反潜直升机对潜巡逻搜索仿真分析.pdf

DO1:10.121XAVIONICSTECHNOLOGYVol.54 No.2第54卷第2 期航空电子技术June.220232023年0 6 月反潜直升机对潜巡逻搜索仿真分析刘峰1，陈云阁1，戴苏榕2（1.海军大连舰艇学院，大连116 0 18；2.空军驻上海地区第二军事代表室，上海2 0 0 2 33）摘要本文针对反潜直升机执行巡逻搜索时，如何确定相邻吊放声呐探测范围，通过进行建模计算和仿真分析的手段，得出了声呐重叠范围与直升机吊放声呐探测点数量之间的关系，其结论可以用于确定反潜直升机运用吊放声呐进行对潜巡逻搜索时的探测点。关键词反潜直升机；吊放声呐；对潜搜索；仿真分析中图分类号】E926.38文献标识码 A文章编号10 0 6-141X(2023)02-0053-04The Analysis and Simulation of the Patrolling Searching of the Anti-Submarine Heli-copter Against SubmarineLIU Feng,CHEN Yun-ge,DAI Su-rong2(1.Dalian Naval Academy,Dalian 116018,China;2.The Second Military Representative Bureau Resident in Shanghai Region for The Air Force,Shanghai 200233,China)Abstract:Focus is putting on how to fixing the overlap range of each neighbor dipping sonar range when the heli-copter performing anti-submarine patrolling search.By using the mathematic model and simulation analysis,the rela-tionship is worked out between the overlap range of each neighbor dipping sonar range and the quantity of the dippingpoint.The research results can be used on fixing the dipping point of the anti-submarine patrolling searching of the heli-copter.Keyword:anti-submarine helicopter;dipping sonar;anti-submarine searching;simulation潜艇具有较强的隐蔽性，可以采取水下突破的方式进入重要港口和海区遂行侦察、输送、袭扰或者攻击等行动，具有较大的危险性。为了阻止敌方潜艇进入重要海区，反潜兵力通常会在某一指定海区建立反潜巡逻线或者巡逻区，以兵力交替往复巡逻的方式进行对潜搜索12 6 。但反潜直升机使用吊放声呐对潜搜索时，其搜索过程是不连续的，因此为了完美的探测到潜艇需要相邻的声呐探测范围有一定重叠。反潜直升机执行巡逻搜索时，本文针对如何确定相邻吊放声呐探测范围，通过进行建模计算和仿真分析的手段，得出了声呐重叠范围与直升机吊放声呐探测点数量之间的关系。收稿日期：2 0 2 1-11-2 6引用格式：刘峰，陈云阁，戴苏榕.反潜直升机对潜巡逻搜索仿真分析.航空电子技术,2 0 2 3,54(2)：53-56.5420233年航空电子技术1问题的提出反潜兵力实施对潜巡逻搜索时，其所建立反潜巡逻线的长度，应当满足一种极限条件：当反潜兵力从A1点出发时，潜艇刚好位于A2点准备突破巡逻线，反潜兵力恰好可以发现潜艇；当反潜兵力到达B1点后返回至A1点时，潜艇恰好航行至A3点，反潜兵力又恰好可以发现潜艇，此时巡逻线A1-B1的长度，就是反潜兵力能够控制的巡逻线的极限长度，如图1所示。B2A2A1B1A3B3图1反潜直升机吊放声呐搜索示意图一般情况下，巡逻搜索都是由水面舰艇担负。因为水面舰艇自给力强，可以维持对巡逻线较长时间的搜索，但由于其航速较慢，也存在着搜索效率不高的局限。为了弥补这个局限，我们还可以使用舰载反潜直升机进行对潜搜索。反潜直升机进行对潜探测的主要手段包括吊放声呐和声呐浮标，但由于声呐浮标是一次性使用不可回收装备，所以反潜直升机主要采用的是吊放声呐执行对潜搜索任务。2反潜直升机吊放声呐搜索模型通常，吊放声呐的水平探测范围是以其等效声中心为圆心，以声呐的有效作用距离为半径的圆315。当直升机进行连续吊放声呐搜索时，由于搜索过程是不连续的，就有可能会漏过潜艇，所以相邻两个搜索圆之间必须有一定的重叠，这种搜索方式又被称为“蛙跳搜索”，如图2 所示。?Z2ZQ2图2 反潜直升机吊放声呐搜索示意图相邻吊放声呐搜索圆的重叠范围的大小，应当满足以下条件：当直升机在Z，点结束搜索开始收回吊放声呐时，潜艇位于Q点，直升机刚好不能探测到潜艇。为了防止潜艇穿越吊放声呐探测范围，必须保证在直升机在完成整个巡逻线搜索后返回乙，点，并且吊放声呐已经开始工作时，潜艇不能航行至Q2点。设定：Q点到Q2点距离的一半为L；相邻探测圆重叠宽度的一半为X（如图3所示）；潜艇突破的速度为V;直升机飞行速度为V；直升机收放、吊放声呐、吊放声呐探测用时分别为t、t,和t;直升机吊放声呐一个完整的探测周期：T,=t,+t+t;假设直升机有n个吊放声呐听测点，从图2 和图3中可以看出，当有直升机从Z,Z至Z，后返回，所需的飞行总时间T,为：2(ra-x)(2n-3)T,=V所以有：2LT,+(2n-3)T=V(1)dL图3吊放声呐探测范围重叠示意图从图3中可以得到如下关系：L?+(ra-x)=ra进一步可以得到：L=/2rax-x2(2)将式（2）带入式（1）可以得到：V(2n-3),(2n-3)(ra-x)+TV=L(3)V2Z55刘峰，等：反潜直升机对潜巡逻搜索仿真分析第2 期我们令：V(2n-3).TV9A=(2n-3)ra+V,2ZB=(2n-3)V则式（3）可以表达为：A-Bx=/2rax-x2X2(4)对式（4）进行求解，可以解出：(2AB+2r,)(2.AB+2r,)-4.A*(B+1)X2(B?+1)得到n与x的对应关系，解有两个，其中一个可以看出明显不合理，则可以确定正确的结果。而相邻两个直升机吊放声呐探测点的距离为：Dar=2(ra-x)3模型的仿真计算在仿真计算中我们假设：潜艇突破的速度分别为V=6,8,10kn；直升机飞行速度为V,=55m/s;直升机收放吊放声呐、吊放声呐探测用时分别为 t,=15s,tf=15s,t,=15s。通过计算，可以得到如图4的结果。X10*21.81.60.00000.000000001.4.O.44.4444444.412+0.8A0.6潜艇突破航速10 kn0.4潜艇突破航速8 kn潜艇突破航速6 kn0.204051015202530吊放声纳探测点的数量（个）图4吊放声呐听测点数量与探测范围重叠关系图从图4中我们可以看出，当潜艇突破航速越大，相邻吊放声呐探测范围的重叠宽度就越大。因为潜艇突破航速大，必须增加其突破的距离，才能保证直升机能够返回并发现潜艇。以潜艇突破航速为8节为例，当吊放声呐听测点比较少的时候，相邻两个探测范围的重叠宽度较小，当吊放声呐听测点逐渐增加时，重叠宽度不断增大，而相邻吊放声呐听测点的距离不断减小，如图5所示。在第11个听测点时，重叠宽度就已经达到声呐的探测半径了，此时相邻听测点的距离也接近吊放声呐的探测半径。2￥10 4相邻吊放声纳探测范围的重叠宽度1.8相邻吊放声纳探测点之间的距离1.61.41.240.80.6+公0.40.204051015202530吊放声纳探测点的数量（个）图5吊放声呐听测点数量与相邻探测点距离关系图进一步可以得出吊放声呐探测点数量与直升机可以控制的巡逻线长度之间的关系，巡逻线的长度可以表示为：Lxix=2(n-1)(ra-x)+2ra计算仿真结果如图6 所示。10412斤10（）车86相邻吊放声纳探测范围的重叠宽度直升机能够控制的巡逻线长度相邻吊放声纳探测点之间的距离%$44A44444051015202530吊放声纳探测点的数量（个）图6 吊放声呐听测点数量与直升机控制巡逻线长度关系图从直升机的角度考虑，应当在单程中尽可能的增加探测点，以增加巡逻线的长度。但随着探测点的增加，往返一次所需要的时间就多，潜艇就有可能趁直升机尚未返回时突破巡逻线；为了不让潜艇突破，必须增加吊放声呐探测范围的重叠宽度，但重叠宽度的增加又会导致相邻探测点之间的距离减小，进而减小巡逻线的长度，因此应当会有一个平衡点或者是效能最大的点。从图6 的仿真结果我们可以看出，并不是探测点的数量越多越好。通常来说，探测点增加可以增加巡逻线的长度，但巡逻线长度的增加也会导致直升机往返时间的增加，为了防止潜艇突破，就需要增加相邻吊放声呐探测范围的重叠宽度，也就是浪562023年航空电子技术费了一部分直升机的探测能力，反而又减小了巡逻线的长度，因此出现了一个效能的最大值。经过仿真计算发现，在探测点的数量为12 个时，直升机能够控制的巡逻线最长，约为119km。此时，每个吊放声呐探测点之间的距离约为90 0 0 米。此时，直升机完成对巡逻线一次搜索的时间为：每个探测点的探测时间：Tz=t,+t+t,=15+15+20=50s直升机在相邻探测点的飞行时间为：9000T,=164s55因此，直升机完成12 个吊放声呐探测点探测往返一次所需要的总时间为：T,=2(n-1)Trz+2(n-1)T=22*(50+64)=4708s1h18min如果是水面舰艇以2 0 节的航速完成119km长的巡逻线一次往返，则：1192=6.4h=6h24min201.852需要6 小时2 4分钟，可以看出直升机巡逻搜索相比于水面舰艇的效率之高。4结束语本文针对舰载直升机使用吊放声呐执行反潜巡逻搜索的任务，分析了舰载直升机有效控制巡逻线约束条件，建立吊放声呐探测范围的重叠宽度与探测点数量的数学模型。通过定性分析和建模仿真计算，我们可以看出，使用舰载直升机对潜巡逻搜索的效率是很高的，但舰载直升机使用吊放声呐执行对潜巡逻搜索任务时，吊放声呐点的选取是十分重要的，必须科学确定每一个吊放声呐点的位置。而这个位置的计算则是通过计算相邻吊放声呐探测范围的重叠宽度可以得到，从仿真结果来看，并不是吊放声呐的探测点越多越好，而是有一个最优值，值得我们在实际过程中注意。下一步，对本文涉及的问题可以进一步深入研究。由于吊放声呐听测时间和吊放声呐的探测距离都对计算的结果影响很大，而这两个参数的获取也很大程度上经验数据，需要今后多注意积累，才能结合本文的模型进行精确的仿真计算，这也是今后研究工作的重点。参考文献1张本辉，门金柱，姚克明.舰载直升机反潜作战使用研究综述.电光与控制，2 0 19,0 8(2 6):6 0-6 3.2常波，周晓光，田怀英.舰载直升机吊放声呐区域反潜策略建模J.火力与指挥控制，2 0 17,0 8(42):6 8-7 2.3罗木生，曾家有，侯学隆.反潜直升机吊放声呐水面舰艇编队尾后锯齿形法搜潜J.航空学报，2 0 17,0 1(38)：42-46.4罗木生，姜青山，沈培志.反潜直升机侧翼伴随巡逻搜潜建模与仿真.航空学报，2 0 15,0 5(36):92 1-92 4.5鞠建波，李沛宗，张雨杭.反潜直升机扩展螺线搜潜方法研究与仿真J.舰船电子工程，2 0 2 0,0 2(40)：15-18.6常波，周晓光，田怀英，李莹舰载反潜直升机吊放声呐区域反潜策略建模J.火力与指挥控制，2 0 17,0 8(42):67-71.