复合探测技术在反鱼雷鱼雷上的应用与研究

[摘 要]为提高反鱼雷鱼雷探测与跟踪、毁伤来袭鱼雷的能力，本文提出了复合主被动声自导与高频声引信一体化的探测技术的总体方案，通过对该技术在反鱼雷鱼雷上应用的关键技术与解决途径的研究，理论上证明了反鱼雷鱼雷运用该技术可以实现反鱼雷鱼雷对来袭鱼雷全向连续有效的探测与稳定跟踪，并在两雷交汇时准确检测和精确起爆控制，以达到有效毁伤来袭鱼雷的目的。

[关键词]研究 复合探测技术 反鱼雷鱼雷

中图分类号：TJ630 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0369-02

一、概述

鱼雷以其作战隐蔽性强、作战威力大、攻击效能高等特点依然是当今乃至将来水下战场的主要作战武器。随着鱼雷及其相关技术的快速发展，鱼雷智能化水平和水下实际作战能力大幅提高，目前，鱼雷已经成为作战舰艇和水下航行体生存安全的最大威胁之一。因此，反鱼雷鱼雷已成为当前世界各国舰艇为提高自身生存能力和鱼雷防御能力而继续发展的水下武器装备。

现有的反鱼雷的措施可分为软杀伤、硬杀伤和非杀伤三种。本舰、潜艇自身的规避和诱饵声对抗装备等软杀伤及非杀伤手段存在成功概率低，很难保证一次对抗成功的缺点。火箭深弹射是一种硬杀伤反鱼雷武器，但火箭深弹并非精确制导武器，使用时需要和探测设备紧密配合，由于声纳探测设备性能的限制，报警定位精度不高，对来袭鱼雷运动要素的解算存在较大误差，导致需要发射多批次火箭深弹进行多层次拦截，费效比不佳，同时舰艇防御来袭鱼雷反应时间很短，大量使用非制导硬杀伤武器拦截来袭鱼雷不现实。反鱼雷鱼雷是一种最有效的综合性反鱼雷硬杀伤武器。反鱼雷鱼雷可以像常规鱼雷一样装载在舰艇上，能够对高速运动的小目标进行自主捕获、具有良好的机动性能，可主动检测和拦截来袭鱼雷，并可利用其战斗部的水下爆炸毁伤来袭鱼雷，可以更积极主动地对来袭鱼雷进行防御。由于来袭鱼雷尺寸小，运动速度高，目标强度比常规舰艇弟20到30dB，因此，对来袭鱼雷稳定、连续有效检测的反鱼雷自导是反鱼雷成功跟踪并拦截来袭鱼雷的关键技术。本文提出的反鱼雷鱼雷主被动复合声纳自导探测技术是反鱼雷自导实际工程应用的需求，是反鱼雷研制的基础和关键，该研究对于促进现阶段我国反鱼雷武器装备的发展具有十分重要的意义。

二、总体技术方案

反鱼雷鱼雷攻击的目标是来袭鱼雷而不是舰艇，鱼雷本身尺寸小，声反射强度比舰艇低20至30dB，且速度快，机动性高，两雷交汇时间短，因此，反鱼雷鱼雷自导时间及其受限，必须针对反鱼雷的应用条件和实际作战特点，开展反鱼雷探测技术的研究。

反鱼雷鱼雷复合探测技术总体上采用中低频段声自导和近程高频声复合探测自导技术，其中，中低频声自导总体上采用50KHz以下多频段自导体制，而近程高频声检测则采用大于100KHz多个频段全方位检测的复合自导工作体制。具体采用以下复合自导探测技术方案：

1、鱼雷前视声基阵和斜面声基阵进行多声基阵复合感知；

2、声自导和近程高频声检测进行多系统一体化复合探测；

3、常规鱼雷自导频段和超频段进行复合声自导；

4、主动检测、被动监测、侦察诱骗、近程高频检测等多个工作方式进行目标复合检测与处理；

5、实现对来袭鱼雷大扇面检测、多特征综合处理、声自导实时跟踪、近程高频声纳连续检测、精确起爆控制和有效毁伤等反鱼雷功能。反鱼雷鱼雷复合探测声学基阵由前视平面基阵、声引信斜面基阵等不同频段多部声纳基阵组成。雷头前端面基阵由工作频率小于50KHz中低频换能器组成，用于实现两雷不断接近过程中反鱼雷鱼雷对来袭鱼雷的主被动自导、宽频带侦察和干扰诱骗等；斜面声基阵由分别位于雷头周向不同空间位置的多个工作频率大于100KHz高频换器组成的声引信检测声纳阵，用于近程条件下两雷交汇时的目标准确检测和精确起爆控制。

系统结构上主要由声学装置、电子装置、系统软件等部分组成，其中，声学装置包括声学基阵和匹配器，电子装置包括发射机、模拟信号预处理机和数字信号处理机等。系统结构框图如图1所示。

反鱼雷鱼雷复合探测系统通过数据总线接口实现与控制系统的实时数据通讯。通过该数据通讯，设定自导系统各种工作方式，并启动自导系统开始工作，同时，自导系统将目标检测结果和目标参数估计结果实施回报控制系统。控制系统通过数据融合和综合处理，有效提取目标特征，获取目标信息，综合决策，形成反鱼雷鱼雷跟踪拦截的导引指令，提高对来袭鱼雷的检测与拦截概率。信号检测处理系统总体组成如图2所示。

图中，F1频段用于反鱼雷鱼雷主动声自导检测；F2频段用于反鱼雷鱼雷被动声自导和对来袭尾流鱼雷的检测；宽带侦察用于干扰、诱骗及来袭鱼雷辐射噪声检测；近程高频声引信用于实现近程或与来袭鱼雷交汇时精确目标检测、起爆控制和有效毁伤。

三、关键技术及解决途径

1、反鱼雷鱼雷复合探测与战场环境匹配技术

反鱼雷鱼雷作为一种新型鱼雷防御武器，其目标探测和声自导系统一方面需要综合利用主被动复合声纳对来袭鱼雷复合探测，实时获取目标信息，有效提高自导能力，另一方面，必须具有与战场复杂水声环境的适应、匹配和声兼容能力，以及足够的抗诱骗、抗噪声阻塞和干扰能力。因此，反鱼雷鱼雷复合探测技术采用超频段自导新体制，有效避开了常规鱼雷自导频段声信号的相互干扰和影响，实现了实际战场复杂水声环境中自导功能的声兼容。同时，系统具有主动检测、被动辐射噪声检测、侦察方式检测、被动寻的信号检测、对来袭鱼雷寻的信号应答的干扰诱骗及水声对抗等多种工作方式，分别构成独立的自导检测功能单元，避免了不同工作方式之间相互影响，有效保证了反鱼雷鱼雷在复杂战场环境条件下，可以根据作战需求灵活实现多种自导功能。

2、声自导与声引信一体化复合自导技术

反鱼雷鱼雷以迎击态势与来袭鱼雷相对高速运动交汇，需要及早探测目标，进行目标运动要素快速分析，预测目标运动趋势，迅速占领有利位置，并进行复杂交汇点判别，在相对距离达到有效毁伤作用半径时实时起爆。因此，反鱼雷鱼雷通过前视阵和斜面阵多声基阵复合感知、超频段和常规鱼雷自导频段多工作频段复合声自导、大于100KHz多个不同工作频段的近程高频复合声检测、主被动和侦察诱骗等多工作方式复合处理、远程探测系统和近程高频声检测系统等多系统复合探测，有效实现了对来袭鱼雷大扇面检测、多特证综合处理、中远程自导声纳实时导引跟踪、近程高频声纳连续检测等复合自导功能，最终实现对来袭鱼雷有效拦截、精确起爆控制和高效毁伤等反鱼雷功能。

3、声引信抗干扰技术

反鱼雷鱼雷声引信探测的抗干扰技术是影响有效目标检测和参数估计能力的关键，因此，反鱼雷鱼雷复合探测必须提高声引信抗扰能力，重点提高声引信系统在浅水强干扰背景下的抗干扰能力，实现近程两雷交汇时间的精确目标检测和准确起爆控制。通过综合分析各典型鱼雷信号特征，建立反鱼雷鱼雷的典型信号特征的数学模型，分析目标信号特征，研究信号特征提取方法；构建基于DSP的硬件平台，采用现代信号处理算法，研究在频域和时域中强干扰背景下的弱信号检测方法和环境自适应算法，以保证反鱼雷鱼雷引信对近程目标的可靠探测和识别；在换能器阵列设计基础上，建立环境噪声数据库，确定声引信动态检测门限；采用高超声作为引信工作频率，提高对回波信号中多普勒频移的检测精度，精确计算目标运动速度，使引信能够有效区分高速运动目标与环境干扰；选择窄脉冲工作方式，有效减小声引信探测盲区，使反鱼雷鱼雷能在对目标由渐远转入渐近时引爆战斗部，实现精确起爆控制，达到毁伤效果。

4、大扇面目标检测和高数据率目标信息获取技术

反鱼雷鱼雷的作战目标为高速运动的来袭鱼雷，两雷相对位置变化快，目标方位散布大，两雷交汇时间短，反鱼雷鱼雷自导可用的检测时间有限，因此要求反鱼雷鱼雷比常规鱼雷必须具有更大的检测扇面和更高的检测数据率，才能实现对来袭鱼雷可靠探测和稳定跟踪。反鱼雷鱼雷复合探测系统配置了专用近程高频声检测系统，采用近程全向声探测基阵，发射与接收波速，保证轴向探测范围不小于±90°，周向探测范围达到360°确保反鱼雷鱼雷在与来袭鱼雷交汇过程中始终对目标进行连续有效检测，实现对高速机动小目标全向探测，以提高反鱼雷鱼雷拦截概率，增强对来袭鱼雷的毁伤效果。

四、结论

通过对反鱼雷鱼雷主被动复合声纳自导探测技术研究，理论上证明了运用该技术可以实现反鱼雷鱼雷对来袭鱼雷全向连续有效的探测与稳定跟踪，并在两雷交汇时准确检测和精确起爆控制，以达到有效毁伤来袭鱼雷的目的，为提高水面舰艇和潜艇的鱼雷防御能力，提高舰艇海上实际生存能力，有力打击敌目标奠定了坚实的技术基础。当然，该技术还需要在工程实践中进行充分验证。