成建波 李濤

（中國人民解放軍92728部隊，上海，200436）

隨著打擊范圍越來越廣、隱身性能的不斷加強(qiáng)、以及AIP（Air Independent Propulsion）技術(shù)的廣泛使用，潛艇在海戰(zhàn)中的威懾作用越來越大。在反潛潛艇、反潛艦艇、反潛飛機(jī)、反潛直升機(jī)等組成的反潛體系中，固定翼反潛巡邏飛機(jī)依靠反應(yīng)迅速、機(jī)動性強(qiáng)、作戰(zhàn)半徑大和單位時間內(nèi)搜索效率高、以及使用武器的突然性等對潛艇不利的“非對稱”優(yōu)勢[1]，在對抗現(xiàn)代潛艇作戰(zhàn)中占據(jù)重要地位。航空自導(dǎo)深彈作為固定翼反潛巡邏飛機(jī)的一種主要的攻潛武器，使用時不受潛艇水聲對抗系統(tǒng)的影響、攻擊侵入已方編隊的潛艇時不會誤傷到已方艦船、結(jié)構(gòu)簡單、費(fèi)用低廉，和平時期還可用于驅(qū)逐敵方潛艇，打亂其行動計劃。本文基于固定翼反潛巡邏飛機(jī)的典型作戰(zhàn)流程，結(jié)合各探測設(shè)備性能，通過仿真評估的方法，重點針對固定翼反潛巡邏飛機(jī)使用自導(dǎo)深彈進(jìn)行攻潛作戰(zhàn)的使用方法進(jìn)行研究，為固定翼反潛巡邏飛機(jī)的作戰(zhàn)使用提供理論依據(jù)。

1 概述

1.1 反潛裝備基本性能

當(dāng)前，世界上典型的固定翼反潛巡邏飛機(jī)有美國P-3C“獵戶座”反潛巡邏飛機(jī)、P-8A“海神”海上巡邏飛機(jī)、日本P-1反潛巡邏飛機(jī)、英國“獵迷”反潛巡邏飛機(jī)、法國“大西洋”反潛巡邏飛機(jī)等[2]。常用的航空搜潛手段主要有搜索雷達(dá)、光電搜索儀、聲吶浮標(biāo)、磁探儀、電子偵察系統(tǒng)等。其中，搜索雷達(dá)、光電搜索儀主要用于對接近水面狀態(tài)潛艇，如通氣管、潛望鏡狀態(tài)航行潛艇進(jìn)行搜索，通常作用距離約數(shù)十千米。聲吶浮標(biāo)、磁探儀主要用于對水下航行狀態(tài)潛艇進(jìn)行搜索、定位，對低噪聲潛艇，P-3C飛機(jī)裝備的聲吶浮標(biāo)被動探測距離不低于 3 km，主動探測距離可達(dá)10 km左右；磁探儀對常規(guī)潛艇作用距離一般不低于300 m，P-3C飛機(jī)裝備的磁探儀探測距離可達(dá)600～800 m。電子偵察系統(tǒng)則通過被動接收敵方雷達(dá)、通信設(shè)備輻射的電磁波，對潛艇進(jìn)行搜索，作用距離一般可達(dá)視距。

1.2 航空自導(dǎo)深彈

航空自導(dǎo)深彈是在航空深彈的基礎(chǔ)上，增加主動聲導(dǎo)引裝置及操縱系統(tǒng)，通過發(fā)射聲波對目標(biāo)進(jìn)行探測、定位后，操縱舵板，依靠深彈投放入水所帶來的勢能，滑向目標(biāo)。同時，戰(zhàn)斗部采用定向爆炸技術(shù)，在不增加深彈體積和重量的條件下，提高深彈爆炸威力，達(dá)到毀傷潛艇的目的。

目前，國際上先進(jìn)的自導(dǎo)深彈主要有俄羅斯的C-3B型自導(dǎo)深彈、瑞典的SAM204型自導(dǎo)深彈。其中，C-3B型自導(dǎo)深彈通過彈頭中的聲引導(dǎo)裝置，在120°的錐角范圍內(nèi)，發(fā)射聲脈沖對目標(biāo)進(jìn)行搜索。當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時，通過調(diào)整舵面，改變深彈的下沉軌跡、導(dǎo)向目標(biāo)，從而提高深彈的命中概率和攻擊效果。與老式深彈相比，該型深彈對150 m深度內(nèi)的潛艇命中概率可提高1.2～1.5倍。

2 典型作戰(zhàn)流程

固定翼反潛巡邏飛機(jī)進(jìn)行反潛作戰(zhàn)時，一般需經(jīng)歷搜索、探測、識別、定位、跟蹤和攻擊等階段。典型作戰(zhàn)流程如下：

第1步，反潛巡邏飛機(jī)飛抵任務(wù)海區(qū)后，未發(fā)現(xiàn)潛艇跡象之前，一般使用搜索雷達(dá)、光電搜索儀或目視觀察方式對海面上處于潛望鏡狀態(tài)或通氣管狀態(tài)航行的潛艇進(jìn)行搜索；同時檢查機(jī)載探測設(shè)備和無線電通信設(shè)備的工作狀況，選定適用的聲吶浮標(biāo)射頻通道。

第2步，當(dāng)發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)海面有潛艇航行的跡象、或通過數(shù)據(jù)鏈通道獲得在某海域發(fā)現(xiàn)潛艇的信息時，飛機(jī)應(yīng)立即飛往目標(biāo)上空，投放溫度深度和海洋噪聲浮標(biāo)進(jìn)行測量，以獲得該海區(qū)的溫深曲線，也可以調(diào)出數(shù)據(jù)庫中存儲的作戰(zhàn)海域水文數(shù)據(jù)。

第3步，根據(jù)測量或查詢結(jié)果，選擇聲吶浮標(biāo)工作深度，確定搜潛浮標(biāo)布陣間距，然后布設(shè)被動全向聲吶浮標(biāo)搜索陣，典型的浮標(biāo)陣包括圓形陣、方形陣、雙線陣等。

第4步，浮標(biāo)陣布設(shè)完畢后，飛機(jī)在浮標(biāo)陣區(qū)域上空巡邏飛行，監(jiān)視和等待目標(biāo)信號。同時，聲吶浮標(biāo)參考系統(tǒng)開始工作，實時確定每個浮標(biāo)相對飛機(jī)的準(zhǔn)確位置。

第5步，如果發(fā)現(xiàn)“目標(biāo)”， 經(jīng)識別確認(rèn)存在潛艇后，應(yīng)立刻對潛艇進(jìn)行定位。利用4枚被動全向聲吶浮標(biāo)、或2～3枚被動定向聲吶浮標(biāo)、或2～3枚主動全向聲吶浮標(biāo)、或1～2枚主動定向聲吶浮標(biāo)對目標(biāo)進(jìn)行定位等。

第6步，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概略位置或航向后，可使用磁探儀進(jìn)一步對目標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)。

第7步，對水下目標(biāo)進(jìn)行識別，包括技術(shù)識別和戰(zhàn)術(shù)識別。技術(shù)識別要判明是否潛艇，而戰(zhàn)術(shù)識別則要確認(rèn)所發(fā)現(xiàn)的潛艇是否敵潛艇。當(dāng)與目標(biāo)接觸一定時間后，就能準(zhǔn)確地測定出目標(biāo)的運(yùn)動要素，并根據(jù)飛機(jī)與潛艇的相對位置，計算出航空自導(dǎo)深彈投放位置。

第8步，根據(jù)需要，按一定間距投放6～8枚航空自導(dǎo)深水炸彈，對水下航行的潛艇進(jìn)行攻擊；也可投放1～2枚深彈，對水下潛艇進(jìn)行威懾、驅(qū)趕。

3 深彈攻潛作戰(zhàn)效能模型

對潛艇的定位越精準(zhǔn)、潛艇逃逸航向預(yù)測越準(zhǔn)確、深彈投放越及時，則深彈就有較大命中概率。固定翼反潛巡邏飛機(jī)作戰(zhàn)使用時，對潛艇的定位主要依靠聲吶浮標(biāo)。此時，獲取的潛艇位置誤差包括聲吶浮標(biāo)對潛艇的定位誤差，聲吶浮標(biāo)本身的自定位誤差，以及飛機(jī)平臺自身的定位誤差。而在投放深彈進(jìn)行攻擊時，深彈的落點誤差則包括飛機(jī)平臺的自身誤差、投放時間誤差、深彈的空中彈道誤差等[3]。

3.1 潛艇的位置散布規(guī)律建模

目前世界上先進(jìn)的聲吶浮標(biāo)已采用GPS自定位方式，且飛機(jī)平臺位置也可通過GPS系統(tǒng)給出，定位誤差遠(yuǎn)小于聲吶浮標(biāo)對目標(biāo)的定位誤差，為簡化模型，此處僅考慮聲吶浮標(biāo)對潛艇的定位誤差。

一般認(rèn)為，潛艇的實際位置 (x0,y0)服從二維N正態(tài)分布，散布中心在聲吶浮標(biāo)給出的定位點，數(shù)學(xué)期望值E(x)=0，Tσ為聲吶浮標(biāo)對潛艇定位的標(biāo)準(zhǔn)偏差。則潛艇的位置概率密度為：

假定聲吶操作員每隔T（單位為s）對潛艇定位一次，潛艇運(yùn)動速度v，航向未知，則潛艇在兩次定位期間，位置概率密度函數(shù)為：

式（2）為萊斯（Rice）分布。I0為0階修正貝塞爾函數(shù)，t為浮標(biāo)完成一次定位后潛艇運(yùn)動的時間。

3.2 深彈攻擊范圍建模

3.2.1 深彈的投放誤差

在深彈的投放過程中，機(jī)上火控系統(tǒng)以聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)給出的目標(biāo)位置點為彈著點，結(jié)合深彈的彈道計算方程，及飛機(jī)投放時的高度、速度、風(fēng)速等，確定飛機(jī)的投放點。當(dāng)飛機(jī)飛抵投放點后，完成深彈自動投放。在此過程中，飛機(jī)的離機(jī)時間誤差、平臺的定位誤差、空中彈道誤差等積累形成深彈的投放誤差。

一般來說，深彈的入水點 (x0,y0)服從二維N正態(tài)分布，散布中心即為聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)給出的目標(biāo)位置點，數(shù)學(xué)期望值E(x)=0，σB為深彈投放散布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

數(shù)枚深彈連投時，由于投放間隔較小，為簡化計算，設(shè)定數(shù)枚深彈連投的入水點同樣服從上述正態(tài)分布。

3.2.2 深彈的作用范圍

深彈投放入水下沉一段距離后，聲自導(dǎo)系統(tǒng)開始工作，可對一定錐度范圍內(nèi)的潛艇目標(biāo)進(jìn)行探測。假定其自導(dǎo)作用距離為RB0，最大搜索角度為α，則單枚深彈的最大作用范圍為半徑RB的圓形區(qū)域，

為提高深彈命中概率，通常以聲吶浮標(biāo)給出的目標(biāo)點為中心，按照一定間隔連續(xù)投放數(shù)枚深彈。此時，假定其重疊系數(shù)為K，即相鄰兩枚深彈間距為2KRB。則N枚深彈的作用范圍面積為：

式中，β= 2arccosK，以弧度計。

實際使用過程中，連投數(shù)量一般不會超過8?？紤]到深彈連投間隔時間約1～2 s，8枚深彈連投時，從第1枚深彈入水到最后1枚深彈入水，間隔約8～16 s，在此期間，潛艇的移動距離對深彈的命中概率基本可以忽略不計。同時為便于計算，深彈連投后的作用范圍可簡化為一矩形區(qū)域，矩形區(qū)域的中心點即為潛艇的彈著點，其示意圖見圖1。矩形區(qū)域面積為：

圖1 N枚深彈連投等效作用范圍示意圖

3.3 攻潛效能模型

固定翼反潛巡邏飛機(jī)使用自導(dǎo)深彈對潛艇進(jìn)行打擊的作戰(zhàn)效能與深彈的命中概率和毀傷能力有關(guān)。深彈對潛艇的毀傷能力主要由戰(zhàn)斗部裝藥量、毀傷潛艇部位等決定。由于本文主要研究浮標(biāo)定位誤差對自導(dǎo)深彈的攻潛效能影響，為簡化模型，將自導(dǎo)深彈攻潛效能等效為深彈的命中概率，即潛艇有多大概率會落入自導(dǎo)深彈的作用范圍內(nèi)。

從概率統(tǒng)計方面來講，潛艇的實際位置與聲吶浮標(biāo)對潛艇的定位誤差，和深彈的實際投放點與理論彈著點（即聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)給出的目標(biāo)位置點）的誤差是相互獨(dú)立的。因此，潛艇的實際位置相對深彈實際彈著點，也服從二維N(0,σTB)正態(tài)分布，散布中心即為自導(dǎo)深彈的實際彈著點，數(shù)學(xué)期望值E（x）=0，σTB為潛艇位置相對深彈投點散布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

則潛艇相對深彈投點的概率密度函數(shù)為：

則自導(dǎo)深彈至少命中1枚的概率為：

4 仿真試驗與結(jié)果分析

設(shè)反潛巡邏飛機(jī)使用聲吶浮標(biāo)陣對潛艇搜索時，發(fā)現(xiàn)有潛艇出現(xiàn)，用8枚自導(dǎo)深彈連投的方式對潛艇進(jìn)行攻擊，深彈自導(dǎo)投放重疊系數(shù)0.9。飛機(jī)在300 m高度、以360 km/h向潛艇位置飛抵過程中，聲吶操作員每分鐘對潛艇進(jìn)行一次定位，火控系統(tǒng)則根據(jù)浮標(biāo)定位信息實時解算深彈投放點，潛艇以6 kn速度在水下隨機(jī)機(jī)動。

深彈自導(dǎo)作用距離分別為100 m、200 m、300 m，深彈投放誤差（均方值）100 m，進(jìn)行3 000次蒙特卡羅仿真，確定自導(dǎo)深彈的命中率。仿真結(jié)果如圖2～4所示。可以看出，航空自導(dǎo)深彈攻潛概率與目標(biāo)定位誤差之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，隨定位誤差的增大，攻潛概率下降明顯。同時，隨著深彈自導(dǎo)作用距離的增加，攻潛概率有較大增加，在深彈自導(dǎo)作用距離與浮標(biāo)定位誤差一致時，可實現(xiàn)50%以上的攻潛概率。

圖2 RB0=100 m時定位誤差與攻潛概率的關(guān)系

圖3 RB0=200 m時定位誤差與攻潛概率的關(guān)系

圖4 RB0=300 m時定位誤差與攻潛概率的關(guān)系

5 結(jié)論

通過在分析航空自導(dǎo)深彈攻潛戰(zhàn)術(shù)流程及潛艇目標(biāo)散布、深彈投放和聲吶浮標(biāo)定位規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立了航空自導(dǎo)深彈攻潛效能與目標(biāo)定位誤差之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，仿真試驗結(jié)果顯示，建立的模型與實際試驗結(jié)果基本一致，根據(jù)仿真結(jié)果可知，航空自導(dǎo)深彈攻潛概率與目標(biāo)定位誤差之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，隨著定位誤差的增大，攻潛概率下降明顯；同時，隨著深彈自導(dǎo)作用距離的增加，攻潛概率有較大增加，在深彈自導(dǎo)作用距離與浮標(biāo)定位誤差一致時，可實現(xiàn)50%以上的攻潛概率。后續(xù)研究可以進(jìn)一步優(yōu)化散布規(guī)律、浮標(biāo)定位誤差、人機(jī)功效等因素，為航空自導(dǎo)深彈攻潛戰(zhàn)術(shù)決策提供參考。