直升机反潜中声呐浮标的布阵方法研究

左艳辉

(海装驻南昌地区军事代表室，江西 南昌 330000)

0 引言

由于潜艇及水下蛙人在现代海战中的突出贡献以及对未来战争的深远影响，反潜作战作为潜艇战的反措施，已经受到各国海军的普遍重视[1]，其中航空反潜已经成为现代反潜作战的主力军。航空反潜最主要的手段是反潜直升机，通过搭载吊放声呐和声呐浮标来完成对水下目标的搜潜任务[2]。其中，声呐浮标探测具有搜索效率高，适用于大范围搜潜，隐蔽性好，不影响直升机的机动飞行，在不利海况环境下也能使用等优点。使用声呐浮标探测时，反潜直升机一般先按照某种阵式布设浮标。不同的浮标阵式决定了直升机不同的飞行方式，且对水下目标的定位跟踪结果的好坏有直接的影响，所以研究声呐浮标的布阵方法十分重要[3]。

1 声呐浮标搜潜系统

声呐浮标系统是目前反潜直升机上最常用的搜潜设备之一，主要用于对水下潜艇或蛙人目标的探测和预警。其主要优点是：搜索效率高，适用于大范围搜潜，隐蔽性好，不影响直升机的机动飞行，在不利海况环境下也能使用。声呐浮标是一种水声遥感探测器，均为无线电声呐浮标，通常为一次性的消耗器材。声呐浮标按照工作方式分可分为主动式和被动式声呐浮标，按定向方式则可分为定向式和非定向(全向)式声呐浮标。被动非定向浮标主要用于对水下目标进行监测预警；主动非定向浮标可测得目标距离，多个浮标配合还可获得目标方位[4]；被动定向浮标可以测得目标方位，两枚浮标即可测得目标方位和距离[5]；主动定向浮标用一枚就能测得目标的方位和距离信息。

目前反潜直升机上采用的典型的声呐浮标有美国的AN/SSQ-41系列、AN/SSQ-47系列、AN/SSQ-53系列、AN/SSQ-62系列，英国的SSQ-904系列，加拿大的SSQ-510型和俄罗斯的RGMB型等[6]。

2 声呐浮标布阵方式

声呐浮标通常是在应招搜索时由反潜直升机从离海面数十至数千米高度投放，使浮标悬浮在预报有潜艇出没的海区。在使用声呐浮标对水下目标进行搜潜时，为了能够有效地覆盖所需探测的所有海域，通常投放多枚声呐浮标并组成一定的阵式。常用的浮标阵式有直线阵、三角阵、圆形阵、扇形阵、方形阵等。布阵完毕后，直升机在其所布设的浮标阵上空巡逻飞行，以保证能够监听到所有浮标发送的无线电信号。

2.1 直线阵

直线阵通常由等间距的4～5枚声呐浮标组成，少则可布设3枚，多则可布设8枚。直线阵的布设方向一般与水下目标航向垂直，布阵的原则为尽可能大地覆盖水下目标经过的航道，如图1所示。该浮标阵一般用于携带浮标数目不多，只需概略拦截判断有无目标的情况。布阵时要求目标丢失点到浮标阵之间的距离必须大于布阵延迟造成的目标运动距离，即图1中：

图1 声呐浮标直线阵

OH>Vs(Td+τ)

(1)

其中：Td为反潜直升机应召延迟时间；τ为布设浮标延迟时间；Vs为目标潜艇的最大可能速度。

反潜直升机布设直线阵时，首先从待命空域飞往布阵区域，然后依次布设声呐浮标(H1H2H3H4H5H6)，布设完成后在浮标上空巡逻。巡逻方式可为盘旋或直线往复运动。

2.2 三角阵

三角阵由3枚构成等边三角形的声呐浮标组成，其中1枚布设在水下目标的丢失点上，另外2枚布设在水下目标前进的航道上，如图2所示。

图2 声呐浮标三角阵

该浮标阵适用于发现水下目标的初期，即反潜直升机能够快速前往目标区域进行布阵，延迟时间较短的情况。反潜直升机按照图中H1H2H3依次布设浮标，布设完成后在浮标阵上空盘旋。

2.3 圆形阵

圆形阵的圆心是反潜直升机与目标失去接触的丢失点位置，通常一次连投5、8、10或12枚浮标构成圆形阵。图3给出了8枚声呐浮标组成的圆形阵示意图。

该浮标阵的布设原则为包围圈不留空隙，圆形半径的取值应保证目标潜艇处于包围圈内。其半径的具体取值和所需浮标数量取决于反潜直升机的综合反应时间和目标潜艇的性能及战术规避情况。圆形浮标阵多用于目标潜艇的概略位置已知，而航向未知的情形。反潜直升机按照图中轨迹H1H2H3…依次布设浮标，布阵完成后做盘旋运动。

2.4 扇形阵

若概略知道水下目标的逃离航向，圆形阵便可转化为扇形阵，如图4所示。扇形阵的最主要的参数为布阵扇面角，即图中的角，其值取决于水下目标的可能逃离范围。该浮标阵的布设原则与圆形阵类似，使其拦截扇面弧线不留空隙。反潜直升机按照扇形弧线依次布设浮标，完成后做盘旋运动。

图4 声呐浮标扇形阵

2.5 方形阵

方形阵由数枚按照方形排列的声呐浮标组成，与圆形阵类似，其中心通常为目标的丢失点位置。反潜直升机首先在丢失点布设1枚浮标，然后按照方形轨迹围绕丢失点依次布设声呐浮标，其示意图如图5所示。方形阵的适用范围与圆形阵类似，即水下目标的概略位置已知，但其航向未知。方形阵与圆形阵的差异在于方形阵能够覆盖包括丢失点在内的整个方形范围，而圆形阵会留有一定的空隙。

图5 声呐浮标方形阵

上述几种浮标阵式是最常用的声呐浮标布阵方式。在实战中浮标布阵阵式远远不止于此，不过其他浮标阵式一般均可看作是这几种基本阵式组合而成。

3 仿真及分析

为了验证声呐浮标布阵对目标探测结果的影响和声呐浮标搜潜各阵式的使用模式，本文针对最常用的声呐浮标阵式(直线阵和圆形阵)进行仿真，给出直升机搜潜路径、声呐浮标的工作点和目标运动轨迹的三维仿真图，同时生成声呐浮标在水平面内的覆盖区域图。

3.1 声呐浮标直线阵仿真

设定仿真条件，分别为直升机的参数、声呐浮标参数和目标的参数。

搭载声呐浮标的直升机参数：平均飞行速度80kn，飞行高度100m，搜索最大航时90min，初始位置(-148,0.1,0)km；声呐浮标参数：工作深度-40m，作用距离5km，浮标数量5枚，浮标间距8km；目标参数：丢失点位置(0,-0.2,0)km，最大逃逸速度12kn，逃逸方向-90°～90°。

仿真结果如图6和图7所示，图中蓝色曲线为直升机的搜潜路径及浮标投放位置；绿色圆点表示声呐图标工作位置；红色线段为目标运动轨迹。

图6 声呐浮标直线布阵搜索的三维图

图7 声呐浮标直线布阵X-Z平面覆盖区域图

3.2 声呐浮标圆形阵仿真

搭载声呐浮标的直升机参数：平均飞行速度80kn，飞行高度100m，搜索最大航时90min，初始位置(-148,0.1,0)km；声呐浮标参数：工作深度-40m，作用距离5km，浮标数量12枚，浮标间距8km；目标参数：丢失点位置(0,-0.2,0)km，最大逃逸速度12kn，逃逸方向未知。

仿真结果如图8和图9所示。

图8 声呐浮标圆形布阵搜索的三维图

图9 声呐浮标圆形布阵X-Z平面覆盖区域图

由仿真结果可以看出：当声呐浮标采用直线阵布阵时，覆盖的探测范围为一条直线，导致探测范围十分有限，当目标的运动轨迹完全未知时，无法保证能够准确地探测出目标的距离和方位，所以多用于概略知道目标运动方向时的拦截式搜索；当声呐浮标采用圆形阵布阵时，覆盖的探测范围较广，当目标消失点处于圆阵内部时，能够有效地包围目标消失点并完成搜索，缺点是当目标脱离圆阵后，声呐浮标圆阵的搜索效果会急剧下降。

4 结论

声呐浮标探测系统是直升机反潜的主要手段之一，而声呐浮标的布阵方式直接影响直升机实际的运动轨迹和对水下目标的探测结果的好坏。本文主要分析了声呐浮标布阵的几种最主要的阵式及其主要的应用场景；对实际最常用的声呐浮标直线阵和圆形阵进行了仿真验证及分析，在给出直升机飞行参数以及目标丢失点的位置的情况下，仿真声呐浮标在直线阵和圆形阵情况下对目标逃逸路线的搜索结果，最终得出直线阵适用于预先能估算目标运动方向时的拦截式搜索，圆形阵适用于包围式的目标搜索。