声呐浮标多基地探测综合效能分析方法研究

陈立纲

（海装驻杭州地区军事代表室，杭州，310023）

声呐浮标是目前各国海军普遍使用的航空反潜器材，在反潜固定翼飞机和直升机上广泛使用[1]。从探测方式来分，声呐浮标探测可分为被动探测、主动探测和多基地探测。近年来，随着声呐浮标技术发展和军事需求的推动，声呐浮标多基地探测方式已从概念走向成熟，目前已在航空反潜中广泛应用[2]。在搜潜任务中，声呐浮标多基地探测具有如下优势：

（1）可快速、灵活构建多基地水声探测态势。用于多基地探测的声源浮标和接收浮标通过固定翼反潜巡逻飞机或反潜直升机空投布放，相比水面舰艇声呐，在构建多基地水声探测态势时更快速、更灵活。

（2）多向接收目标回波，抑制潜艇规避。声呐浮标多基地探测时，声源浮标发射声脉冲，多个接收基地的接收浮标同时接收目标回波。相比收发一体的单基地主动探测，多基地探测可有效抑制潜艇通过战术规避减小目标反射强度，削弱声呐探测性能。

（3）能在搜潜任务区域局部形成隐蔽探测。多基地探测时，发射基地和接收基地分开布置，潜艇虽容易发现发射基地位置，但难以确定接收基地位置，使得在任务区域形成局部隐蔽探测，有利于探测方取得信息优势，对水下目标实施持续跟踪。

声呐浮标多基地探测时，除浮标产品性能、水文条件等因素外，浮标阵型因素，如浮标阵中声源浮标和接收浮标数量、浮标间距、声源浮标和接收浮标相对位置等，也会对搜潜效能产生较大影响。本文主要讨论声呐浮标多基地探测中阵型因素对搜潜效能的影响，探讨声呐浮标多基地探测综合效能评估方法的可行性。

1 声呐浮标多基地探测原理

声呐浮标多基地探测时，声源浮标和接收浮标从飞机上投放，布阵完成后，声源浮标按预设程序周期发射或按机上遥控命令发射声脉冲信号，接收浮标接收直达波信号和目标回波信号，并将接收到的声信号通过无线电发送至机上的声呐浮标处理系统中进行处理。

机上的声呐浮标处理系统接收到浮标上传数据后，根据声源浮标和接收浮标之间的几何构型、声源浮标发射声脉冲时刻，计算声脉冲直达波到达接收浮标的时刻，在此时刻附近，对直达波的信号进行检测，若发现直达波信号，则启动对接收浮标数据的处理，检测目标回波信号，确定回波方位和时刻，结合声源浮标位置和接收浮标位置，确定目标位置[3]。

2 声呐浮标多基地探测概率模型

多基地声呐的探测概率模型类比单基地探测模型，计算目标的等效距离eR，并将eR代入单基地声呐的距离-探测概率函数中，获取该态势下的多基地声呐的空间网格探测概率[4]。双基地探测的目标等效距离为

式中，Rst和Rtr分别为目标到发射基地、接收基地的距离，如图1 所示。

图1 多基地探测态势

当发射浮标和接收浮标位置重合时，实际上是多基地探测退化为常规的单基地探测，假定此时的声呐的探测距离为R。利用距离-探测概率函数表示目标在不同距离处的探测概率。实际的距离-探测概率函数需要从声呐接收机的探测模型导出，为研究方便，距离-探测概率函数指数函数可用费米函数近似。指数函数：

式中，R为作用距离，b为扩散系数，扩散系数决定探测概率函数的“拖尾”情况，在本文仿真中采用费米函数近似浮标的距离-探测概率曲线，其中扩散系数b取0.5。图2 给出费米函数和指数函数的距离-探测概率曲线。

图2 距离-探测概率曲线

假定浮标双基地探测的收发基地间距d分别为0、R、2R和3R时浮标探测概率的空间网格分布如图3 所示，图中横纵坐标均为归一化距离。

图3 双基地空间网格的探测概率

3 布阵综合效能分析

本文主要从浮标阵的搜索面积、经济费用两方面分析浮标阵的综合效能。为不失一般性，以4 行×4列的浮标阵为例开展综合效能分析。

3.1 布阵阵型假设

根据声源浮标的布放阵位不同，假定以下四种浮标布阵方式，用以仿真研究其综合探测效能的分析方法。

阵型1：（1）声源浮标和接收浮标1∶1 配置，各16 枚；（2）在同一阵位上成对布置一枚声源浮标和接收浮标；（3）同一行和同一列上各阵位间距为d。阵型如图4 所示。

图4 阵型1 示意

阵型2：（1）声源浮标和接收浮标1∶4 配置，声源浮标4 枚，接收浮标16 枚；（2）声源浮标位于阵中型F、G、J、K 位置；（3）浮标阵中各阵位间距与阵型1 相同。阵型如图5 所示。

图5 阵型2 示意

阵型3：（1）声源浮标和接收浮标9∶16 配置，声源浮标9 枚，接收浮标16 枚；（2）每枚声源浮标位于四个相邻接收浮标构成的正方形中心位置；（3）浮标阵中各阵位间距如图6 所示。

图6 阵型3 示意

阵型4：（1）声源浮标和接收浮标6∶16 配置，声源浮标6 枚，接收浮标16 枚；（2）每枚声源浮标位于四个相邻接收浮标构成的正方形中心位置，阵两侧各布置3 枚声源浮标；（3）浮标阵中各阵位间距如图7 所示。

图7 阵型4 示意

3.2 综合效能评估

上述4 种浮标阵的效费比如表2 所示。

表1 声呐浮标多基地归一化探测面积指数

表2 声呐浮标多基地探测的效费比指数

图8 给出了4 种假设阵型布阵间距d分别为1R、1.5R、2R、2.5R、3R时的综合效费比的柱状图。图9 为本文模型计算出的搜索面积最大的布阵方式，图10 为综合效能最高的布阵方式。仿真结果表明，在本文的假设条件下，可以通过本模型综合评估声呐浮标多基地探测的搜索面积和经济费用，计算布阵的综合效费比。

图8 4 种假定阵型的综合效费比

图9 阵型1 采用2.5R 间距布阵的搜索范围

图10 阵型3 采用3R 间距布阵的搜索范围

4 结论

本文从搜索面积和经济费用的角度，提出了一种声呐浮标多基地探测的综合效能分析方法，并通过仿真计算对假定阵型开展了分析研究，初步形成了浮标优化布阵的评估方法。当然，在实际评估中，还需要考虑具体任务要求、应召信息置信度、布阵时间等因素，对浮标布阵开展更为具体、全面的效能分析。