多魚雷與目標(biāo)潛艇軟防御層對抗方法

孫國振, 謝志強(qiáng)

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多魚雷與目標(biāo)潛艇軟防御層對抗方法

孫國振, 謝志強(qiáng)

(中國人民解放軍91388部隊(duì), 廣東 湛江, 524022)

在分析了潛艇武器裝備防御方式的基礎(chǔ)上, 對潛艇軟防御能力進(jìn)行了重點(diǎn)探討, 并對由反魚雷武器組成的軟防御層進(jìn)行了分析建模。由于目標(biāo)潛艇信息具有一定的模糊性, 本文采用模糊集合表述反魚雷武器的各個參數(shù), 利用精確度計(jì)算得到相應(yīng)的精確值和損傷度計(jì)算模型。在只考慮軟防御層的情況下, 得到單雷、雙雷、多雷情況的命中率計(jì)算方法, 并分析了其聯(lián)合作戰(zhàn)效能。仿真試驗(yàn)驗(yàn)證, 隨著魚雷數(shù)量的增加, 魚雷經(jīng)過軟防御層的存活率會隨之增加; 利用同種魚雷以相同的命中率進(jìn)行計(jì)算, 魚雷的存活率也會有所提升。

多魚雷; 潛艇軟防御; 命中率; 存活率

0 引言

隨著現(xiàn)代魚雷防御技術(shù)的發(fā)展, 出現(xiàn)了氣幕彈、聲誘餌、噪聲干擾器、反魚雷魚雷, 水下漩渦、高速水下彈、防魚雷網(wǎng)等一系列反魚雷武器[1], 使得魚雷命中目標(biāo)概率下降, 造成作戰(zhàn)效能降低, 如何有效提高魚雷綜合作戰(zhàn)能力, 是擺在艦艇對抗中的一道難題。

為了提高魚雷攻擊的作戰(zhàn)效能, 艦艇采用魚雷齊射的方式打擊目標(biāo), 魚雷齊射相對單射有較高的命中概率, 可以在短時間內(nèi)完成射擊準(zhǔn)備[2]。一般情況下, 雙自導(dǎo)魚雷齊射容易產(chǎn)生互導(dǎo)問題[3], 為了避免互導(dǎo), 對齊射散角、自導(dǎo)開啟距離、魚雷工作頻率、工作周期都加以限制[4], 平行齊射或者扇面齊射對于艦艇容易探測, 且同時向2個魚雷發(fā)射聲誘餌或者反魚雷魚雷即可各個擊破。文獻(xiàn)[4]和[5]中的模型僅考慮魚雷的航向變化, 未考慮目標(biāo)方位變化所引起的航向變化, 而雙自導(dǎo)魚雷航向變化過大會產(chǎn)生“互導(dǎo)”, 文中只是針對自導(dǎo)魚雷進(jìn)行探討互導(dǎo)問題, 對線導(dǎo)魚雷并未涉及。文獻(xiàn)[6]采用連續(xù)射擊的方式, 設(shè)置一定的散角用來解決“互導(dǎo)”問題, 保證至少1枚魚雷擊中目標(biāo), 但是另外1枚魚雷會做無用功, 為了1枚魚雷能夠命中, 而多發(fā)射另外1枚魚雷, 此種方法消耗成本較大, 且缺乏一定的實(shí)用性。

線導(dǎo)魚雷不存在互導(dǎo)問題[4], 且具有反應(yīng)速度快, 對目標(biāo)運(yùn)動信息依賴性較小, 抗干擾能力強(qiáng), 攻擊效果好[7], 但是信號傳輸頻率低, 信道衰耗大, 易受電磁干擾。由于討論多雷攻擊目標(biāo)潛艇文獻(xiàn)較少, 本文針對多雷情況對潛艇防御進(jìn)行了探討, 并對多雷攻擊目標(biāo)潛艇進(jìn)行了建模; 魚雷組合攻擊方式種類較多, 配合方式是由魚雷的種類、速度、自噪聲、引導(dǎo)方式、目標(biāo)特性等因素決定, 同時根據(jù)目標(biāo)潛艇的防御體系決定。

1 潛艇防御體系

潛艇對其自身有一定的防護(hù)能力, 而防護(hù)能力與預(yù)警相關(guān), 預(yù)警警報發(fā)出越早, 防護(hù)能力會加強(qiáng)?；诖? 本文將潛艇防御分為攻擊防御和探測防御。探測防御是利用一定的技術(shù)消除自身噪聲或者回波, 令敵方潛艇和魚雷無法感知其存在。探測防御可以分為結(jié)構(gòu)防御和技術(shù)防御, 結(jié)構(gòu)防御為潛艇自身降噪結(jié)構(gòu)、消聲涂層、消聲瓦; 技術(shù)防御則為通過減速、關(guān)閉設(shè)備的手段改變潛艇噪聲輻射。

攻擊防御是利用自身武器消除威脅的方法, 可以分為軟防御和硬防御。軟防御是潛艇利用自身攜帶的聲誘餌、反魚雷魚雷、氣幕彈、噪聲干擾器、反魚雷深彈、反魚雷水雷、防雷網(wǎng)對來襲魚雷進(jìn)行攔截, 由于其防御方式具有較大的可操控性, 所以稱之為軟防御, 特點(diǎn)是潛艇防御來襲魚雷時, 魚雷來襲方向防御最強(qiáng), 其他方向會比較低。硬防御則為潛艇自身結(jié)構(gòu)應(yīng)對魚雷攻擊、沖擊波的能力, 由于潛艇結(jié)構(gòu)的原因, 防御能力對各個方向相同, 利用自身抵抗力緩解沖擊, 防御方式具有單一、無法改變的特性, 稱之為硬防御。本文主要針對潛艇軟防御能力進(jìn)行探討。

由于潛艇的軟防御層是由反魚雷武器建立的, 所以它需要一定的反應(yīng)時間, 并被限制于一定的防御范圍內(nèi), 如圖1所示, 其外拓展至一定的范圍, 當(dāng)靠近潛艇一定距離時, 由于魚雷慣性和爆炸產(chǎn)生的沖擊波, 軟防御是無效的, 所以會產(chǎn)生真空地帶, 只有魚雷達(dá)到這個真空地帶時, 意味著命中目標(biāo)。軟防御層是由反魚雷武器組建而成的, 當(dāng)受到魚雷攻擊時, 潛艇首先利用反魚雷武器進(jìn)行攔截, 消滅來襲魚雷, 由于將反魚雷武器攻擊方向?qū)?zhǔn)來襲魚雷方向, 此時該方向防御能力是最強(qiáng)的, 同時其他方向因?yàn)槿鄙俜呆~雷武器防御, 防御能力會減弱, 而反魚雷武器數(shù)量和發(fā)射能力的限制, 潛艇的防御能力是一定的, 隨著反魚雷武器的發(fā)射, 反魚雷武器在裝載完畢之前, 潛艇防御能力是下降的, 即軟防御層的防御能力是降低的。

圖1 潛艇軟防御層圖示

2 軟防御層建模

式中, 表示防御指數(shù), 為分段函數(shù), 圖2為防御指數(shù)率圖示。

3 魚雷攻擊潛艇命中率建模

3.1 單雷攻擊情況

在軟防御恢復(fù)時間內(nèi), 會形成一定的虛空狀態(tài), 如圖3所示, 同時造成整體軟防御層防御指數(shù)下降, 利用式(3)計(jì)算防御指數(shù)。

3.2 雙雷攻擊情況

2枚魚雷的攻擊方式根據(jù)設(shè)定的發(fā)射、尋的、攻擊路線, 可以從不同方向分別攻擊, 或者從同一方向進(jìn)行攻擊, 組合方式有3種(若分別攻擊視為2種, 也可以分為4種), 2枚魚雷從同一方向進(jìn)行攻擊, 可以利用第1枚魚雷制造的短暫軟防御真空, 破壞潛艇的硬防御, 達(dá)到摧毀潛艇的目的; 2枚魚雷從不同方向進(jìn)行攻擊可以減弱潛艇軟防御層的防御能力。雙魚雷攻擊潛艇方式如圖4所示。

圖3 1枚魚雷攻擊潛艇破壞軟防御層圖示

圖4 雙魚雷攻擊效果圖

由于第2種方式采用尾隨前一魚雷, 從同一方向進(jìn)行攻擊, 那么此時潛艇對其防御指數(shù)為

同理可得第3類的命中率

3.3 多雷攻擊情況

則整體命中率為

4 聯(lián)合作戰(zhàn)效能

為了方便數(shù)據(jù)處理與計(jì)算, 采用精確度的方法計(jì)算模糊集, 計(jì)算方法如下

5 仿真試驗(yàn)

本文選取潛艇中5種反魚雷武器, 其參數(shù)如表1所示, 其中各類武器的攔截概率在不同環(huán)境中表現(xiàn)出的性能不一, 用模糊區(qū)間的方式表示;其作用距離是受到自身動力裝置或者潛艇發(fā)射裝置的限制, 在一定范圍內(nèi)才能其作用, 用區(qū)間的形式表示其作用范圍。

表1 軟防御層武器組成及參數(shù)

利用式(3)計(jì)算目標(biāo)潛艇軟防御層防御指數(shù), 計(jì)算得到的結(jié)果為分段函數(shù), 如圖5所示; 單雷攻擊目標(biāo)潛艇, 在軟防御層范圍內(nèi)存活率, 如圖6所示。由于層層防御, 魚雷到達(dá)潛艇1 km范圍內(nèi)的概率小于0.25。

現(xiàn)有2種魚雷對目標(biāo)潛艇實(shí)施攻擊, 命中率分別為0.7, 0.8, 0.9; 由于受到目標(biāo)潛艇防御攻擊, 在各個位置存活概率不同, 所以命中率也不同, 圖7為3種魚雷3種組合方式, 從不同方向進(jìn)行攻擊, 離目標(biāo)潛艇不同距離的命中率圖示, 魚雷數(shù)量越多, 離潛艇越近, 命中率越高。

根據(jù)本文設(shè)計(jì)的方法, 隨著魚雷數(shù)量的增加, 魚雷經(jīng)過軟防御層的存活率也會隨之增加, 利用同種魚雷以相同的命中率進(jìn)行計(jì)算, 魚雷的存活率也會有所提升, 如圖8所示。

圖5 軟防御層的防御指數(shù)

圖6 單魚雷存活率

圖7 3種魚雷分散攻擊的命中率

圖8 魚雷數(shù)量與魚雷生存概率圖

6 結(jié)束語

本文對多魚雷攻擊潛艇目標(biāo)進(jìn)行了建模, 首先對潛艇的防御體系進(jìn)行了分析與劃分, 重點(diǎn)研究了軟防御層的防御能力, 通過防御指數(shù)對軟防御層進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。魚雷的攻擊主要是突破軟防御層, 本文討論了雙魚雷攻擊目標(biāo)潛艇情形, 并得到了相應(yīng)的命中率計(jì)算方法; 從雙魚雷情形引申至多魚雷情形, 并建立命中率計(jì)算模型; 單純的計(jì)算命中率不能較好評判攻擊策略的優(yōu)劣, 本文采用損傷度來描述魚雷攻擊策略的整體作戰(zhàn)效能; 由于對目標(biāo)潛艇存在一定的模糊認(rèn)識, 本文利用模糊集數(shù)據(jù)處理方法, 得到相應(yīng)精確度, 繼而利用前文建立的模型得到損傷度的精確度, 根據(jù)各個方案的損傷度值得到優(yōu)化方案。由于本文采用估計(jì)的方法對目標(biāo)潛艇進(jìn)行建模, 所以得到優(yōu)化方案并非最優(yōu)方案, 同時只是針對一定數(shù)量的魚雷, 所以下一步的工作是從作戰(zhàn)成本的角度出發(fā), 尋求較低作戰(zhàn)成本, 達(dá)到最佳作戰(zhàn)效能的方案。

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Countermeasure Method of Multi-torpedo Against Soft Defense Layer of Submarine

SUN Guo-Zhen, XIE Zhi-Qiang

(91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

Based on the analysis of defense way of submarine weaponry, the soft defense capability of a submarine is discussed in detail, and the soft defense layer composed of anti-torpedo weaponry is analyzed and modeled. Due to a certain ambiguity of target submarine information, a fuzzy set is used to express various parameters of anti-torpedo weaponry, and accurate calculation is performed to get the exact values and a calculation model of damage degree. In the condition of only considering soft defense layer, the methods for computing hit probabilities of single-torpedo, double-torpedo and multi-torpedo are gained, and the effectiveness of combined operation is analyzed. Simulation results show that with the number of torpedo increasing the survival probability of torpedo through the soft defense layer is increased, and the surviving probability also increases for same type of torpedo with same hit probability.

multi-torpedo; submarine soft defense; hit probability; survival probability

TJ63

A

1673-1948(2013)05-0378-06

2013-04-09;

2013-05-04.

孫國振(1985-), 男, 碩士, 研究方向?yàn)樾袨樽R別、導(dǎo)航控制、潛艇作戰(zhàn).

(責(zé)任編輯: 許 妍)