样式运动轨迹Fig.1 Motion tracks of 3 search styles

如图，以之字形搜索为例，其轨迹与时间关系为

2 仿真实验过程

为对比3种搜索样式效能，现对这3种搜索样式进行仿真分析。发现概率P是目标舰艇随机产生次数与被发现次数之比，则发现概率P表示如下：

式中：n是舰艇随机位置产生次数；m是目标舰艇实时坐标（JTx，JTy）与潜艇实时坐标（QTx，QTy）之间距离小于声呐作用距离的次数，即被发现次数。为了便于计算3种搜索样式发现概率，现进行实例分析，设定目标舰艇运动要素相同，并设定潜艇搜索速度、声呐作用距离、阵地大小。现假设阵地大小为14×18 n mile2，潜艇搜索速度为4 kn，声呐作用距离3 n mile，目标舰艇产生在阵地外一定距离D n mile（非固定）。该阵地大小能保证3种搜索样式至少进行1个周期搜索。目标舰艇从随机生成位置向阵地机动，若潜艇的实时坐标与目标舰艇的实时坐标小于潜艇的声呐作用距离，则记为1次发现，每次仿真进行模拟搜索10 000次，计算出5次仿真的平均发现概率作为发现概率。经过仿真计算得出目标概略来向已知、来向重点区域已知、目标概略来向未知情况下搜索发现概率与目标速度之间的关系。

1）目标概略来向已知实验过程。

很多业内人士虽然知道烘焙百分比的概念，但是实践应用少，掌握烘焙百分比，可以很方便地调整配方，提高生产效率，通过精确计算，降低生产成本。

当目标概略来向已知时，假设目标从阵地右侧D±5 n mile到向阵地驶来，目标速度从4 kn依次增加1 kn直到30 kn，每个目标速度下目标随机产生10 000次，并让目标随机生成。仿真生成的舰艇可能初始位置如图2所示。

图2 舰艇可能初始位置Fig.2 Possible initial positions of naval vessels

2）目标概略来向重点区域已知实验过程。

在目标概略来向已知，且重点搜索区域已掌握的前提下，本文将重点区域分为3部分，分别来自阵地上部1/3、中部1/3、下部1/3，设每部分目标舰艇来向的可能性为80%即在该部分目标随机生成的次数占80%，目标速度变化与目标概略来向已知相同。分别对每一部分进行仿真计算，以探讨在重点区域掌握情况下的搜索发现概率。以目标来自于阵地上部为例，目标可能位置如图3所示。

图3 舰艇可能初始位置Fig.3 Possible initial positions of naval vessels

3）目标概略来向未知实验过程。

若目标概略来向完全未知，假设来着阵地四周，且目标初始时向阵地方向机动，由于信息不对称性使得潜艇在阵地内具有一定优势[7]，因此假设目标运动过程中存在机动的可能，用于规避潜艇的搜索。本文在设置目标规避时随机给与目标多次转向角，且目标转向时间也随机。目标舰艇从产生初始位置并经过一定时间机动后，可能的位置分布如图4所示。

图4 目标舰艇经机动后可能位置Fig.4 Possible positions of target naval vessels after maneuvering

3 结果分析

在目标概略来向已知的情况下，3种搜索方式发现概率对比如图5所示。

图5 目标来向已知条件下发现概率Fig.5 Probability of discovery with known target direction

从图中可以看出往返巡逻搜索在舰艇速度在4～8 kn时发现概率较高，达到了50%以上。当目标舰艇速度在10～20 kn时弓字形发现概率最小，平均发现概率低于 44%。当舰艇速度超过 20 kn，3种搜索方式发现概率区别不大。

当已知目标概略来向且重点区域已知的情况下，3种搜索方式发现概率对比如图6所示。若目标来自于阵地上部，分析图6（a）和表1数据发现：当目标舰艇速度小于8 kn时，弓字形搜索发现概率明显低于其他2种搜索方式，平均发现概率低于17%；当目标舰艇航速高于8 kn时，弓字形搜索发现概率最高，平均发现概率高达78.6%；当目标舰艇航速超过12 kn，往返巡逻搜索和之字形搜索效能相差不大，但弓字形搜索效能高于两者。若目标来自于阵地中部，分析图6（b）和表1数据发现：目标舰艇速度小于8 kn，弓字形搜索效能低于垂直搜索和之字形搜索，平均搜索发现概率48.4%；当目标舰艇速度大于8 kn时，往返巡逻搜索和之字形搜索效能相差不大，但远大于弓字形搜索。目标速度在16～19 kn时，3种搜索发现概率最低，其中往返巡逻搜索和之字形搜索发现概率低于40%，而弓字形搜索发现概率则低于30%。

若目标来自于阵地下部，分析图6（c）和表1数据发现：目标舰速小于7 kn时，弓字形搜索效能最优，平均搜索发现概率为76.5%；当目标舰速为7～9 kn时，之字形搜索方式效能最优；当目标舰速为9～14 kn时，往返巡逻搜索效能最优；当舰速大于14 kn时，三者搜索效能相差无几，3种搜索样式的平均发现概率约为13%。

表1 3种搜索方式在目标低、中、高速情况下的发现概率对比Table 1 Comparison of discovery probability in 3 search methods with targets at low，medium and high speed

在目标概略来向完全未知情况下，假设目标初始时向阵地方向运动，并在运动过程中随机机动用以规避潜艇的搜索，则该条件下3种搜索方式发现概率对比如图7所示。当目标航速低于14 kn时，往返巡逻搜索效能最佳，平均搜索发现概率约为32.4%；当目标航速高于14 kn时，弓字形搜索效能最佳，平均搜索发现概率约为33.9%。

图7 目标来向未知情况下发现概率Fig.7 Probability of discovery without known target direction

综上分析可得：目标舰艇来向与速度对潜艇反舰搜索效能影响较大。潜艇在遂行反舰搜索时：1）假设已掌握目标概略来向，应使用往返巡逻搜索，往返巡逻搜索技战术相对于其它2种搜索样式简单，且在目标速度不同的情况下搜索发现概率较高；2）当已掌握目标概略来向且重点区域已知时，应根据目标来向在阵地哪一部分确定搜索样式，以目标来自阵地上部为例，弓字形搜索在中高速情况下效能较高，低速时往返巡逻搜索效能较高。因此在未掌握目标速度时，弓字形搜索样式效能最佳；3）当未掌握目标来向时，目标舰艇中低速情况下使用往返巡逻搜索较好，中高速应使用弓字形搜索。若对目标速度不掌握，则应使用弓字形搜索，因为该情况下弓字形搜索平均发现概率最高。

4 结束语

由于水面舰艇的活动相对复杂，潜艇难以掌握水面舰艇的活动规律，要求搜潜兵力具有较高的训练水平[8]。因此，在固定阵地内选用合适的反舰机动样式对提高搜索发现概率影响较大。本文对正确评估潜艇反舰搜索能力以及合理运用潜艇对舰警戒兵力均具有较为重要的意义。