水下爆炸對(duì)抗魚(yú)雷聲納效能分析

裴善報(bào), 劉榮忠, 郭 銳

水下爆炸對(duì)抗魚(yú)雷聲納效能分析

裴善報(bào)1,2, 劉榮忠1, 郭 銳1

(1. 南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 江蘇 南京, 210094; 2. 安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 安徽 馬鞍山, 243000)

水聲對(duì)抗中由于戰(zhàn)術(shù)使用及作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的復(fù)雜性, 使得水下連續(xù)爆炸對(duì)抗魚(yú)雷聲納的效果難以評(píng)估。本文分析了水下連續(xù)爆炸對(duì)抗魚(yú)雷聲納的原理及其對(duì)抗主動(dòng)、被動(dòng)聲納的模型, 針對(duì)有無(wú)水下爆炸干擾的2種情況, 建立了主動(dòng)聲納探測(cè)模型, 并且根據(jù)模型求解了在不同頻率、不同裝藥量下主動(dòng)聲納的探測(cè)距離, 然后以探測(cè)距離平均縮減量及平均縮減率為準(zhǔn)則, 運(yùn)用仿真判斷對(duì)抗效果, 分析了有無(wú)水下爆炸聲干擾時(shí)主動(dòng)聲納探測(cè)距離隨頻率、裝藥量的變化規(guī)律。

魚(yú)雷; 水聲對(duì)抗; 水下連續(xù)爆炸; 主動(dòng)聲納

0 引言

水下連續(xù)爆炸產(chǎn)生的連續(xù)脈沖波是功率高、頻帶寬的聲源, 可作為水聲干擾源, 實(shí)現(xiàn)對(duì)聲自導(dǎo)魚(yú)雷的干擾。水聲對(duì)抗魚(yú)雷聲納, 實(shí)質(zhì)為利用水聲的寬頻帶高功率特性實(shí)現(xiàn)對(duì)魚(yú)雷聲納干擾。聲干擾主動(dòng)聲納就是要提高聲納接收噪聲的水平, 降低其信噪比。對(duì)于聲干擾被動(dòng)聲納而言, 在遠(yuǎn)距離時(shí), 聲干擾可成為強(qiáng)信號(hào)的假目標(biāo); 在近距離時(shí), 則造成聲納接收機(jī)阻塞、飽和, 掩蓋艦船噪聲信號(hào)的接收, 實(shí)現(xiàn)水聲對(duì)抗[1-3]。但由于戰(zhàn)術(shù)使用及作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)復(fù)雜, 水下連續(xù)爆炸對(duì)抗魚(yú)雷聲納的干擾效果如何, 是作戰(zhàn)使用人員較為關(guān)心的問(wèn)題。

本文以探測(cè)距離平均縮減量及探測(cè)距離平均縮減率為準(zhǔn)則, 運(yùn)用仿真判斷水下連續(xù)爆炸對(duì)抗魚(yú)雷聲納的干擾效果, 為水面艦船使用水下連續(xù)爆炸對(duì)抗魚(yú)雷提供參考。

1 被動(dòng)聲納模型

被動(dòng)聲納方程

式中:是目標(biāo)輻射聲源級(jí);是聲納背景噪聲級(jí);是傳播損失;是檢測(cè)閾;是接收指向系數(shù)。

當(dāng)有水下連續(xù)爆炸發(fā)生時(shí), 聲納接收機(jī)接收到的水聲聲源級(jí)高, 大于背景噪聲, 因而背景噪聲用水下連續(xù)爆炸聲源來(lái)代替, 成功實(shí)現(xiàn)干擾[4]。

2 主動(dòng)聲納模型

主動(dòng)聲納方程

根據(jù)式(5)得

2.1 無(wú)水下爆炸聲干擾

當(dāng)無(wú)水下連續(xù)爆炸聲干擾時(shí), 聲納接收機(jī)接收到的干擾噪聲為海洋背景噪聲和魚(yú)雷航行自噪聲的疊加, 此時(shí)干擾噪聲級(jí)為

海洋背景噪聲與信號(hào)頻率、海況等級(jí)相關(guān)[5]

魚(yú)雷航行自噪聲與魚(yú)雷航行深度有關(guān)[6]

傳播損失應(yīng)考慮球面擴(kuò)展和吸收損耗, 其相互關(guān)系為

把式(7)與式(10)代入式(6), 得

通過(guò)式(12), 可求無(wú)水下爆炸聲干擾時(shí)主動(dòng)聲納探測(cè)距離。

2.2 有水下爆炸聲干擾

當(dāng)有水下連續(xù)爆炸聲干擾時(shí), 聲納接收機(jī)接收到的水聲干擾噪聲級(jí)高, 大于魚(yú)雷(聲納)自噪聲級(jí), 此時(shí)干擾噪聲級(jí)

單個(gè)水下爆炸聲是短的瞬態(tài)聲源[8], 聲源級(jí)

通過(guò)式(19), 可求有水下爆炸聲干擾時(shí)主動(dòng)聲納探測(cè)距離。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)對(duì)抗魚(yú)雷作用效果的主要準(zhǔn)則有探測(cè)距離縮減率及干擾抑制區(qū)。本文采用探測(cè)距離平均縮減量和平均縮減率[9]。

探測(cè)距離平均縮減量

探測(cè)距離平均縮減率

4 仿真結(jié)果與分析

4.1 不同水下爆炸裝藥量水聲對(duì)抗效果評(píng)估

表1 不同裝藥量下探測(cè)距離平均縮減量和平均縮減率

圖1 探測(cè)距離隨裝藥量的變化曲線

根據(jù)仿真結(jié)果可以得到如下結(jié)論。1) 有水下連續(xù)爆炸聲干擾時(shí), 魚(yú)雷聲納探測(cè)距離平均縮減量和平均縮減率隨水下連續(xù)爆炸裝藥量的增加而增加, 而且其增加的幅度在減小。2) 從圖1可看出, 無(wú)水下爆炸聲干擾時(shí), 聲納探測(cè)距離不變, 有水下連續(xù)爆炸聲干擾時(shí), 聲納探測(cè)距離隨裝藥量增加而減小, 且小裝藥量水下爆炸能產(chǎn)生很好的水聲干擾效果。

4.2 不同聲納工作頻率水聲對(duì)抗效果評(píng)估

表2 不同頻率下探測(cè)距離平均縮減量和平均縮減率

圖2 探測(cè)距離隨頻率的變化曲線

根據(jù)仿真結(jié)果可得如下結(jié)論。1) 有水下連續(xù)爆炸聲干擾時(shí), 魚(yú)雷聲納探測(cè)距離平均縮減量和平均縮減率隨聲納工作頻率的增加而減小, 而且其減小的幅度在減小。2) 從圖2可看出, 在指定的頻段內(nèi), 不論有無(wú)水下連續(xù)爆炸聲干擾, 魚(yú)雷聲納探測(cè)距離都隨聲納工作頻率增加而減小。

5 結(jié)束語(yǔ)

魚(yú)雷聲納探測(cè)距離和水下連續(xù)爆炸對(duì)抗魚(yú)雷聲納效能均與頻率、海況等級(jí)、魚(yú)雷航行深度和裝藥量等因素密切相關(guān)。水面艦船在使用水下連續(xù)爆炸對(duì)抗聲自導(dǎo)魚(yú)雷時(shí), 可參考上述分析結(jié)論, 盡可能使水下爆炸聲對(duì)抗效果增強(qiáng)、魚(yú)雷聲納的探測(cè)距離降低, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)魚(yú)雷聲納的干擾, 達(dá)到擺脫魚(yú)雷的目的。

[1] 孟慶玉, 張靜遠(yuǎn), 宋保維. 魚(yú)雷作戰(zhàn)效能分析[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2003.

[2] 鄭衛(wèi)東, 李永春, 趙國(guó)安, 等. 噪聲干擾器對(duì)抗聲納使用效果分析與使用方法探[J].聲學(xué)技術(shù), 2002, 21(3): 105-108.Zheng Wei-dong, Li Yong-chun, Zhao Guo-an, et al. The Discussion about the Using of Noise-Jammer in Anti-Sonar[J].Technical Acoustics, 2002, 21(3): 105-108.

[3] 夏志軍, 章新華, 林洪文. 低頻噪聲干擾器對(duì)抗線導(dǎo)魚(yú)雷攻擊的有關(guān)問(wèn)題探討[J]. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 25(1): 46-49.

Xia Zhi-jun, Zhang Xin-hua, Lin Hong-wen. Discussion about the Use of a Low Frequency Noise-Jammer Against a Line-Guided Torpedo[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2004, 25(1): 46-49.

[4] 吳培榮, 高源. 低頻噪聲干擾器效能評(píng)估方法研究[J].艦船科學(xué)技術(shù), 2008, 30(4): 152-154.

Wu Pei-rong, GaoYuan. Research on Evaluation Method of Countermeasure Capability of Low Frequency Noise Jammer[J]. Ship Science and Technology, 2008, 30(4): 152-154.

[5] 夏志軍, 章新華, 許林周. 躍變層特性對(duì)聲納檢測(cè)概率的影響[J]. 聲學(xué)技術(shù), 2011, 30(3): 55-57.Xia Zhi-jun, Zhang Xin-hua, Xu Lin-zhou. The Effects of Thermocline Characteristics on the Detection Probability of Sonar[J]. Technical Acoustics, 2011, 30(3): 55-57.

[6] 王棟, 鄭援, 孫飛龍. 水聲對(duì)抗器材對(duì)抗魚(yú)雷戰(zhàn)斗使用效果評(píng)估[J]. 魚(yú)雷技術(shù), 2009, 17(3): 56-60.Wang Dong, Zheng Yuan, Sun Fei-long. Evaluation of Anti-torpedo Operational Effectiveness with Acoustic Co- untermeasure[J]. Torpedo Technology, 2009, 17(3): 56- 60.

[7] 劉伯勝, 雷家煜. 水聲學(xué)原理[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社,1993.

[8] Urick R J. 水聲原理[M]. 洪申, 譯. 哈爾濱: 哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社, 1990.

[9] 胡言峰, 鄭援, 單廣超. 潛艇噪聲干擾器對(duì)抗主動(dòng)聲自導(dǎo)魚(yú)雷效能仿真分析[J]. 魚(yú)雷技術(shù), 2007, 15(5): 55-57. Hu Yan-feng, Zheng Yuan, Shan Guang-chao. Simulation Analysis of Countermeasure Effect of Noise Jammer in Submarine on Active Acoustic Homing Torpedo[J]. Torpe- do Technology, 2007, 15(5): 55-57.

(責(zé)任編輯: 楊力軍)

Utility Analysis of Underwater Explosion Against Torpedo Sonar

PEI Shan-bao,LIU Rong-zhong, GUO Rui

(1. School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China; 2. School of Mechanical Engineering, Anhui University of Technology, Maanshan 243000, China)

It is difficult to evaluate the effect of underwater continuous explosion countermeasure against torpedo sonar due to the complexity of tactical application and operational situation in acoustic countermeasure. This paper analyzes the principle of underwater continuous explosion countermeasure against torpedo sonar and the countermeasure models of active and passive sonar. Active sonar detection models are established with and without underwater explosion interference, the active sonar detection distances are solved with these models in the conditions of different frequencies and charges. And the average reduction amount and reduction rate of the detection distances are used to judge the countermeasure utility via simulation, and to analyze the variations of active sonar detection distance versus frequency and charge with and without underwater explosion interference.

torpedo; underwater acoustic countermeasure; underwater continuous explosion; active sonar

TJ630.1; TP391.9

A

1673-1948(2014)05-0366-04

2014-07-17;

2014-09-09.

裴善報(bào)(1978-), 男, 在讀博士, 主要研究方向?yàn)樗卤八曅盘?hào)處理.