主動(dòng)攻擊水雷電磁非觸發(fā)引信探討

（1.海軍駐昆明地區(qū)軍事代表辦事處昆明650051）（2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所宜昌443003）

主動(dòng)攻擊水雷電磁非觸發(fā)引信探討

孫現(xiàn)有1鄧秀華2

（1.海軍駐昆明地區(qū)軍事代表辦事處昆明650051）（2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所宜昌443003）

電磁非觸發(fā)引信可安裝于主動(dòng)攻擊水雷戰(zhàn)斗部作為近炸引信，論文探討了主動(dòng)電磁非觸發(fā)引信的基本組成和工作原理，分析了水雷戰(zhàn)斗部在目標(biāo)艦附近通過(guò)時(shí)，其電磁輻射場(chǎng)發(fā)生的變化，這種變化可用來(lái)檢測(cè)艦船的存在并控制戰(zhàn)斗部起爆。

水雷；艦船；電磁引信；通過(guò)特性

Class NumberTJ65.1

1 引言

主動(dòng)攻擊水雷全周期對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，并估計(jì)目標(biāo)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，釋放戰(zhàn)斗部導(dǎo)向目標(biāo)，為對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確打擊，擊中目標(biāo)的要害部位［1］，可在戰(zhàn)斗部安裝電磁非觸發(fā)引信來(lái)控制戰(zhàn)斗部的起爆時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)精確打擊的目的［2］。本文探討了一種可用于主動(dòng)攻擊水雷的主動(dòng)電磁非觸發(fā)引信。

2 主動(dòng)電磁非觸發(fā)引信的基本組成

主動(dòng)電磁非觸發(fā)引信從功能上可分為：電磁場(chǎng)發(fā)射、電磁場(chǎng)接收、信號(hào)處理，見(jiàn)圖1，大致可分為以下模塊［3］：

1）電源系統(tǒng)：主要用于為電磁信號(hào)發(fā)射器提供一定頻率、一定功率的發(fā)射電流，并為電磁信號(hào)接收器提供直流電源電壓和引信工作頻率的本地參考電壓，可放置于水雷戰(zhàn)斗部后艙內(nèi)；

2）電磁信號(hào)發(fā)射器：主要將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)信號(hào)，可安裝于水雷戰(zhàn)斗部后艙殼體的外表面上；

3）電磁信號(hào)接收器：主要將接收到的交變磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，置于水雷戰(zhàn)斗部雷頭；

4）電磁信號(hào)前置處理器：主要將接收到的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理，通常置于雷頭；

5）數(shù)字信號(hào)處理器：對(duì)放大后的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理并識(shí)別，并控制水雷戰(zhàn)斗部起爆。

水雷戰(zhàn)斗部航行期間，電源系統(tǒng)向電磁信號(hào)發(fā)射器提供一定頻率、幅度的交變電流，通過(guò)安裝在水雷戰(zhàn)斗部后段上的電磁信號(hào)發(fā)射器產(chǎn)生沿水雷戰(zhàn)斗部縱軸對(duì)稱空間分布的交變磁場(chǎng)，其磁力線分布如圖2所示［4］。

安裝在水雷戰(zhàn)斗部雷頭中的電磁信號(hào)接收器，其放置方式應(yīng)使其對(duì)水雷戰(zhàn)斗部發(fā)射場(chǎng)的直接磁耦合最小或理論上不存在磁耦合。電磁信號(hào)接收器的直接磁耦合感應(yīng)電勢(shì)，經(jīng)引信接收機(jī)放大后的交流輸出值，通常稱為失平衡感應(yīng)值。在正常情況下，這一失平衡輸出值，可通過(guò)調(diào)整接收器的位置使其減小到允許范圍內(nèi)，這一人工調(diào)節(jié)過(guò)程稱為失平衡調(diào)節(jié)［5］。即：在沒(méi)有目標(biāo)存在時(shí)，引信接收機(jī)沒(méi)有信號(hào)輸出，僅存在接收機(jī)系統(tǒng)的自噪聲、環(huán)境干擾噪聲，以及減小到一定數(shù)值之下的失平衡干擾噪聲。這些噪聲綜合構(gòu)成了引信接收機(jī)輸出的噪聲背景，而引信設(shè)計(jì)時(shí)要求系統(tǒng)在這一背景噪聲作用下是穩(wěn)定的、安全的。

當(dāng)水雷戰(zhàn)斗部在目標(biāo)艦附近通過(guò)時(shí)，鐵磁艦船的存在破壞了水雷戰(zhàn)斗部周圍海水媒質(zhì)的均勻性，使水雷戰(zhàn)斗部輻射場(chǎng)發(fā)生了畸變，如圖3所示。亦即破壞了輻射場(chǎng)沿水雷戰(zhàn)斗部縱軸的對(duì)稱空間分布，從而使接收天線感受到這一新的不平衡信號(hào)，通常稱為有效信號(hào)。從本質(zhì)上說(shuō)，這一有效信號(hào)是艦船殼體在水雷戰(zhàn)斗部輻射場(chǎng)的激勵(lì)下，產(chǎn)生二次磁場(chǎng)（主要是渦流二次磁場(chǎng)），即目標(biāo)艦反射場(chǎng)。引信接收器所接收的即是這一反射場(chǎng)與原輻射場(chǎng)相疊加的結(jié)果［6］。

這一有效信號(hào)，經(jīng)引信接收機(jī)放大、處理與識(shí)別后，在滿足引信動(dòng)作要求的條件時(shí)，啟動(dòng)電爆管動(dòng)作。在水中，當(dāng)水雷戰(zhàn)斗部接近水面時(shí)，由水面引起的反射強(qiáng)度有可能達(dá)到引信的動(dòng)作值，但從反射信號(hào)的相位來(lái)說(shuō)，目標(biāo)艦與水面兩者有很大區(qū)別，在水雷戰(zhàn)斗部引信技術(shù)中通常采用相位識(shí)別法，將水面反射與目標(biāo)艦的反射區(qū)分開(kāi)來(lái)。

3 艦船的電磁特性分析

當(dāng)水雷戰(zhàn)斗部在目標(biāo)艦船附近通過(guò)時(shí)，電磁信號(hào)接收器所接收到的磁場(chǎng)信號(hào)，是由目標(biāo)艦的反射所引起的，且信號(hào)幅度是隨水雷戰(zhàn)斗部與目標(biāo)艦的距離而變化的。由于目標(biāo)艦殼體表面形狀的復(fù)雜性，用純數(shù)學(xué)解析的方法來(lái)計(jì)算目標(biāo)艦的反射磁場(chǎng)強(qiáng)度是困難的，通常采用由理論關(guān)系式與實(shí)驗(yàn)測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析所得的經(jīng)驗(yàn)式相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行分析。

在分析艦船的電磁特性時(shí)，可將水雷戰(zhàn)斗部理想化為磁偶極子，將目標(biāo)艦理想化為一無(wú)限大鐵磁界面進(jìn)行，然后再進(jìn)行一定的修正。根據(jù)電磁學(xué)理論中由任意反射磁場(chǎng)計(jì)算的理論公式，可得出磁偶極子接收到的磁場(chǎng)強(qiáng)度的徑向分量為［7］

式中

Kzr表示鐵磁界面反射系數(shù)；δm表示鐵磁界面反射超前理想鏡面反射相移。

對(duì)式徑向分量進(jìn)行修正，即可得水雷戰(zhàn)斗部通過(guò)目標(biāo)艦附近時(shí)接收到的磁場(chǎng)強(qiáng)度為

式中，Kk(l)通常稱為歸一化艦船反射場(chǎng)的通過(guò)特性。

3.1 進(jìn)入特性分析

當(dāng)水雷戰(zhàn)斗部進(jìn)入兩個(gè)正交半無(wú)限界面下方時(shí)，接收磁場(chǎng)信號(hào)的包絡(luò)是逐漸增加的。

式中

3.2 穿出特性分析

當(dāng)水雷戰(zhàn)斗部由兩個(gè)正交半無(wú)限界面下方穿出時(shí)，接收磁場(chǎng)信號(hào)的包絡(luò)將由該深度上的無(wú)限界面反射值Hz0逐漸減小。其中l(wèi)″為接收器距垂直面在水雷戰(zhàn)斗部航行深度上投影O″之間的水平距離。顯然，當(dāng)水雷戰(zhàn)斗部航行由＋l″→—l″時(shí)，磁接收值的減小量為。同樣，用仿真試驗(yàn)的方法可得到歸一化的穿出特性經(jīng)驗(yàn)公式為

式中

3.3 通過(guò)特性分析

通過(guò)特性是指水雷戰(zhàn)斗部在目標(biāo)艦附近通過(guò)時(shí)，接收器中的磁接收值隨距離變化的特性。假設(shè)目標(biāo)艦的橫截面（肋骨截面）為一矩形，當(dāng)水雷戰(zhàn)斗部正橫過(guò)靶時(shí)，其通過(guò)特性可由進(jìn)入特性和穿出特性的分析得出，如圖4所示。磁接收值的通過(guò)特性為

因此，歸一化的通過(guò)特性為

即

其中，l為接收器距艦船龍骨在航深上投影O的距離，Bk為目標(biāo)艦的等效寬度。

4 結(jié)語(yǔ)

理論上來(lái)說(shuō)，在通過(guò)特性曲線上選取門限值，就可以控制戰(zhàn)斗部爆炸時(shí)刻，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。

根據(jù)主動(dòng)電磁引信的工作原理，引信接收器上接收的感應(yīng)信號(hào)，主要取決于目標(biāo)反射磁場(chǎng)強(qiáng)度的垂直分量。這一垂直分量是距離的函數(shù)，通常與水雷戰(zhàn)斗部的航行速度、艦船外形尺寸、水的密度及鹽度、接收器安裝處殼體的材料等因素有關(guān)［9］。

要準(zhǔn)確地控制戰(zhàn)斗部爆炸時(shí)刻，牽涉因素很多，如目標(biāo)幾何特性、通過(guò)特性、等效寬度、艦底形狀系數(shù)的選??；引信系統(tǒng)輻射磁場(chǎng)分布的均勻性各不相同；艦船材料不同，反射系數(shù)也不同；不同的海區(qū)，海水導(dǎo)電系數(shù)不同，故傳播衰減也不一樣；戰(zhàn)斗部通過(guò)目標(biāo)不同部位（艏、舯、艉）、通過(guò)角度θ也相差很大等［10］；因此，針對(duì)所設(shè)計(jì)的主動(dòng)電磁引信和待打擊目標(biāo)進(jìn)行仿真和相關(guān)試驗(yàn)，取得一定的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，才能不斷優(yōu)化并最終設(shè)計(jì)出實(shí)用的主動(dòng)攻擊水雷電磁非觸發(fā)引信。

［1］佘湖清.水雷總體技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009：5-8.

［2］蔡鯤.水雷引信技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012：1-17

［3］金惕若.空間磁場(chǎng)的測(cè)量［J］.測(cè)控技術(shù)，2000，19（11）：15-17.

［4］第705研究所.電磁非觸發(fā)引信在魚雷中的應(yīng)用［C］//中國(guó)兵工學(xué)會(huì)引信分會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)，1995：78-85.

［5］第705研究所.魚雷引信發(fā)展動(dòng)向分析［C］//中國(guó)兵工學(xué)會(huì)引信分會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)，1995：46-56.

［6］西北工業(yè)大學(xué).魚雷引信動(dòng)態(tài)特性的計(jì)算機(jī)分析［C］//水中兵器學(xué)會(huì)第四屆年會(huì)，1988：36-44.

［7］西北工業(yè)大學(xué).主動(dòng)電磁非觸發(fā)引信在主動(dòng)自導(dǎo)魚雷上的應(yīng)用［C］//水中兵器學(xué)會(huì)第三次年會(huì)，1985：24.

［8］楊崇林，姚藍(lán)著.魚雷近程引爆主動(dòng)聲引信技術(shù)研究［C］//邁向新世紀(jì)的艦船電子工程--第六屆年會(huì)（上），1999：276-279.

［9］肖素娟著.我國(guó)魚雷引信現(xiàn)狀及發(fā)展思路探討［C］//第十二屆引信學(xué)術(shù)年會(huì)，2001：514-518.

［10］施顯林，楊成著.魚雷非觸發(fā)引信發(fā)展趨勢(shì)探討［C］//第十屆引信學(xué)術(shù)年會(huì)，1997：35-39.

［11］孫笠森，岳鳳英，李永紅等.基于磁阻傳感器的數(shù)字式磁強(qiáng)計(jì)的設(shè)計(jì)［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，27（1）：49.

［12］趙圣飛，李永紅，王恩懷等.基于單片機(jī)的磁強(qiáng)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2014（3）：59.

Electromagnetic Influence Fuse for Active Attack Mine

SUN Xianyou1DENG Xiuhua2
（1.Navy Representative Office in Kunming 750 Test Range，Kunming650051）（2.No.710 R&D Institute，CSIC，Yichang443003）

Electromagnetic influence fuse can be used in active attack mine to gain the ability of precision attack.This paper presents the principle and constitutes of the electromagnetic influence fuse，the passing-by characteristics of electromagnetic of ship are discussed.Some factors for precise control to the mine bomb moment are also proposed.

mine，ship，electromagnetic influence fuse，passing-by characteristics

TJ65.1

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.07.034

2017年1月9日，

2017年2月25日

孫現(xiàn)有，男，碩士研究生，工程師，研究方向：水中兵器裝備試驗(yàn)。鄧秀華，男，研究員，研究方向：水中兵器研制。