王天忠，王 威，江 蓮

（中國人民解放軍第92337 部隊，遼寧 大連 116023）

0 引言

伴隨新型無人武器平臺的大量應用，有人–無人協(xié)同作戰(zhàn)已成為未來體系作戰(zhàn)的必然趨勢[1]。近年來，美、俄等軍事強國在有人–無人協(xié)同作戰(zhàn)方面開展了多項演示驗證，并取得了階段性成果[2-4]。UUV 是當今世界海軍國家重點發(fā)展的水下作戰(zhàn)裝備，已經(jīng)被廣泛應用到水下戰(zhàn)場。隨著人工智能、導航控制、有效載荷等技術(shù)的突破性進展，潛艇與UUV 協(xié)同作戰(zhàn)會成為全新的水下作戰(zhàn)樣式，必將推動水下戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生革命性變化。

1 協(xié)同作戰(zhàn)任務

美國智庫研究報告《水下戰(zhàn)新紀元》指出：水下作戰(zhàn)樣式向潛艇–無人平臺體系化轉(zhuǎn)變，潛艇需要從類似于飛機的前沿戰(zhàn)術(shù)平臺轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃朴诤侥傅膮f(xié)同平臺[5]。潛艇與UUV 協(xié)同作戰(zhàn)的根本在于減少“有人”增加“無人”，以更經(jīng)濟的成本取得最大的作戰(zhàn)效果[6]。

傳統(tǒng)水下作戰(zhàn)，潛艇作為獨立的作戰(zhàn)單元，基本自主完成“觀察–判斷–決策–行動”整個作戰(zhàn)過程，作戰(zhàn)效能關(guān)鍵取決于平臺能力。而潛艇與UUV協(xié)同作戰(zhàn)，潛艇成為指揮控制平臺，組織協(xié)調(diào)水下作戰(zhàn)體系的運行，核心職能在于“判斷–決策”2個環(huán)節(jié)，而“觀察”“行動”的職責大多由UUV擔負。潛艇與UUV 協(xié)同作戰(zhàn)時，UUV 可隱蔽航行至潛艇難以抵達的危險海域，在大范圍、大深度對目標進行抵近偵察、隱蔽突襲和快速打擊，使水下作戰(zhàn)行動更加自由，且更加難以防范。

潛艇與UUV 協(xié)同作戰(zhàn)任務主要可分為以下幾種。

1.1 協(xié)同探測

潛艇水下作戰(zhàn)時通常使用聲吶系統(tǒng)對目標進行被動探測，受海洋環(huán)境背景噪聲、目標輻射噪聲水平及自身聲吶設(shè)備工作能力等因素影響，對目標的探測能力有限，特別是對水下目標的探測更為困難，嚴重影響交戰(zhàn)對抗。而UUV 隱蔽性良好，作戰(zhàn)使用方式也非常靈活，可對潛在作戰(zhàn)海域進行大范圍機動監(jiān)測。潛艇與UUV 協(xié)同探測，不僅實現(xiàn)了潛艇的隱蔽，更為關(guān)鍵的是增強了對戰(zhàn)場態(tài)勢的感知能力，提高了隱蔽探測效率，進而提高潛艇在對抗中的獲勝概率。

1.2 協(xié)同攻擊

潛艇對目標的攻擊空間受探測能力的制約，即使武器具備中遠距離攻擊能力，當探測能力弱時，作戰(zhàn)中也無法達成遠程攻擊。由于潛艇攻擊距離較近，攻擊后即意味著平臺暴露，可能會遭到對手的快速反擊，潛艇安全受到嚴重威脅。潛艇與UUV 協(xié)同作戰(zhàn)，發(fā)揮整體優(yōu)勢可取得先敵攻擊的機會。UUV 作為突前攻擊兵力，位中遠距離對目標實施突襲，潛艇可視攻擊效果接續(xù)抵近攻擊；兩者也可協(xié)同位目標兩側(cè)內(nèi)外夾擊，攻擊效能會大幅提高。

1.3 協(xié)同防御

潛艇受自身機動規(guī)避能力弱、對來襲武器預警能力不足的影響，當發(fā)現(xiàn)武器來襲時難以快速形成有效防御；當通過水雷威脅海域時，由于水雷難以被探測到，潛艇面臨的威脅也很大。潛艇與UUV協(xié)同防御，可提高對來襲武器的威脅告警能力，有利于及時采取相關(guān)防御措施，必要時還可以控制UUV 機動航行作誘餌，誘騙來襲武器，從而對潛艇形成保護。面臨水雷威脅時，UUV 可以前出充當“獵雷先鋒”，為潛艇安全航行開辟通道。

2 協(xié)同解算分析

在探測、攻擊與防御等作戰(zhàn)任務中，往往要求協(xié)同作戰(zhàn)體系在發(fā)現(xiàn)目標后有效評估戰(zhàn)場態(tài)勢，為后續(xù)作戰(zhàn)行動決策與開展提供依據(jù)。其中，兼顧快速性、隱蔽性與安全性開展目標運動要素解算是戰(zhàn)場態(tài)勢評估的重要環(huán)節(jié)。

在傳統(tǒng)的獨立作戰(zhàn)模式中，潛艇基于聲吶設(shè)備的目標探測信息，結(jié)合自身導航信息，解算目標的航速、航向、方位與距離等運動要素。其解算收斂速度會受到2 方面制約：1）考慮到隱蔽性問題，潛艇會盡量避免采用外露性探測設(shè)備同時獲取方位與距離，而是主要依靠被動聲吶探測的連續(xù)方位信息；2）為滿足目標可觀測性條件，潛艇自身需要完成至少1 次機動過程，才能夠使解算結(jié)果收斂[7-9]。

在潛艇與UUV 的協(xié)同作戰(zhàn)中，可以利用UUV使用靈活、行動隱蔽、風險承受能力強、使用成本低等特點。由UUV 作為前置兵力同步偵察，并將目標跟蹤探測信息匯總至潛艇完成目標運動要素解算，通過發(fā)揮協(xié)同優(yōu)勢縮短解算收斂時間，從而提升作戰(zhàn)響應速度。

從實現(xiàn)性角度出發(fā)，潛艇與UUV 協(xié)同解算過程應考慮水聲通信的速率與帶寬等限制，不宜要求過高的交互頻率以及過大的交互數(shù)據(jù)量。此外，考慮到發(fā)信過程中產(chǎn)生的暴露性風險，應當盡量降低潛艇的主動發(fā)信次數(shù)，以提升有人平臺的隱蔽性與安全性。

因此，提出基于目標位置線的協(xié)同解算方法，UUV 根據(jù)目標探測信息推算目標位置線，并將其參數(shù)通過低頻次低容量的水聲通信上報，由潛艇接收匯總后解算目標運動要素。

3 基于目標位置線的協(xié)同解算方法

假設(shè)在偵察階段目標保持勻速直航狀態(tài)，戰(zhàn)場態(tài)勢如圖1 所示。

圖1 方位示意圖Fig. 1 Orientation diagram

UUV 或潛艇以勻速直航狀態(tài)進行接敵跟蹤，在t1、t2、t3時刻分別位于W1、W2、W3點，利用被動聲吶探測目標方位為F1、F2、F3。

在目標方位線F1上任意位置假定目標初始點，航向Hm，航速Vm。假設(shè)潛艇自身不動，則可以根據(jù)相對運動原理做出相對舷角Xx、相對航向Hx與相對航速Vx。

根據(jù)幾何關(guān)系，相對舷角為

相對速度為

式中，D1為直線長度。

按照上述方法，假定探測方位一致但初始距離不同的另一個目標初始點，對應相對舷角，相對航向與相對航速。

在t4時刻位于W4時，可推算目標方位為

將t1－t3時段內(nèi)方位測量值與測量時間作為已知量，取t為t3到當前時刻的時間間隔，則式（3）可理解為目標方位F(t) 關(guān)于時間t的函數(shù)，如下式：

式中：

盡管按照不同初距對應不同的運動要素，但是按照各初距點對應的目標航向和航速進行推算所得的各推算目標位置點卻在同一條直線上，即目標位置線。取W1為坐標原點建立直角坐標系，目標位置線可表示為

將t1－t3時段內(nèi)UUV 或潛艇的航速、航向與位置作為已知量，則t時刻位置為

式中：Hm為航向；Vm為航速；為t3時刻位置。

整理式（10）－（12），得到目標位置線表達式為

式中，

在作戰(zhàn)任務場景中，結(jié)合協(xié)同模式及兵力部署方式，可由前置UUV 與后方潛艇同步探測目標，UUV 通過水聲通信將解算的目標位置線發(fā)送至潛艇，潛艇匯總至少2 條不平行目標位置線，可推算目標軌跡，實現(xiàn)運動要素解算。

4 仿真

設(shè)定我方警戒區(qū)域為10 000 m×10 000 m 正方形海域，坐標原點為西南角頂點，戰(zhàn)場態(tài)勢如圖2所示。

圖2 戰(zhàn)場態(tài)勢示意圖Fig. 2 Schematic diagram of battlefield situation

敵方水面艦艇以航速10 kn，航向210°，從（5 000，10 000）位置進入警戒區(qū)，位置變化如圖3 所示。

圖3 目標位置圖Fig. 3 Target location diagram

UUV 以航速6 kn、航向45°，從（7 000，7 000）位置對目標進行探測，潛艇以航速4 kn、航向315°，從（2 000，3 000）位置對目標進行探測，探測目標方位與舷角如圖4 所示。

圖4 目標方位與舷角圖Fig. 4 Target azimuth and port angle diagram

300 s 時刻，UUV 通過水聲通信發(fā)送推算目標位置線信息，潛艇匯總后推算目標在300 s 后位置如圖5 所示。

圖5 目標位置推算圖Fig. 5 Target location calculation chart

其中，UUV 及潛艇推算目標位置線關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

表1 目標位置線關(guān)鍵參數(shù)表Table 1 Key parameters of target location line

對比圖3 與圖5，顯然潛艇推算的目標位置信息有效，可用于指導協(xié)同作戰(zhàn)體系后續(xù)的偵查、攻擊或防御作戰(zhàn)行動。

5 結(jié)束語

伴隨著反潛探測技術(shù)的不斷提升，單純依賴潛艇平臺對抗的水下作戰(zhàn)模式優(yōu)勢正逐步喪失，UUV 的作戰(zhàn)運用能夠極大拓展水下戰(zhàn)場的覆蓋維度，潛艇與UUV 協(xié)同作戰(zhàn)將為水下作戰(zhàn)帶來革命性變化。

本文結(jié)合協(xié)同作戰(zhàn)任務中潛艇與UUV 各自優(yōu)勢，圍繞“潛艇后方?jīng)Q策，UUV 前方行動”的協(xié)同模式，針對戰(zhàn)場態(tài)勢評估對目標運動要素解算的快速性、隱蔽性與安全性要求，提出基于目標軌跡線的運動要素協(xié)同解算方法，為后續(xù)潛艇與UUV協(xié)同作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法研究提供參考。