第３１卷第６期 指挥控制与仿真 Ｃｏｍｍａｎｄ Ｃｏｎｆｆｏｌ＆Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｖ＿０１．３ｌ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００９ ２００９年１２月 文章编号：１ ６７３—３８ １ ９（２００９）０６．００８４．０５ 反潜直升机吊放声纳应召搜潜仿真研究 盛文平，王磊，汪浩，郭巍 （海军航空工程学院 山东烟台２６４００１） 摘要：反潜直升机使用吊放声纳应召搜潜是其搜潜的主要方式之一。本文在分析吊放声纳应召搜潜过程的基础 上，对仿真环境进行假设，并建立吊放声纳搜潜蒙特卡洛法模型，通过仿真试验对反潜直升机在一定条件下应召 搜潜时吊放声纳间隔系数、螺旋系数、探测点数和搜索阵型进行研究。通过研究发现，无论单机或双机，采用螺 旋线阵搜潜效果都是比较好的。且螺旋阵螺旋系数分别取０．６和０．７。 关键词：吊放声纳；应召搜潜；仿真研究 中图分类号：Ｅ８４３ 文献标识码：Ａ ＤＯｌ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１６７３．３８１９．２００９．０６．０２３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｎ Ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ．ａｎｔｉｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ｏｆ ＡＳＷ Ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ Ｗｈｉｃｈ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｐｐｉｎｇ．ｓＯｎａｒ ＳＨＥＮＧ Ｗｅｎ．Ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｌｅｉ，ＷＡＮＧ Ｈａｏ，ＧＵＯ Ｗｅｉ （ＮａｖａＩ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｙａｎｔａｉ ２６４００１、Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ．ａｎｔｉｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｉＳ ｏｎｅ ｏｆ ｍａｊｏｒ ａｎｔｉｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＡＳＷ ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ ｗｈｉｃｈ ｕｓｉｎｇ ｄｉｐｐｉｎｇ ｓｏｎａｒ．Ｉｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｐｐｉｎｇ ｓｏｎａｒ ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ－ａｎｆｉｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｔｈｅ ＭｏｎｔｅＣａｌｏ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｉｐｐｉｎｇ ｓｏｎａｒ，ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｄｉｐｐｉｎｇ ｓｏｎａｒ ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ａｔ ｉｎｔｅｒｖａｌ，ｓｐｉｒａｌ ｔｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅ ｃｈｅｃｋｅｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｓｅａｒｃｈ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｂｙ ｗａｙ ｏｆ ｓｔｕｄｙｉｎｇ，ｎｏ ｍａｔｔｅｒ ｓｉｎｇｌｅ ｏｒ ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ．ｉｔ’ｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｏ ｕｓｅ ｈｅｌｉｘ ｂａｔｔｌｅ ａｒｒａｙ ａｎｄ ｓｐｉｒａｌ ｃｏｅ街ｃｉｅｎｔ ｉＳ ｔａｋｅｎ Ｏ．６ ｎｄ ａ０．７ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｐｐｉｎｇ ｓｏｎａｒ；ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ－ａｎｔｉｓｕｂｍａｒｉｎｅ；ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ 反潜直升机应召搜潜是指反潜机在机场、载舰或 指定空域待命，当获得敌潜艇的活动信息后，飞往发 现潜艇的海区，搜索、跟踪或攻击敌潜艇的战斗行动。 其应召搜索的特征是已知目标在搜索前某一时刻的大 索目标，如果发现可疑信号，就要进一步探测，或用 主动方式测定目标的位置，并随时把目标位置传送到 指控系统，计算出目标运动参数，以便对目标实施跟 踪或攻击，或引导其它兵力进行跟踪或攻击；如没有 发现目标，则收起水下分机爬升到过渡飞行高度（凰 ） 以巡航速度飞往下一个探测点悬停，再重复上述动作， 直至探测到潜艇或搜索完规定的时间（ 。）…。 概位置。反潜直升机使用吊放声纳进行应召搜潜具有 搜索速度快、机动灵活、工作深度可变、精度高、有 多种工作方式、使用经济等优点，是平时（或战时） 使用最多的搜潜方式之一。然而影响吊放声纳应召搜 潜效能的因素较多，本文通过仿真试验研究了吊放声 纳在一定条件下的应召搜潜效能，对影响吊放声纳应 召搜潜效能的主要因素进行分析，得出的结论对提高 反潜直升机搜潜效能和作战运用水平具有重要的现实 意义 １ 吊放声纳应召搜潜过程筒述 反潜直升机使用吊放声纳应召搜索潜艇，一般都 图１吊放声纳搜索飞行剖面图 ２ 吊放声纳应召搜潜效能仿真模型 ２．１仿真环境假设 采用边前进边逐点探测的跳跃方式搜索，其飞行搜索 作业剖面如图１所示。反潜直升机到达搜索海域后， 按预定的搜索航线飞行，在第一个探测点下降到悬停 高度（ ）迎风悬停，按吊放声纳操作规程放下水下 分机（简称声纳头），边放边观察，根据海区深度和 水声环境条件，把水下分机放到合适的深度，开机搜 收稿日期：２００９．０４．２９ 修回日期：２００９－０７—０２ ｘ月Ｘ日１３时Ｏ６分，红方战机在北纬２６。５１’， 东经１２２ｏ３６＇发现不明潜艇浮航，双方遭遇后潜艇迅速 下潜。１３时０８分，红方接到通报，经分析，该艇可 能为蓝方潜艇，距红方编队３０海里。红方决定出动反 潜舰载直升机前往搜索。ｌ３时１５分，反潜直升机起 飞；１３时３０分，到达目标位置。 １）当其他兵力发现目标，命令反潜直升机使用吊 作者简介：盛文平（１９７２．），男，山东莱州人，硕士研究 生，讲师，研究方向为海军兵种作战运用研究。 王汪郭磊（１９８０．），男，博士研究生。 浩（１９８１．），男，博士研究生。 巍（１９８１．），男，博士研究生。 放声纳前去搜索，潜艇开始逃跑时，开始计时。 ２）假设潜艇逃跑的海区面积足够大，保证潜艇和 反潜直升机能够按各自要求展开行动。 ３）潜艇逃跑开始时，航向在［ｏ。，３６０。】内服从均匀 第６期 指挥控制与仿真 ８５ 分布，速度大小在［ ， 】内均匀分布，在逃跑过程 中速度大小、方向保持不变。 ４）侣殳设反潜直升机航渡速度和探测点之间的过渡 事件作统计试验，求吊放声纳搜索到潜艇的统计频率， 即吊放声纳搜潜效能的近似值 Ｊ。 以目标散布中心Ｏ点为原点，以正北方向为ｘ轴 正方向，以顺时针角度变化为正方向，建立直角坐标 系。 速度相同，且保持不变。 ５）吊放声纳的作用区域是以声纳换能器吊放点为 圆心，以吊放声纳战术作用距离为半径的圆。 ６）定义潜艇的初始位置与目标散布中心的距离为 矢量：该距离偏北时为正、否则为负，假设其服从（０， ． １）取潜艇初始位置要素与运动要素的随机值。按 照目标散布规律，考虑综合定位圆误差的存在，使得 潜艇初始位置Ｃ点和目标散布中心Ｏ点发生偏离，角 度误差 服从区间［０。，３６０。】上的均匀分布，距离 ）正态分布；潜艇的初始方位服从区间［０。，３６０。】 上的均匀分布。 服从（０，Ｏ＂，）的正态分布，试验时按此分布规律随ｚ 机抽取数据 、 。按照目标的运动方向服从 ［０。，３６０ ｝的均匀分布、运动速度服从［ ， 】上的 均匀分布的规律，抽取目标的运动方向和运动速度的 ２．２ 吊放声纳搜潜效能描述 根据以上假设，反潜直升机使用吊放声纳搜索潜 艇的过程可以描述为：ｔ＝０时，潜艇从位于圆心附近 的点Ｃ开始逃跑，其速度方向为 ，大小为 ，反 潜直升机以较大飞行速度飞往点ｃ；当ｆ＝ 时，反潜 直升机飞至第一个探测点并开始探测，探测 后结束， 然后以速度Ｖ飞往下一个探测点，直至探测到潜艇或 随机数。 ２）吊放声纳搜索要素表。反潜机使用吊放声纳应 召搜索潜艇的方法主要有方形扩展搜索、圆形扩展搜 探测完所有探测点。吊放声纳搜潜效能是指，在已知 潜艇距离、潜艇距离误差、潜艇运动速度大小范围及 索、扇形搜索等。考虑单机和双机的情况，搜索要素 应包括：飞机编号、探测点编号、探测点离基准点距 离、探测点方位角、探测时间等。以双机螺旋线搜索 为例，其搜索图如图２所示。 ｆ 方向范围、声纳作用距离、反潜直升机飞行速度、潜 艇定位误差及反潜直升机定位误差的情况下，使用某 种搜潜方法时，搜索到潜艇的概率。当潜艇进入吊放 声纳探测圆时，计算机抽取随机数小于此时直升机对 潜艇的发现概率，即认为反潜直升机搜索到了潜艇 ［２－３］。 ｒ≮，、＼ 、 ２．３ 吊放声纳搜潜蒙特卡洛法模型 一 ／ 在反潜直升机与潜艇的斗争中充满了偶然因素， 处理这种偶然性事件的最有效的方法就是统计实验方 法，又称蒙特卡洛（Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ）法［４】。根据蒙特卡 洛法的基本思想，应对吊放声纳搜索到潜艇这个随机 图２双机螺旋线搜索 表１ 吊放声纳双机螺旋线搜索要素表 探测时间（秒） 距离 万１豆 反潜直升机１ 反潜直升机２ 、Ｔｙｃ＋ｌ ～Ｔ ｔ ｔｔｃ ｒ １ＴＳＲ ＝０。 ｌｆｌ＝１８０。 ２ ３ ４ ５ ＋２ｔｓｆ＋ｔｅａ～ ＋２ ＋ ｇ ｔｔｃ ｒｚ＝（１＋ｍｏｄ）ＴＳＲ Ｔ３＋２ ＋ｔｇｄ～／＇３＋２ｔｓ／＋ｔｅａ＋ｆｆｃ ｇ３＝（１＋２ｍｏｄ）ＴＳＲ ７－４＋２ 乃＋２ ～７＇４＋２ ｔｇａ＋ｔｔｃ Ｆ４ （１＋３ｍｏｄ）ＴＳＲ 一Ｔｓ＋２ｔ￣ｆ 铲ｔｔｃ ｒｓ＝（１＋４ｍｏｄ）ＴＳＲ Ｂｆ８ 叭 １ｆ３＝ｆ１２－｝＇￣２８ｆ８ ３ Ｂ ８ ～ ８ ８１呻ｌ ，ａ３ ２ ８ ８婵 Ｂ Ｂ Ｉ ｍｏｄ表示螺旋阵系数，ＴＳＲ为浮标战术作用距离； ＝ ｆ．．表示吊放声纳持续工作时间； ＝ ＋０＋ｔ，ｃ ； ＝ ＋２ ＋ ＋ ， ＋，； 一（２ ） ）／２‘＋， ‘；Ｒ＝ｍ ＴＳＲ，ｍ Ｄｓ曲／ ； 曲为潜艇距离； 为反潜直 ＝ ＋２ｔ，／＋ ＋ｔｔｃ ； 为吊放声纳探测点间隔系数； ＝升机最大速度； ３）抽取反潜直升机在各吊放点搜索时的位置要 素。反潜直升机在飞往各探测点，实际点与理论点（由 搜索方法可得）会存在飞行定位误差，仍将其视为方 向上服从［０。，３６０。】上的均匀分布，距离上服从（０， ）的正态分布。根据此规律，在吊放点 都抽一 ＝ ＋ ； 反潜直升机反应准备时间； ｆ ，表示吊放声纳释放时间； ８６ 盛文平，等：反潜直升机吊放声纳应召搜潜仿真研究 第３１卷 个方向上和距离上的随机数 、‘ ，与各吊放点共同 得出实际吊放点的位置 。确定实际吊放点后，以该 点为圆心，以Ｒ为半径画圆，该圆即为吊放声纳搜索 圆。 升机检查搜索海域，即 Ｘ ＞ 或 ＜０或 ＞Ｈ或 ，＜０ 判断条件三：反潜直升机已搜索完指定海域，仍 未搜索到潜艇。 在上述三个判断条件中，只要满足任一个条件， 就判断这一次搜索过程结束。 ２．４ 吊放声纳效能仿真实现 ４）潜艇运动模型 潜艇初始位置在搜索区域内任意点随机出现，设 潜艇初始位置为（Ｘｏ，ｒｏ），其速度大小在［ ， 】内均 匀分布。设潜艇速度为 ，，并在运动过程中速度保持 不变；潜艇初始运动航向在［０。，３６０。］内服从均匀分 布，设潜艇运动方向与】厂轴夹角为 ，在运动过程中 潜艇航向保持不变。 当潜艇航向、航速保持一定时，潜艇在坐标系中 的位置可用式（１）表示： ｊ ＝ ＋ ，ｔｃｏｓ（９０一 ） ｒ １、 Ｉ ｒ：ｒｏ＋Ｖｑｔｔｓｉｎ（９０一 ） 式中， ，：潜艇运动速度； 潜艇在 轴坐标； ：潜艇在ｙ轴坐标； ｆ：潜艇在搜索区内运动时间； ：潜艇运动方向与】，轴之间的夹角。 ５）潜艇进入探测圆内是否被发现的判断模型 潜艇进入吊放声纳探测圆是吊放声纳搜索到潜艇 的前提，但并不表示潜艇进入吊放声纳探测圆时吊放 声纳就一定能发现潜艇。在模拟计算中，反潜直升机 是否能发现潜艇，需要计算机抽取随机数与此时直升 机对潜艇的发现概率进行比较来确定。 吊放声纳探测点与潜艇距离： ％ ＝（ 一 ） ＋（ 一ｒｑ，） （２） 式中， ：反潜直升机在 轴上的坐标； ，：潜艇在 轴坐标； ：反潜直升机在】，轴上的坐标； ｒ．：潜艇在】ｏ ，轴上的坐标；：吊放声纳探测点与潜艇之间的距离。 当 ＜ 时，表示潜艇处于探测圆内，发现概率 为 Ｐ＝１一 ／ｄ出 （３） 将发现概率与随机数 比较，则有： 当 ＜Ｐ表示反潜直升机发现潜艇； 当 ＞Ｐ表示反潜直升机未发现潜艇。 在Ⅳ次模拟中反潜机搜索到潜艇共ｎ次，则吊放 声纳搜潜概率为Ｐ＝ Ｎ。 ６）反潜直升机在一次搜索潜艇过程是否结束的判 断模型 判断条件一：反潜直升机在本次检查搜潜中搜索 到潜艇； 判断条件二：潜艇在我直升机搜索期间已逃离直 在将反潜直升机搜潜的实际过程转化为计算机程 序时，考虑到潜艇可能最终逃离搜索海区及可能使用 多架反潜直升机的实际情况，在求解反潜直升机搜潜 效能时，以反潜直升机的位置作为模拟的主线，编制 仿真程序（仿真流程图见图２）。该仿真程序是用Ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋６．０实现的，编制仿真程序时，首先要产生每个 随机变量在那次随机实验中的随机值。在该仿真程序 中，主要存在服从均匀分布和正态分布的两种随机变 量。各个阵形的搜索要素点位置或者存储在数据库中 或在程序中实时计算。搜潜概率在程序中计算，概率 结果由程序调用ＭＡＴＬＡＢ绘图功能进行绘图。 图２反潜直升机使用吊放声纳进行 应召搜潜仿真模型流程图 参数说明： ＪＶ：模拟次数 ｍ：仿真步数 ｍ：发现潜艇次数 ：指定海域探点数 ｔ探：探测时间 ：仿真时间步长 ，．：声纳作用距离 Ｐ ：指定搜索海域 对潜艇的发现概率 ２．５仿真结果及分析 反潜直升机的搜潜效率受反潜装备的战投陛能、 水声环境、潜艇辐射噪声特征和回波特性、搜潜任务、 直升机数量、搜潜方法、使用技能等诸多因素的影响。 第６期 指挥控期与仿真 ８７ 反潜直升机使用吊放声纳应召搜潜时，吊放声纳间隔 系数、螺旋系数、探测点数和搜索阵型等都对搜索效 率产生较大的影响。下面采用仿真方法，重点对这几 个影响反潜直升机吊放声纳搜潜效率的因素进行研 １）吊放声纳间隔系数仿真：仿真次数２０００，被 动方式，双机方形扩展阵，速度２４ｋｍ／ｈ，距离误差ｌ 海里，探测点数２４，海况３级；潜艇距离６０海里； 典型常规潜艇。仿真结果见图３、图４。 究。 图３间隔系数与搜潜概率关系 结果分析：双机方形扩展阵搜索，当直升机和潜 艇距离在６０海里时，常规潜艇间隔参数取１，速度较 快的战术核潜艇取１．８（见图３）；潜艇距离６０海里 时，可取１，潜艇距离１２０海里时，可取１．４（见图４）。 ２）螺旋系数仿真：仿真次数２０００，主动方式， 撞潜概率与螺旋系数的关系 螺旋系数 图５单机螺旋线阵搜索 结果分析：单机螺旋线阵搜索，直升机和潜艇距 离在３Ｏ—ｌ２０海里之间时，螺旋系数可取０．６（见图５）； 双机螺旋线阵搜索，直升机和潜艇距离在３Ｏ—ｌ ２Ｏ海 里之间时，双机螺旋阵螺旋系数可取０．７（见图６）。 ３）探测点数仿真：仿真次数２０００，主动方式， 速度２４０ｋｍ／ｈ，潜艇距离６０海里，距离误差ｌ海里， 间隔参数ｌ，典型常规潜艇，海况３级；直升机１架； 图４间隔系数与搜潜概率关系 距离误差１海里，间隔参数１，典型常规潜艇，海况３ 级，速度２４０千米，，Ｊ、时；直升机１架，螺旋阵，探测 点数ｌ６；直升机双机螺旋阵，探测点数２４，仿真结果 见图５、图６。 螺旋系数 图６双机螺旋线阵搜索 直升机２架。仿真见图７、图８。 结果分析：无论是采用方形扩展阵还是螺旋线阵 搜潜时，１架反潜直升机，探测点数可取ｌ６（见图７）； ２架反潜直升机，探测点数可取２４（见图８）。 ４）搜索阵形仿真：仿真次数２０００，主动方式， 速度２４０ｋｍ／ｈ，距离误差１海里，间隔参数１，典型 常规潜艇，海况３级；直升机１架，探测点数１６；直 ８８ 盛文平，等：反潜直升机吊放声纳应召搜潜仿真研究 第３１卷 升机２架，探测点数２４。仿真结果见图９、图１０。 结果分析：从理论上分析，无论单机或双机，采 操作复杂，在实际应用中需要反潜指挥员灵活选用阵 型。 用螺旋线阵搜潜效果都是比较好的；但由于螺旋线阵 搜潜概率与探测点数的关系 探测点数 图７ 单架反潜直升机探测点数与搜潜概率关系 搜潜概率与潜艇距离的关系 图９单机搜潜阵型效果比较 ３结束语 本文通过对一定条件下反潜直升机使用吊放声纳 搜潜效能进行研究，得出的结论对于制定反潜作战方 案具有一定的参考价值。需要指出的是，反潜直升机 的搜潜效率受到反潜装备的战技性能、水声环境、潜 艇辐射噪声特征和回波特性、搜潜任务、直升机数量、 搜潜方法、使用技能等诸多因素的影响。因此，在反 潜作战时应综合权衡各个因素，一方面要与定性分析 密切结合，另一方面要在反潜作战实践中不断的修正 和完善。 搜潜概率与探测点数的关系 探测点数 图８双架反潜直升机探测点数与搜潜概率关系 搜潜概率与潜艇距离的关系 潜艇距离（海里） 图１０双机搜潜阵型效果比较 参考文献： ［１】纪金耀．俄罗斯海军反潜战术［Ｍ］．北京：军事科学出版 社，１９９２：５７．５８ ［２ 王红卫．建模与仿真［２］Ｍ】．北京：科学出版社，２００２：６６－６９ 【３】孙明太，赵绪明．吊放声纳搜潜效能模型解析法与模拟 法的分析比较［ｑ．火力与指挥控制２００４年会论文集． ２Ｏ０４：６３．６５． ［４】 孙明太，等．航空反潜概论【Ｍ】．北京：军事科学出版 社，２００３：１２１—１２２． 【５】 倪卫星．舰载反潜直升机武器系统效能评估模型研究 ［Ｊ】．论证与研究，１９９７（１０）：５６．５７．
