潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷建模及仿真*

孫永芹 ，李居偉 ，紀(jì)金耀 ，朱曉春

（1.解放軍91206部隊(duì)，山東 青島 266108；2.海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東 青島 266041；3.海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199）

0 引言

現(xiàn)代布雷作戰(zhàn)中［1-4］，潛艇是實(shí)施海上布雷的主要平臺，但它長期在水下活動，且自身探測距離有限，在當(dāng)前目標(biāo)反潛體系較強(qiáng)的情況下，僅靠潛艇兵力難以隱蔽安全完成布雷作戰(zhàn)任務(wù)。偵察兵力可以為潛艇提供布雷作戰(zhàn)所需的戰(zhàn)場信息，從而保障布雷潛艇隱蔽安全到達(dá)布雷海域。因此，為獲得實(shí)時的目標(biāo)威脅，及時準(zhǔn)確地實(shí)施布雷，需要潛艇與偵察兵力協(xié)同作戰(zhàn)［5-8］。本文結(jié)合信息化條件下的現(xiàn)代布雷作戰(zhàn)的特點(diǎn)，針對現(xiàn)有協(xié)同布雷研究的不足，提出一種新的潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷方法。

1 潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷研究概述

目前，潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷作戰(zhàn)，主要是在偵察兵力的保障下，潛艇在目標(biāo)編隊(duì)航向前機(jī)動布雷，其示意圖如下頁圖1所示。圖中△Hd是測定目標(biāo)艦船的航向誤差；D是開始布雷時距目標(biāo)警戒艦艇的距離；L是水雷線長度；Df是布雷結(jié)束時距目標(biāo)警戒艦艇的距離。其中：

式中，Vd是目標(biāo)艦艇速度，Vq是我潛艇布雷速度。

這種布雷方法可以減少與目標(biāo)艦船的直接對抗，既可以達(dá)到襲擊目標(biāo)艦船的目的，又有利于保證潛艇的安全。但是該方法所使用的模型較為粗糙，例如水雷線長度L的計(jì)算模型，簡單認(rèn)為水雷線與目標(biāo)艦艇航向夾角為90°，這與實(shí)際情況不太相符。D與Df的關(guān)系模型也只是在水雷線與目標(biāo)艦艇航向夾角為90°基礎(chǔ)之上的近似模糊，顯然與事實(shí)不符。

2 潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷研究

在布雷作戰(zhàn)的不同階段，布雷潛艇需要偵察兵力協(xié)同作戰(zhàn)。其一，需要偵察兵力在關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn)為其提供目標(biāo)信息，特別是突破布雷階段，需要偵察兵力為其提供目標(biāo)重要基地港口機(jī)動反潛兵力的活動情況，從而完成戰(zhàn)場預(yù)警任務(wù)。其二，在潛艇采用引導(dǎo)布雷方式時，也需要偵察兵力為其提供目標(biāo)艦船活動信息，從而完成戰(zhàn)場引導(dǎo)任務(wù)。所以，潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷需分情況分別進(jìn)行研究。

2.1 偵察兵力為布雷潛艇擔(dān)負(fù)警戒建模

偵察兵力為布雷潛艇擔(dān)負(fù)警戒任務(wù)時，兩者以區(qū)分海域協(xié)同為主，其目的是保障偵察兵力在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)反潛封鎖區(qū)時，能夠及時引導(dǎo)布雷潛艇走出目標(biāo)反潛兵力搜索帶，避免被目標(biāo)反潛兵力過早發(fā)現(xiàn)潛艇。偵察兵力與布雷潛艇的距離要滿足一定條件：偵察兵力發(fā)現(xiàn)目標(biāo)反潛兵力后，對潛指揮機(jī)關(guān)能夠根據(jù)其信息及時將布雷潛艇引導(dǎo)出目標(biāo)反潛兵力搜索帶，其距離計(jì)算如下：

式中：t1是偵察兵力查明目標(biāo)信息至上報(bào)指揮所所用時間；t2是從偵察兵力上報(bào)指揮所至指揮所收到報(bào)告與指揮所向潛艇下達(dá)指示至潛艇收到指示時間之和；t3是指揮所作決策所需時間；Vfq是目標(biāo)反潛水面艦艇航速；f1、f2分別是偵察兵力和布雷潛艇位置最大誤差；△drx是潛艇在展開中，位置允許超前或滯后的距離；dfq是目標(biāo)反潛兵力的探潛器材發(fā)現(xiàn)潛艇的距離。

2.2 偵察兵力為布雷潛艇擔(dān)負(fù)引導(dǎo)建模

隨著我軍潛艇裝備的逐步完善，新型潛艇實(shí)施引導(dǎo)布雷的技術(shù)條件逐漸成熟。在現(xiàn)代布雷作戰(zhàn)中，偵察兵力擔(dān)負(fù)引導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù)，協(xié)同潛艇實(shí)施對目標(biāo)艦艇編隊(duì)航線布雷，其引導(dǎo)布雷行動如圖2所示。圖中，△Hd是偵察兵力引導(dǎo)潛艇布雷時，測定目標(biāo)艦船的航向誤差，一般可取5°；D是開始布雷時距目標(biāo)警戒艦艇的距離；L是水雷線長度；Df是布雷結(jié)束時距目標(biāo)警戒艦艇的距離，此距離應(yīng)保證不被目標(biāo)艦船發(fā)現(xiàn)。

布雷潛艇在接到引導(dǎo)通報(bào)后，首先根據(jù)目標(biāo)艦艇的位置點(diǎn)和運(yùn)動要素，判明機(jī)動布雷的可能性，然后轉(zhuǎn)入接近航向。并在機(jī)動過程中繪算目標(biāo)艦艇的航線和航行誤差寬度，同時進(jìn)行雷線長度、水雷間隔、投雷間隔時間、開始布雷陣位等的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行布雷陣位，然后根據(jù)與目標(biāo)的相對態(tài)勢，適時轉(zhuǎn)入布雷航向。接著根據(jù)布雷計(jì)算結(jié)果，準(zhǔn)確地實(shí)施布雷。布雷結(jié)束后，布雷潛艇迅速離開布雷區(qū)域。該布雷方法概括來說即是：預(yù)先將布雷潛艇隱蔽地配置在目標(biāo)艦艇必經(jīng)航路之側(cè)，在偵察兵力的保障下，引導(dǎo)在目標(biāo)航向前布雷。這種方法是引導(dǎo)截?fù)舴ê驮谀繕?biāo)航向前機(jī)動布雷方法的結(jié)合，是對在目標(biāo)航向前機(jī)動布雷方法的改進(jìn)。這種布雷方法的優(yōu)點(diǎn)是布雷潛艇不必與目標(biāo)建立直接的戰(zhàn)術(shù)接觸，行動隱蔽安全，便于使用多艇布設(shè)多線雷障，給目標(biāo)以沉重打擊。

2.2.1 偵察兵力協(xié)同潛艇引導(dǎo)布雷行動建模

偵察兵力協(xié)同潛艇引導(dǎo)布雷行動時，要求滿足一定條件：海區(qū)條件適宜布雷；潛艇布設(shè)雷線的長度必須能遮攔目標(biāo)艦船航向誤差寬度；水雷間隔應(yīng)不漏過目標(biāo)艦船（可不受最小布雷間隔限制）；布完最后一個水雷時，潛艇與目標(biāo)艦船應(yīng)保持—定距離，不被目標(biāo)艦船發(fā)現(xiàn)；目標(biāo)艦船到達(dá)雷線時，水雷已進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)。所以水雷線計(jì)算如下：

其中，f艦船為分析的敵艦船編隊(duì)通過雷障時位置最大誤差；f偵察為偵察兵力確定的目標(biāo)艦船位置的最大誤差；f潛艇為偵察兵力引導(dǎo)到布雷布設(shè)雷障，潛艇位置最大累計(jì)誤差。

其中，Vd是目標(biāo)艦艇速度；Vq是我潛艇布雷速度。

其中，Vd是目標(biāo)艦艇速度；Vq是我潛艇布雷速度；θ是雷線與目標(biāo)航線的夾角，且

其中，Rp是水雷破壞半徑；B是目標(biāo)或編隊(duì)寬度；Dj是布雷間隔。

2.2.2 偵察兵力協(xié)同潛艇引導(dǎo)布雷模型仿真分析

由圖3和圖4可知，在Vq=3 kn時，隨著D和Vd的變化，Df有最優(yōu)的最小值。但隨著Vq的增大，Vq=8 kn時，例如，（x，y，z）=（D，Vd，Df），則有（130，13，131），（140，14，141），（150，15，151.1），（180，18，181.3）等，即：Vd＞D／10，才有 D＞Df，而在Vd≤D／10時，Df≥D。 Df的數(shù)值大于D時，在實(shí)際的偵察兵力協(xié)同潛艇作戰(zhàn)中，是不符合實(shí)際情況的，也就是Df≥D沒有實(shí)際意義。所以，對目標(biāo)單個艦艇而言，該模型不符合實(shí)際的布雷作戰(zhàn)。

由圖5和圖6可知，Df的數(shù)值都大于D，而Df≥D沒有實(shí)際意義。所以，當(dāng)目標(biāo)是艦艇編隊(duì)時，該模型也不符合實(shí)際的布雷作戰(zhàn)。

假設(shè) f艦船=0.5 n mil，f偵察=1 n mil，f潛艇=1 n mil，△Hd=5°，根據(jù)模型，則 Vq=3 kn、4 kn、6 kn、8 kn 時，D-Vd-Df的三維關(guān)系如圖7～圖10所示。

由圖7～圖10可知，Vd一定的情況下，應(yīng)當(dāng)選擇合適的D，避免布雷結(jié)束時，Df過小。而且Vd和D一定的情況下，潛艇布雷速度越大，布雷結(jié)束時，距目標(biāo)艦越遠(yuǎn)，我艇越安全。

取圖7和圖8中部分?jǐn)?shù)據(jù)分別如下頁表1和表2所示。

假設(shè)目標(biāo)艦船聲納發(fā)現(xiàn)潛艇的距離為40鏈，從表1和2中可以看出，要保證潛艇布雷結(jié)束后不被目標(biāo)艦船發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)艦船速度越大，所需偵察兵力引導(dǎo)的距離越大；潛艇布雷速度越大，越有利于完成引導(dǎo)布雷任務(wù)，也有利于布雷隱蔽。

3 結(jié)論

國內(nèi)對潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷的研究還只停留在初步階段，對其規(guī)律的認(rèn)識不夠深刻，對水雷線計(jì)算模型等諸多影響因素對協(xié)同布雷的影響等都還沒有成形的規(guī)律，更沒有實(shí)戰(zhàn)或演習(xí)數(shù)據(jù)可供參考，所有這些都限制了協(xié)同布雷理論的發(fā)展和研究的深入。本文針對現(xiàn)代布雷作戰(zhàn)中現(xiàn)有協(xié)同布雷方法的不足，提出一種新的潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷方法。盡管該模型缺乏實(shí)踐檢驗(yàn)，但大致符合了聯(lián)合封鎖作戰(zhàn)潛艇與偵察兵力協(xié)同布雷作戰(zhàn)的實(shí)際。

表1 我潛艇布雷速度3 kn時

表2 我潛艇布雷速度4 kn時

［1］HAMILTON M D.Blockade:why this 19th century nelsonian tool remains operationally relevant today［R］.AD Report of USA，2007.

［2］BARNETT R W.Technology and naval blockade:past impact and future prospects［R］.AD Report of USA ，2005.

［3］RYAN J M.Some practical advice for a joint force commander contemplating the use of blockage，visit and search，maritime interception operations，maritime exclusion zones，cordon sanitaire，and maritime warning zones during times of international armed conflict［R］.AD Report of USA，2000.

［4］朱振光，李成剛.淺析馬島戰(zhàn)爭中英軍聯(lián)合海上封鎖作戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)［J］.軍事歷史，2013（1）：39-42.

［5］李通旭.掩埋水雷目標(biāo)探測技術(shù)研究［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)，2015.

［6］魏勇，衡輝，李祥珂.潛射水雷水下雷位散布特性建模與仿真［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2013，30（5）:19-22，45.

［7］徐曉明，顏冰，劉群杰.基于ADC模型的無人布雷系統(tǒng)布雷階段效能評估［J］.水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù)，2016，24（1）:32-38.

［8］吳金平，王海京，陸銘華.基于HLA的潛艇作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)［J］.火力與指揮控制，2006，31（12）:63-67.