趙科莉，李 奔，鄧烈威，張德洋，歐陽帥捷

(1. 中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京 100094；2. 中國船舶集團公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

水下搜索作戰(zhàn)主要目標是在遂行其他作戰(zhàn)任務情況下，確保高價值目標水下安全[1-2]。潛艇的隱蔽性能好、打擊能力強向來是水面艦艇的巨大威脅，如何提高對潛作戰(zhàn)效能，提高水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率，縮短發(fā)現(xiàn)時間是水下搜索作戰(zhàn)亟待解決的重要課題[3]。水下搜索作戰(zhàn)涉及到包括水面艦艇、直升機和潛艇等多兵種之間多傳感器多武器的協(xié)同和對抗，十分復雜[4]。水介質的復雜性也給水下搜索帶來了很大困難，水下搜索設備的性能、可靠性等指標均受到很大影響。因此，以提升水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率，縮短發(fā)現(xiàn)時間為目標，研究水下搜索群兵力配置、傳感器性能指標和工作模式等影響因素對水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率和發(fā)現(xiàn)時間所作的貢獻，解決水下搜索的瓶頸問題顯得尤為重要。

本文設計并實現(xiàn)了一種支持水下搜索群兵力陣位部署、參數(shù)配置和能力評估的新型水下搜索模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設計目標是通過數(shù)字化仿真方法，研究傳感器探測范圍、飛機點水間隔以及陣位間距等因素對水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率和發(fā)現(xiàn)時間的影響。系統(tǒng)完成了功能設計，并通過建立水下搜索群兵力的傳感器模型、運動模型以及能力評估模型，模擬了基于水下搜索平臺之間的信息交互和互聯(lián)互通的對水下搜索活動，得到了水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率和發(fā)現(xiàn)時間隨傳感器探測范圍、飛機點水間隔以及陣位間距變化的動態(tài)結果。

1 水下搜索模擬系統(tǒng)設計

水下搜索模擬系統(tǒng)主要通過數(shù)字化仿真手段，開展水下搜索模擬系統(tǒng)水下搜索兵力的要素模型、運動模型以及能力評估模型設計，實現(xiàn)艦機協(xié)同水下搜索

圖1 系統(tǒng)架構Fig. 1 System structure

條件下的水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率指標分析，研究傳感器探測范圍、飛機點水間隔以及陣位間距對水下搜索發(fā)現(xiàn)概率的影響。按照支撐層、模型層、應用層的3層架構進行模擬系統(tǒng)的構建，支撐層是底層運行環(huán)境，支撐系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng)、通信網絡和硬件設備，模型層為支撐模擬系統(tǒng)運行的引擎、工具和模型庫，應用層為直接面向使用者，包括想定編輯系統(tǒng)、導調干預系統(tǒng)和能力評估系統(tǒng)，系統(tǒng)架構如圖1所示。水下搜索群兵力通常在指定區(qū)域建立攔截巡邏線阻止敵潛艇進入，提供水下搜索警戒[2,5]。本文水下搜索模擬系統(tǒng)水下搜索群兵力構成為4艘水面艦艇仿真節(jié)點和4架艦載水下搜索直升機仿真節(jié)點，對方構成為4艘核潛艇仿真節(jié)點。其中，4艘水面艦艇仿真節(jié)點均配置1型拖曳聲吶和1型艦殼聲吶，4架艦載水下搜索直升機仿真節(jié)點均配置1型吊放聲吶，4艘核潛艇仿真節(jié)點均配置1型拖曳聲吶和1型艦首聲吶，系統(tǒng)組成圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成Fig. 2 System composition

1.1 系統(tǒng)功能設計

水下搜索模擬系統(tǒng)主要具備想定編輯和推演、導調干預和能力評估等功能。系統(tǒng)支持仿真想定編輯、動態(tài)調整和人不在回路的自動推演；支持傳感器參數(shù)動態(tài)配置；支持飛機點水間隔動態(tài)調整；支持水下搜索群兵力陣位動態(tài)調整；支持敵潛艇臨機調整下潛深度、航速和航向；支持水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率和發(fā)現(xiàn)時間等能力評估。

1.2 傳感器模型設計

傳感器模型設計主要考慮傳感器的探測范圍、探測方位、發(fā)現(xiàn)概率、工作周期等參數(shù)。同時，考慮敵方潛艇下潛深度以及敵方潛艇航速對傳感器探測范圍和發(fā)現(xiàn)概率的影響。當藍方潛艇發(fā)現(xiàn)我方兵力后，潛艇隨機增加潛深或者降低航速，同時我方聲吶探測范圍降低，并且發(fā)現(xiàn)概率變小。

1.3 運動模型設計

初始狀態(tài)下，4艘水面艦艇和4架水下搜索直升機根據陣形設置分布在指定區(qū)域。實際推演時，水面艦艇作往復運動，平均速度v艦艇，往返距離D艦艇往返，水下搜索直升機采用點水探測樣式作往復運動，平均速度v飛機，點水間距D點水，點水周期D點水周期，飛機飛行速度v飛機，往返距離D飛機往返，各平臺機動一致（同時順時針或逆時針）。敵潛艇部署于指定區(qū)域的4個方向，以初始速度v敵潛艇，向指定區(qū)域中心機動。

1.4 能力評估模型設計

現(xiàn)代潛艇以其優(yōu)良的靜音性、隱蔽性，對水下區(qū)域構成的威脅日益嚴峻[6-8]。在水下搜索作戰(zhàn)中，對潛艇的發(fā)現(xiàn)變得越來越難。隨著計算機技術的發(fā)展，作戰(zhàn)模擬已經發(fā)展成為現(xiàn)代海軍作戰(zhàn)效能分析的最基本方法[9]，它的優(yōu)點在于能夠在考慮對抗的條件下，以具體作戰(zhàn)環(huán)境和一定兵力編成背景來評價效能[10]。本文采用多次仿真模擬的方法，重點研究傳感器探測范圍、飛機點水間隔以及搜索兵力陣位間距對水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率和發(fā)現(xiàn)時間的影響。水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率的定義為：在水下搜索群兵力對水下探測能力覆蓋范圍內，當出現(xiàn)水下目標時，水下搜索群兵力能夠探測并識別出水下目標的概率。水下搜索群發(fā)現(xiàn)時間的定義為：在水下搜索群兵力對水下探測能力覆蓋范圍內，從仿真開始到水下搜索群兵力首次探測并識別出水下目標的時間。。敵潛艇個數(shù)為

2 水下搜索模擬系統(tǒng)仿真

2.1 典型陣位部署

圖7 點水間隔對水下搜索群發(fā)現(xiàn)時間影響Fig. 7 the influence of aircraft water interval to detection time of submarine searching group

假定水下搜索兵力的陣位間距為67 km，72 km，77 km，82 km和87 km時，仿真100次，計算水下搜索發(fā)現(xiàn)概率的值，結果如圖8和圖9所示。

圖8 陣位間距對水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率影響Fig. 8 the influence of position space to detection probability of submarine searching group

圖9 陣位間距對水下搜索群發(fā)現(xiàn)時間影響Fig. 9 the influence of position space to detection time of submarine searching group

可以看出，水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率隨著陣位間距增大先變大后變小，水下搜索群發(fā)現(xiàn)時間隨著陣位間距增大先變小后增大，陣位部署為77 km時，水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率達到最大值，發(fā)現(xiàn)時間最小，由于陣位間距為77 km時，水下搜索兵力剛好能夠相成嚴密的對潛警戒探測圈，所以水下搜索發(fā)現(xiàn)概率最大，發(fā)現(xiàn)時間最??；陣位部署繼續(xù)增大時，水下搜索兵力的有效探測范圍占比變小，探測盲區(qū)增大，敵潛艇突破水下搜索兵力的探測圈概率增大，所以水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率降低，發(fā)現(xiàn)時間升高。

3 結 語

本文實現(xiàn)了指定區(qū)域水下搜索模擬系統(tǒng)的設計與仿真，綜合考慮敵潛艇下潛深度以及敵潛艇航速對傳感器探測范圍和發(fā)現(xiàn)概率的影響，通過建立較為真實的仿真節(jié)點、傳感器、運動規(guī)則以及能力評估模型，配置合理的水下搜索兵力陣位部署，完成了聲吶探測范圍、吊放聲吶點水間隔以及陣位間距對水下搜索群發(fā)現(xiàn)概率和發(fā)現(xiàn)時間的影響的定量和定性分析，發(fā)現(xiàn)時間隨著發(fā)現(xiàn)概率變化逆向變化，驗證了系統(tǒng)的可行性。