炸彈水中爆炸在反潛探測中的運(yùn)用探討

伍鵬宇，王鄭力，周浩然

(1.海裝重慶局，成都 610110； 2. 92956部隊，大連 116041)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

炸彈水中爆炸在反潛探測中的運(yùn)用探討

伍鵬宇1，王鄭力1，周浩然2

(1.海裝重慶局，成都 610110； 2. 92956部隊，大連 116041)

提出了炸彈水中爆炸用于反潛探測的這種探測方式，利用炸彈爆炸聲脈沖強(qiáng)聲源級、寬頻帶的特點(diǎn)，避免了聲吶被動工作方式很難探測到安靜型潛艇的缺陷，也彌補(bǔ)了聲吶主動工作方式的不足。炸彈水中爆炸用于反潛探測的這種探測方式不僅能探測到安靜型潛艇，還能提高聲吶平臺的隱蔽性，提高聲吶的作用距離，戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用優(yōu)勢明顯，能幫助海軍形成有別于傳統(tǒng)平臺中心作戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)中心近海反潛戰(zhàn)系統(tǒng)。

炸彈；爆炸；反潛；探測

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,潛艇的戰(zhàn)技性能不斷提高,威脅越來越大，使命任務(wù)得到了進(jìn)一步擴(kuò)展。美國利用“俄亥俄”級彈道導(dǎo)彈核潛艇改裝[1]的巡航導(dǎo)彈核潛艇可攜帶154枚“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈,能對1 000多千米遠(yuǎn)的目標(biāo)進(jìn)行精確打擊，極大地提高了潛艇對目標(biāo)的攻擊能力?，F(xiàn)代潛艇具有突擊性強(qiáng)、威力大、隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)。

為提高潛艇的隱蔽性，降振減噪技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)代潛艇趨向安靜化發(fā)展。美國海狼級潛艇噪聲聲源級已達(dá)到90～100 dB，低于海洋環(huán)境噪聲。聲吶被動工作方式很難探測到海狼級這種安靜型潛艇。主動聲吶是探測安靜型潛艇最有效的一種手段，但隱蔽性差是主動聲吶系統(tǒng)的一個致命缺點(diǎn)。因此當(dāng)今海戰(zhàn)反潛任務(wù)中，如何既能實(shí)現(xiàn)提高聲吶的對潛發(fā)現(xiàn)概率，又能提高聲吶的隱蔽性就顯得十分重要。

1 探測方式

1.1 探測方式的提出

炸彈水中爆炸用于反潛探測是：遠(yuǎn)處炸彈爆炸作為遠(yuǎn)距離水聲信號，水聲信號從潛艇反射回波信號，我方聲吶進(jìn)行對回波信號分析處理進(jìn)而獲得潛艇運(yùn)動參數(shù)。

1.2 探測方式的基本優(yōu)勢

1) 強(qiáng)聲源級。水的可壓縮性小,彈藥在水中爆炸能形成很強(qiáng)的沖擊波。資料表明：炸藥爆炸時，大約有40 %的能量轉(zhuǎn)化為聲能，聲效率很高；數(shù)克炸藥在水中爆炸就可以產(chǎn)生很高的聲壓級，是一種大功率的脈沖聲源，能夠幫助主動聲吶探測到特別遠(yuǎn)距離的目標(biāo)。50 g的裝藥爆炸即可獲得240 dB以上的聲壓級[8]，大于美國海軍阿利伯克級驅(qū)逐艦最先進(jìn)艦殼AN/SQS-53C聲納235 dB的聲源級，遠(yuǎn)大于其AN/SQS-56聲納223 dB的聲源級。

2) 寬頻帶。潛艇消聲瓦對一些特定頻段信號消聲效果明顯，且高頻聲信號在傳播過程中的衰減較低頻信號大。資料表明,水中爆炸聲的頻率成分極為豐富,從幾十Hz直到50 kHz以上,覆蓋了水聲設(shè)備所有的工作頻率[8]，而且不僅有潛艇消聲不明顯的頻段，還有傳播衰減小的低頻；其幾十Hz的頻率遠(yuǎn)小于美國海軍阿利伯克級驅(qū)逐艦AN/SQS-53C聲納1～5 kHz頻帶的發(fā)射脈沖。

1.3 探測方式的基本原理

主動聲吶是聲吶主動發(fā)射水聲信號并從水中目標(biāo)反射回波中獲取目標(biāo)參數(shù)。主動聲吶探測信息流程如圖1所示，信息源由數(shù)字信號通過發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)變成主動聲吶探測聲脈沖的模擬信號，探測聲脈沖再通過聲吶發(fā)射陣發(fā)射出去，發(fā)出的聲脈沖遇到目標(biāo)后反射，反射目標(biāo)回波被接收陣接收，最后對目標(biāo)回波進(jìn)行信號處理，判決等，最終顯示目標(biāo)信息。

主動聲吶探測信息流程：

圖1 主動聲吶探測信息流程

主動聲吶方程：

(SL-2*TL+TS)-(NL-DI)=DT

(1)

聲源級SL；傳播損失TL；目標(biāo)強(qiáng)度TS；NL噪聲級；指向性指數(shù)DI；檢測閥DT。

炸彈爆炸作用于反潛探測的信息流程如圖2所示，同主動聲吶探測有許多相似的地方。僅是炸彈爆炸在水中爆炸的聲脈沖，作為探測目標(biāo)的聲脈沖。之后同主動聲吶探測信息流程一樣，聲脈沖遇到目標(biāo)后反射，反射目標(biāo)回波被接收陣接收，最后對目標(biāo)回波進(jìn)行信號處理，判決等，最終顯示目標(biāo)信息。

炸彈爆炸探測信息流程：

圖2 炸彈爆炸用于反潛探測信息流程

炸彈爆炸探測聲吶方程：

(SL-TL+TS)-(NL-DI)=DT

(2)

SL主

同樣的聲吶換能接收陣TL主

通過探測，能已知我方聲吶探測位置、火箭彈爆炸爆炸時刻、爆炸位置、爆炸聲信號、爆炸聲信號時刻、火箭彈爆炸的回波信號、回波方位、回波時刻。能有多種方法得出目標(biāo)的位置。

方法1：

t回波時刻-t爆炸時刻=t回波傳播時間

(3)

t回波傳播時間*v聲速=L1

(4)

以火箭彈爆炸位置和我方聲吶探測位置為焦點(diǎn)，L1為定長作一個橢球。回波方位與橢球的交點(diǎn)即為目標(biāo)位置。

方法2：

t回波時刻-t爆炸聲信號時刻=t

(5)

t*v聲速=L2

(6)

以火箭彈爆炸位置和我方聲吶探測位置為雙曲面焦點(diǎn)，L2為定長作兩條雙曲面?；夭ǚ轿慌c雙曲面的交點(diǎn)即為目標(biāo)位置。

2 探測方式運(yùn)用優(yōu)勢

2.1 探測方式同聲吶浮標(biāo)、岸基聲吶配合優(yōu)勢

現(xiàn)代新型的安靜型潛艇的噪聲級已降到海洋環(huán)境噪聲級的水平，從而使常規(guī)的被動聲探測很難發(fā)現(xiàn)隱身潛艇目標(biāo)，同時新型潛艇采用敷設(shè)消聲瓦等隱身手段對抗回音探測也取得了顯著的成效。常規(guī)的中高頻主動聲吶已很難探測到聲隱身潛艇的回波。目前，小體積的主動發(fā)聲聲吶浮標(biāo)無論從能量，以及波束形成，都不能實(shí)現(xiàn)發(fā)出低頻聲脈沖；而較大體積的主動聲吶浮標(biāo)成本高，易被發(fā)現(xiàn)和破壞[14]。

然而在同聲吶浮標(biāo)、岸基聲吶戰(zhàn)術(shù)配合使用時，飛機(jī)、艦炮、岸炮可投放炸彈，炸彈爆炸轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的發(fā)出聲脈沖，遇到探測目標(biāo)反射回到被動工作方式的聲吶浮標(biāo)或岸基聲吶，再分析處理回波信號，得出目標(biāo)數(shù)據(jù)。

炸彈爆炸作為發(fā)出聲脈沖，具有寬頻帶、強(qiáng)聲源級的特性，既彌補(bǔ)了被動工作方式的聲吶浮標(biāo)或岸基聲吶很難發(fā)現(xiàn)隱身潛艇的能力，仍能保留被動工作方式的聲吶浮標(biāo)和岸基聲吶的隱蔽性；而又相對較大體積的聲吶浮標(biāo)，成本低，又能靈活機(jī)動布放使用。

2.2 探測方式同水面艦艇配合優(yōu)勢

火箭彈爆炸產(chǎn)生的聲脈沖相比艦艇主動聲吶通過電能轉(zhuǎn)換的聲脈沖，能量級要大得多，頻譜更寬，頻率更低，傳播距離更遠(yuǎn)。優(yōu)勢一艦艇不用主動發(fā)射聲脈沖，增加了艦艇對潛的隱蔽性；優(yōu)勢二能增加艦艇有效反潛探測距離；在執(zhí)行海軍編隊區(qū)域搜潛任務(wù)中，輔助艦船發(fā)射火箭彈或飛機(jī)投放火箭彈，主戰(zhàn)艦艇遠(yuǎn)處運(yùn)用聲吶搜索爆炸回聲信號等多種方式，優(yōu)勢三可提高編隊區(qū)域性反潛能力，能避免主動聲吶容易產(chǎn)生的同頻干擾，減小了艦艇之間的探測盲區(qū)。區(qū)域反潛中，反潛探測距離增加，艦艇所需反潛探測航行里程減少，優(yōu)勢四能減少艦艇航行里程，降低成本。

2.3 探測方式戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用配合優(yōu)勢

運(yùn)用彈藥爆炸聲反潛探測技術(shù)，能使艦艇、潛艇一次反潛或反艦攻擊未擊中目標(biāo)，為艦艇、潛艇下次攻擊提供輔助修正決策。

彈藥爆炸遇到目標(biāo)所產(chǎn)生的回波信號，均可被各種平臺聲吶探測到；探測信息可進(jìn)行數(shù)據(jù)共享；最終可由近距離攻擊平臺攻擊使用。運(yùn)用這種探測方式，能更新水下探測及作戰(zhàn)方式，幫助我國海軍形成有別于傳統(tǒng)平臺中心作戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)中心近海反潛戰(zhàn)系統(tǒng)。

3 探測方式可行案例及有待突破的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 探測方式的可行案例

20世紀(jì)50年代隨著潛艇實(shí)現(xiàn)靜音，被動聲吶面臨嚴(yán)重威脅。美國海軍開啟了“朱莉”計劃，投放深水炸彈使其聲音能夠反射到潛艇，聲吶浮標(biāo)接收回波信號進(jìn)行分析。結(jié)果除在2 438.4 m以上的深海海域外，海底回音能夠掩蓋潛艇產(chǎn)生的回聲。

20世紀(jì)80年代，研發(fā)了一種利用復(fù)雜爆炸陣列產(chǎn)生波束，解決了海底回波信號問題。

20世紀(jì)90年代隨著計算機(jī)的飛速發(fā)展，區(qū)分潛艇回波和海底反射波的問題得到解決，“朱莉”系統(tǒng)能夠不暴露反潛艦艇位置，探測到潛艇位置，并可以決定隨時對潛艇發(fā)動攻擊。

美國發(fā)起了“遠(yuǎn)方雷鳴”項目，幾個陣列可接收到爆炸所發(fā)出的信號，同時中央處理器詳細(xì)比較每個陣列的壓力軌跡，綜合各軌跡推演出詳細(xì)海底地形圖，包括在海底活動的所有潛艇?！斑h(yuǎn)方雷鳴”已裝備在朝鮮海域外活動(水域較淺)的美國驅(qū)逐艦上，是美國SQQ-89水下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)最新版本的一部分，使美國海軍形成了有別于傳統(tǒng)平臺中心作戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)中心近海反潛戰(zhàn)系統(tǒng)[16]。

3.2 有待突破的關(guān)鍵技術(shù)

目前，我國炸彈水中爆炸用于水聲反潛探測的探測方式還處于空白狀態(tài)[27]。我國要利用這種探測方式提高海軍的反潛能力，仍有不少技術(shù)困難有待突破。

1) 目標(biāo)回波與海底回波信號區(qū)別分析處理技術(shù)。區(qū)別目標(biāo)回波與海底回波，能正確使用目標(biāo)回波信號得出目標(biāo)位置，進(jìn)而利用海底回波信號能對目標(biāo)位置更準(zhǔn)確分析。2) 目標(biāo)回波信號分析處理技術(shù)。如何利用炸彈產(chǎn)生的目標(biāo)回波信號得出目標(biāo)相關(guān)要素，便于實(shí)現(xiàn)探測炸彈相關(guān)指標(biāo)的研究。例如能已知炸彈爆炸的準(zhǔn)確時刻、位置，提高分析處理目標(biāo)數(shù)據(jù)的精度。

炸彈水中爆炸用于水聲反潛探測的這種探測方式同聲吶主動探測工作方式有許多相似的地方，解決目標(biāo)回波與海底回波信號區(qū)別分析的問題可參考主動聲吶解決海底混響的辦法[28]。

4 結(jié)束語

炸彈水中爆炸用于反潛探測的這種探測方式，不僅能探測到安靜型潛艇，也能提高其隱蔽性，同時還能提高聲吶作用距離。這種探測方式的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用優(yōu)勢明顯，可幫助提高我國海軍的反潛能力，形成有別于傳統(tǒng)平臺中心作戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)中心近海反潛戰(zhàn)系統(tǒng)。但運(yùn)用這種探測方式，我國仍有不少技術(shù)困難需要攻克。

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(責(zé)任編輯周江川)

Discussion About Bomb Explosion in the Use of Water in the Anti-Submarine Detection

WU Peng-yu1, WANG Zheng-li1, ZHOU Hao-ran2

(1.Equipment Department of Navy in Chongqing, Chengdu 610110, China;2.The No.92956thTroop of PLA, Dalian 116041, China)

We proposed an new approach which was the bomb explosion in the use of water in the anti-submarine detection. By the advantage of its strong source level and broadband, this approach avoided the difficulty of the passive sonar work to detect quiet submarines, but also made up for the lack of active sonar work. This approach could not only detect quiet submarines, improve sonar platform hidden, and enhance the role of sonar distance, but also had the tactical use of the obvious advantages, could help the Navy form the network centric antisubmarine warfare systems, which was different from the traditional systems.

bomb; explosion; anti-submarine; detection

2016-08-15；

2016-09-17

伍鵬宇(1988—)，男，助理工程師，主要從事電子、武器系統(tǒng)研究。

10.11809/scbgxb2017.01.013

伍鵬宇，王鄭力，周浩然.炸彈水中爆炸在反潛探測中的運(yùn)用探討[J].兵器裝備工程學(xué)報，2017(1):51-54.

format:WU Peng-yu, WANG Zheng-li, ZHOU Hao-ran.Discussion About Bomb Explosion in the Use of Water in the Anti-Submarine Detection[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):51-54.

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