现代智能计算方法或可使潜艇狼群战术再现.docx

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1、现代智能计算方法或可使潜艇狼群战术再现目录摘要11 .潜艇狼群战术在海底作战中的角色11. 1.历史背景21. 1.1.狼群战术：从早期的挣扎，到“辉煌时代”，再到苦涩的落幕22. 1.2.美国的实脸33. 1.3.现代潜艇和狼群战术的退役31.2.运筹学和数据耕耘51.3.研究目标52 .现代潜艇作战还有没有狼群战术？53 .中国将发展群狼战术？74 .结论84.1.分析84.2.建议9摘要由于狼群战术（即潜艇协同战术）要实现狼群间和狼群内的协调合作十分困难，因此现代条令大多放弃了对该战术的使用。然而，近年来科技的进步可能会大大提高潜艇作战中狼群内及狼群间安全通信的可行性。本文采用基于智能体

2、的建模来模拟战时海上潜艇作战。模拟中再现了三类可实现的安全通信：潜艇间无通信、每10个小时进行一次通信以及持续的安全通信。此外，模拟中还展示了三种战时环境：潜艇追击过境商船，潜艇在存在中立船只的环境中追击过境战舰，以及潜艇在有中立船只的环境中追击组成水面行动小组的过境战舰。模拟结果显示，狼群战术成功与否取决于潜艇间的安全通信和在战时环境中对中立船只的态势感知。本文摘自美国海军研究生学校学生论文使用现代计算方法重新审视潜艇狼群战术的背景和结论部分内容，由于模拟过程过于繁琐晦涩，本文暂不做过多阐述。关键词：潜艇协同战术，狼群战术，安全通信，运筹学，数据耕耘1 .潜艇狼群战术在海底作战中的角色潜艇作

3、战是水下战的一个重要组成部分，而有一个潜艇部署战术曾经闻名于世，如今却被各国弃用，那就是狼群战术。该战术由互相协作的潜艇群实施，用于对抗敌人。然而，除少数罕见情况外，少有军队对狼群战术做出实践或改进，原因在于，在海域中协调多艘舰船并非易事。潜艇之间通常不会持续进行通信，如要通信，必须上浮至能够将天线伸出海面的深度，再利用带宽在船体外进行通信，这无疑给潜艇带来了暴露的风险。使用鱼雷同样会带来风险，如未经谨慎协调，鱼雷可能会误伤友军。现代潜艇造价高达几十亿美元，误伤将带来巨大的损失。此外，大多数现代军事潜艇都是无声且隐蔽的，一旦水域管理不善，潜艇就可能与狼群中的其他成员相撞。近来，无人潜航器(UU

4、V)在定位、声学和激光通信等多个技术上的进步提高了潜艇群相互协作的可行性，这将需要我们围绕更具生存能力和杀伤力的水下能力重新思考现代作战条令。目前已有关于这一主题的深入探索，如舰队作战：作战艺术与现代舰队战斗一书就对未来分布式作战的舰队战术进行了谨慎分析，并提出，未来的海军作战图谱中将包含越来越多的自主无人系统，因此，对于不断寻找最优战略的海军思想家而言，使用数据耕耘方法重新审视狼群战术是有价值的。1.1. 历史背景在探索现代战场上对狼群战术的应用之前，必须先了解潜艇战的历史。历史上，潜艇作战的演化大多由科技进步驱动，这些科技进步将潜艇从商路破袭鱼雷艇变成了针对有组织的敌人的潜艇群，而后又将潜

5、艇群变成了现代孤独而神秘的攻击潜艇。战争改变了潜艇，正如潜艇改变了战争。1.1.1. 狼群战术：从早期的挣扎，至辉煌时代再到苦涩的落幕1939年，邓尼茨晋升为德国海军潜艇舰队司令，并晋升为海军少将，获得了测试其狼群战术的机会。狼群包括6艘U型潜艇，首次试验的结果催生出了两种截然不同的看法。U型潜艇实现了部分预期目标，但在进行狼群战术时，有三艘U型潜艇在前往战场的途中因作战行动而被击沉。为打磨出使用U型潜艇进行狼群战术的最佳策略，邓尼茨还需要进行更多尝试。如图1所示，U型潜艇通常会在海中形成一道“屏障”，等待与逼近的护航舰队发生接触。接触发生后，U型潜艇通过加密通信向德国最高指挥部报告并接收指令

6、，而后展开协同攻击。德国潜艇倾向于在夜间浮出水面并进行攻击，这一做法可最大限度保证潜艇指挥官成功击沉目标，也是执行该战术的最后一个关键步骤。“邓尼茨的狼群战术将潜艇联系在一起，然而一旦与敌方发生接触，各U型潜艇艇长将分别独立发起攻击。”历史上，这一战术在二战期间对同盟国军的货运造成了极大的破坏，千万吨同盟国军急需的物资因此沉入深海。(3)BarrierofU-Boatsencounterincomingconvoy(b)Wo1fpack.underexterna1direction.convergesandAttacks图1狼群攻击的两个阶段1.1.2,美国的实验在美国海军上将洛克伍德的领导下

7、，美国潜艇部队内部解决了多个重大机械和战术思维问题，并且，美国于1943年末开始实验狼群战术。美国潜艇群不再称为“狼群”，而是“协同攻击群”。作战条令参考了德国海军的作战方法，并做出了少量修改。修改主要集中在指挥控制方面。美国潜艇不像德国潜艇那样听从岸上指挥部的协调指挥，而是从多个潜艇艇长中选出一位来对潜艇群进行战术控制。此外，学者罗斯科还指出，“协同攻击群”中不同型号的潜艇不会聚在一起进行集体打击，而是会按顺序展开行动，以避免误伤友军。美国最后一次大型“协同攻击群”行动由艇长厄尔海德尔曼指挥。这一次战役在史密斯的狼群：帮助打败日本的美国潜艇战略一书中有详细的描述。九艘潜艇被分为三个“协同攻击

8、群”，向日本对马海峡进发。这三个“协同攻击群”都配备有当时最新的声呐技术，它们成功穿过日本雷场，以牺牲一艘美国潜艇的代价，击沉了27艘日本舰船。总体而言，二战时部署在夏威夷岛的65个“协同攻击群”都取得了很好的作战效果。1.1.3.现代潜艇和狼群战术的退役二战结束后，军费开支减少。士兵怀着激动之情与家人团聚，曾与他们并肩作战的装备也因无战可打而退役。然而，世界并非就此和平，潜艇的使用方式也产生了极大的改变。战败的德国制造出了史上第一艘现代潜艇一一XXI型潜艇，该型号潜艇对大西洋战役产生了重要影响。战后，美国获得了两艘XXI型潜艇以进行研究，而苏联则获得了12艘该型号潜艇，这也为后来苏联开发其第

9、一代“威士忌”级柴油潜艇打下了基础。这一时期的潜艇需要从多个方面进行改进，才能完成从商路破袭鱼雷艇到现代潜艇的改变。这些创新和变化包括：更深的潜水深度、更快的水下行进速度以及在新冷战间谍时代保持隐蔽的能力。学者弗里德曼和克里斯特利在其著作1945年后的美国潜艇：设计历史图解中提供了大量关于潜艇声学技术进步的历史资料，包括探测方法、为保证潜艇静音性能的机械调准等。然而，真正的大转变来自美国海军上将里科弗。1955年，美国“鹦鹉螺”号首开先河，成为世界上第一艘应用核动力的潜艇，而后更是潜入冰层之下，首先完成了穿越北极的任务。潜艇设计将继续朝着独立作战舰艇的方向发展，从航母的护航舰艇变成能够真正实现

10、快速攻击、可执行反潜战、反水面战和ISR的潜艇。图二展示了二战以来潜艇的船体形状变化。图2二战后柴油潜艇从舰队潜艇（最下）逐渐变成了革命性的快速攻击潜艇海洋这一战场已经发生了改变。学者图纳德雷指出，1992至2012年间，全球航运量增长了四倍，大部分集中在印度洋和中国海。对作战人员吞吐量的要求，即潜艇快速摧毁目标并向下一个目标移动的能力与技术的快速发展不谋而合。自主和半自主系统的兴起为探索新战略创造了需求。海上战争正在变成网络战争，要求海军管理平台和来自敌方平台部队应用之间的信息流，潜艇已无法独自在透明的海洋中作战。1.2.运筹学和数据耕耘为研究新技术如何塑造战场，研究和开发流程的决策者和设计

11、者可采用运筹学方法。运筹学最初是在二战爆发前不久为战争的需要而创建的，目的是帮助英国皇家空军利用新发明的雷达来定位敌机。战争爆发后，美国各武装部队都设立了自己的运筹学师。而在潜艇狼群战术方面，美国海军反潜战作战研究小组的首个重要成就就是解决了商船船队的最优规模问题。随着时间的推移，创新数学技术如排队论、搜索理论、蒙特卡洛模拟等将不断发展。本文报告了通过“数据耕耘”得出的结果。“数据耕耘”是在运筹学中广泛使用的计算方法，剑桥大学出版社将该术语定义为“使用计算机创建大量数据的过程，通过查看这些数据可找出关于复杂系统的有用信息”。学者卢卡斯等人认为，模拟方法不但计算成本低廉，且结果准确，是处理复杂系

12、统分析的“首选”方法。数据耕耘的的一个关键优势是灵活。在数据耕耘实验中，如需要引入新的因素或特征，研究人员可在短时间内修改并重新进行实验，以快速获得结果。数据耕耘方法可用于为其他水下战挑战提供解决方案，如无人潜航器的最优数量和部署位置等。本文将利用这一方法来探索潜艇狼群战术在七种场景中的有效性及其如何改变战时环境和潜艇可用的信息。1.3.研究目标在本研究中，数据耕耘被用于研究潜艇狼群作战在围堵预期目标上的有效性。数据耕耘方法的准确性取决于实验的模拟和设计，尽管研究人员已尽量消除可能的误差源，但可能仍旧存在难以监测的误差源（如与贝特朗悖论或检查悖论相关的人为因素等）。这种方法依赖于通过条件逻辑对

13、潜艇行为进行计算，并在少数严格定义的情况下进行模拟。此外，数据耕耘方法还依赖于对某些特征分布的估算，如探测范围、潜艇速度和鱼雷效能等。研究人员使用简单线性回归和神经网络来对仿真输出进行总结，并归纳了在定义场景中使狼群发挥效能的特性。2 .现代潜艇作战还有没有狼群战术？说起潜艇战的最大战果，无疑是二战时德国海军将领邓尼茨发明的潜艇“狼群战”，主要战术是潜艇大编队夜间上浮水面后通过无线电协同作战，在北大西洋上大范围的犁海，一旦遇到任何盟军的军船或者民船，立即展开“狼群式围攻”。在这种战术下，盟军损失的军民船只吨位数以千万吨计，一度让英国的战时经济接近崩溃。那么在当代，这个战术还可以用吗？答案是随着

14、反潜技术的发展，这种潜艇狼群战术在当代已经完全过时，不能再用。因为现代反潜机在几百公里外就可以探测到水面上的任何上浮的潜艇。即使仅仅暴露通气管或潜望镜，也会在夜间被反潜机在几十海里外就探测到。现代潜艇一旦暴露踪迹，就基本失去了战术价值，因此不可能再有水面狼群战。现代化的潜艇作战的最大问题，就是水下信息孤岛至今仍然无解。最近几年，发明了潜艇水下激光通信，但还在实验中，距离实战运用还很远。因此到今天，不论核潜艇还是常规潜艇，水下作战中基本都是“孤狼。那些潜艇水面大集群编队，或者航母战斗群由核潜艇在前方不远处“水上开路”的画面，都是宣传摆拍，而不是真实的作战模式。先进核潜艇的艇首声呐阵，非常庞大，几

15、乎占据整个潜艇首部的空间，这种声呐的核心，是一种类似球形大鼓的声呐换能器，其直径越大，能力越强，海狼级的艇首球形声呐阵的直径，做到了8米以上！但是这种大鼓不到万不得己，是绝对不敢开机的。一旦在战区漫无目的开机，等于主动暴露自己。战备巡航中的潜艇平时不开主动声呐，只通过被动声呐来听外面的海洋水声，靠声呐兵的经验和计算机分析来识别和判断目标。潜艇在漆黑的水下，通过被动声呐，大体分析判断收听到的信号是其他潜艇的声音？还是驱逐舰的声音？还是航母的水声？或者海洋生物发出的噪声。判断敌方水面舰艇或潜艇是否已在己方主动声呐的精确定位距离内。被动声呐虽然可以听到很远处的目标发射的噪声，但只能大体判断目标的方位

16、和性质。要明确对方的距离和深度等精确的信息，仍然要开主动声呐来定位。但是一旦开启了主动声呐，也就暴露了自己。在通常情况下，要发射鱼雷攻击敌方潜艇和敌方水面舰艇，一定要开启本方的主动声呐，做最后的精确定位，给鱼雷装定射击诸元，同时进行最后的敌我识别，防止误击。由于潜艇在水下作战巡航期间，大多数时候只能使用被动声呐这种获取外界信息十分有限的手段，这就是造成了不论是本方多艘潜艇想编队协同作战，还是对附近出现的敌对方潜艇的识别，都十分困难。协同作战必须交换信息，敌我识别要开启主动声呐，询问“口令”，这都会暴露自己，有被对方潜艇先手攻击的可能。因此当代的潜艇，完全放弃了编队作战。苏联人曾经搞过核潜艇编队作战实验，事实证明根本行不通一一本方潜艇之间没法通信，编队航行百十海里就乱了，相互一通信就暴露；甚至还曾经有被美方核潜艇在近海