水面艦艇對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷方法研究*

徐海珠，袁延藝，余 赟，劉雄厚

（海軍研究院，北京 100161）

0 引言

水面艦艇尾流是艦艇在航行過(guò)程中，因螺旋槳卷入空氣、溶于水中的空氣釋放以及螺旋槳空化等原因，在艦艇尾部形成的一道含有大量氣泡的水流航跡。艦船尾流的聲學(xué)、光學(xué)、磁場(chǎng)及熱特性等物理場(chǎng)與普通海水有明顯區(qū)別，可用于魚(yú)雷自導(dǎo)。尾流存在時(shí)間久，難以消除且難以偽造，魚(yú)雷一旦進(jìn)入艦艇尾流，艦艇難以對(duì)其進(jìn)行有效探測(cè)和對(duì)抗。尾流自導(dǎo)魚(yú)雷因具有較高的導(dǎo)引精度和命中概率，成為打擊水面艦艇的重要武器［1-2］。美國(guó)的MK45F魚(yú)雷、德國(guó)的DM2A4魚(yú)雷、意大利的黑鯊、法國(guó)的F17-2魚(yú)雷、瑞典的TP62魚(yú)雷、俄羅斯的65型魚(yú)雷和TEST-96型魚(yú)雷均具有尾流自導(dǎo)功能［3］。

近年來(lái)，魚(yú)雷尾流自導(dǎo)性能不斷提高，給水面艦艇帶來(lái)了巨大威脅，世界各國(guó)均十分重視發(fā)展尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的對(duì)抗技術(shù)［4-9］。盡管在對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷方面進(jìn)行了較多理論研究，但是水面艦艇對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷是一個(gè)復(fù)雜的作戰(zhàn)過(guò)程，其涉及到報(bào)警定位、對(duì)抗決策和對(duì)抗實(shí)施等多個(gè)階段。已有研究?jī)H涉及對(duì)抗過(guò)程的某個(gè)階段或某項(xiàng)技術(shù)，關(guān)于對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷對(duì)抗全過(guò)程、尤其是各種態(tài)勢(shì)的對(duì)抗決策還需要進(jìn)行深入研究。

針對(duì)已有研究的不足，本文根據(jù)艦艇尾流特性分析了尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的工作原理，從尾流自導(dǎo)魚(yú)雷對(duì)抗全過(guò)程考慮，探討了尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的報(bào)警定位技術(shù)和對(duì)抗實(shí)施手段，并重點(diǎn)研究了對(duì)抗決策。

1 尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的工作原理

水面艦艇尾流特性與艦艇的寬度、吃水深度、航行速度和海面風(fēng)速等因素有關(guān)。就物理場(chǎng)而言，艦船尾流聲學(xué)特性、光學(xué)特性、磁場(chǎng)特性及熱特性等與普通海水有較大差別，是魚(yú)雷對(duì)艦艇進(jìn)行尾流探測(cè)、跟蹤和識(shí)別的基礎(chǔ)。目前較成熟的尾流自導(dǎo)技術(shù)是主動(dòng)聲尾流自導(dǎo)技術(shù)［10］，即魚(yú)雷向海面發(fā)射高頻窄脈沖聲信號(hào)，非尾流區(qū)的海面混響回波信號(hào)強(qiáng)度高、到達(dá)時(shí)間較晚、脈沖展寬較??；而尾流散射系數(shù)較大使回波信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)?，尾流有一定厚度使回波到達(dá)時(shí)間較早，聲脈沖在氣泡間多次反射使得回波脈沖展寬較大。魚(yú)雷尾流自導(dǎo)開(kāi)機(jī)后首先對(duì)非尾流區(qū)回波信號(hào)進(jìn)行分析，通過(guò)回波信號(hào)的脈沖強(qiáng)度、時(shí)間延遲、脈沖展寬等特征變化檢測(cè)并識(shí)別尾流，并以預(yù)定航向角轉(zhuǎn)向，以正弦狀彈道向艦艇目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，直至從艦艇目標(biāo)下方通過(guò)時(shí)引信動(dòng)作［7］。

綜上，尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的工作原理與聲自導(dǎo)魚(yú)雷有本質(zhì)區(qū)別，因而尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的對(duì)抗方法與聲自導(dǎo)魚(yú)雷對(duì)抗方法也不相同。

2 尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的對(duì)抗過(guò)程

尾流自導(dǎo)魚(yú)雷對(duì)抗過(guò)程分為報(bào)警定位、指揮決策和對(duì)抗實(shí)施3個(gè)階段。其中報(bào)警定位是利用魚(yú)雷報(bào)警聲納對(duì)來(lái)襲魚(yú)雷的輻射噪聲、尋的信號(hào)或回波信號(hào)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤、識(shí)別、報(bào)警和定位，報(bào)警定位是指揮決策和對(duì)抗實(shí)施的基礎(chǔ)；指揮決策是指根據(jù)來(lái)襲魚(yú)雷的報(bào)警信息和制導(dǎo)方式，進(jìn)行威脅排序和目標(biāo)選擇，分析魚(yú)雷航路，并制定對(duì)抗裝備使用方案和艦艇機(jī)動(dòng)方案。對(duì)抗實(shí)施是指控制各種軟硬對(duì)抗裝備工作，并進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)，對(duì)來(lái)襲魚(yú)雷進(jìn)行誘騙、干擾和毀傷。

根據(jù)上述對(duì)抗過(guò)程，尾流自導(dǎo)魚(yú)雷對(duì)抗裝備一般包括用于魚(yú)雷報(bào)警定位的魚(yú)雷報(bào)警聲納、用于指揮決策的水聲對(duì)抗顯控臺(tái)，以及各種軟硬對(duì)抗器材等，如圖1所示。美國(guó)的AN/WSQ-ll魚(yú)雷防御系統(tǒng)包括SLQ-24魚(yú)雷報(bào)警聲納、作戰(zhàn)指揮顯控臺(tái)、MK-36發(fā)射裝置、SLQ-25A拖曳式誘餌和反魚(yú)雷魚(yú)雷等［2］。

3 尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的報(bào)警定位

遠(yuǎn)距精確的魚(yú)雷報(bào)警定位、以及正確快速的制導(dǎo)方式判別，是對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷指揮決策和對(duì)抗實(shí)施的前提和基礎(chǔ)。

3.1 制導(dǎo)方式判別

魚(yú)雷制導(dǎo)方式判別是對(duì)抗裝備選擇的前提，不同制導(dǎo)方式的工作原理不同，采用的對(duì)抗裝備也不同，如傳統(tǒng)的基于聲學(xué)誘騙和干擾的聲誘餌和聲干擾器，無(wú)法有效對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷。魚(yú)雷制導(dǎo)方式判別還是進(jìn)行魚(yú)雷航路估計(jì)進(jìn)而設(shè)置對(duì)抗裝備布放區(qū)域的前提。

魚(yú)雷制導(dǎo)方式判別技術(shù)主要包括基于情報(bào)的判別、基于魚(yú)雷彈道的判別和基于尋的信號(hào)的判別技術(shù)。若戰(zhàn)前獲得敵方相關(guān)情報(bào)信息，則可分析其艇載魚(yú)雷的制導(dǎo)方式。尾流自導(dǎo)魚(yú)雷搜索目標(biāo)時(shí)一般瞄準(zhǔn)艦艇尾部的有效尾流處，在近距離跟蹤彈道為蛇形彈道并反復(fù)出入尾流區(qū)域，通過(guò)來(lái)襲魚(yú)雷彈道特點(diǎn)可以輔助判別魚(yú)雷的尾流制導(dǎo)方式。尾流自導(dǎo)裝置開(kāi)機(jī)后會(huì)向水面發(fā)射高頻聲波進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，若能在拖曳式聲納上集成水聽(tīng)器檢測(cè)高頻尋的信號(hào)，則可以確認(rèn)該魚(yú)雷為尾流自導(dǎo)方式。

3.2 被動(dòng)報(bào)警定位

魚(yú)雷被動(dòng)報(bào)警技術(shù)。被動(dòng)報(bào)警技術(shù)包括基于輻射噪聲的報(bào)警技術(shù)和基于尋的信號(hào)的報(bào)警技術(shù)?；谳椛湓肼暤膱?bào)警技術(shù)是利用魚(yú)雷出管和點(diǎn)火等瞬態(tài)信號(hào)、航行噪聲線譜和調(diào)制譜特征，以及方位變化率等特征，對(duì)魚(yú)雷進(jìn)行探測(cè)、跟蹤、分類(lèi)識(shí)別并自動(dòng)報(bào)警?；趯さ男盘?hào)的報(bào)警技術(shù)是指?jìng)刹煳擦髯詫?dǎo)魚(yú)雷的高頻窄脈沖尋的信號(hào)，完成跟蹤、分類(lèi)識(shí)別并報(bào)警。魚(yú)雷進(jìn)入尾流區(qū)域后，基于輻射噪聲的被動(dòng)報(bào)警能力會(huì)大幅下降，基于尋的信號(hào)的報(bào)警技術(shù)可彌補(bǔ)被動(dòng)魚(yú)雷報(bào)警能力的不足。

魚(yú)雷被動(dòng)定位技術(shù)。魚(yú)雷自導(dǎo)裝置具有一定的指向性和作用距離，水聲對(duì)抗裝備需要布放在魚(yú)雷前方一定的區(qū)域處，因而需要估計(jì)魚(yú)雷當(dāng)前位置。魚(yú)雷被動(dòng)定位技術(shù)包括基于輻射噪聲的定位技術(shù)和基于尋的信號(hào)的定位技術(shù)。文獻(xiàn)［11］指出魚(yú)雷輻射噪聲可激發(fā)多階簡(jiǎn)正波，多階簡(jiǎn)正波間相互干涉形成在距離-頻率維的聲場(chǎng)強(qiáng)度干涉條紋圖案。這些條紋的斜率是與距離有關(guān)的恒定值，稱(chēng)為波導(dǎo)不變量，可用于魚(yú)雷被動(dòng)估距。用于尾流自導(dǎo)的高頻尋的信號(hào)作用距離較小，且尾流自導(dǎo)尋的信號(hào)有一定的指向性，因而可通過(guò)偵察尾流自導(dǎo)尋的信號(hào)實(shí)現(xiàn)魚(yú)雷被動(dòng)定位。

3.3 主動(dòng)報(bào)警定位

魚(yú)雷被動(dòng)定位的方位和距離精度較差，限制了對(duì)抗效果的提高，尤其是硬對(duì)抗裝備的對(duì)抗效能受魚(yú)雷定位精度影響較大。另外，現(xiàn)代魚(yú)雷采用低速線導(dǎo)、泵噴和減振降噪等技術(shù)，有效降低了航行噪聲，使得被動(dòng)報(bào)警能力大幅下降。因而各國(guó)均在提高魚(yú)雷被動(dòng)報(bào)警距離的同時(shí)，積極發(fā)展主動(dòng)報(bào)警定位技術(shù)。

采用主動(dòng)魚(yú)雷報(bào)警聲納可對(duì)魚(yú)雷方位和距離有較高的定位精度，并根據(jù)多普勒識(shí)別和方位變化率等方法對(duì)魚(yú)雷進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別。主動(dòng)定位技術(shù)一般采用聲信號(hào)回波時(shí)延實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位，由于魚(yú)雷是高速運(yùn)動(dòng)的小目標(biāo)，相對(duì)被動(dòng)報(bào)警距離，目前魚(yú)雷主動(dòng)報(bào)警距離較近，因而目前主動(dòng)報(bào)警和被動(dòng)報(bào)警需要聯(lián)合使用。

作為魚(yú)雷報(bào)警定位的主要裝備，魚(yú)雷報(bào)警聲納按照裝備形態(tài)可分為艦殼聲納、舷側(cè)聲納和拖曳式聲納等。法國(guó)“信天翁”拖曳線列陣聲納魚(yú)雷報(bào)警距離達(dá)10 km，可進(jìn)行被動(dòng)定位。俄羅斯水面艦艇采用艦殼聲納和拖曳式聲納的聯(lián)合報(bào)警技術(shù)，可消除探測(cè)盲區(qū)，還可提高報(bào)警的正確率和定位精度。美國(guó)的SLQ-24拖曳線列陣聲納在被動(dòng)報(bào)警的基礎(chǔ)上集成了主動(dòng)報(bào)警功能，裝備了美國(guó)和盟國(guó)的所有大中型水面艦艇［2］。

4 尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的對(duì)抗手段

尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的對(duì)抗手段可分為軟對(duì)抗、硬對(duì)抗、軟硬綜合對(duì)抗等手段。軟對(duì)抗主要是指采用誘騙干擾等手段破壞魚(yú)雷的探測(cè)和跟蹤性能，使魚(yú)雷丟失目標(biāo)或者跟蹤錯(cuò)誤目標(biāo)最終耗盡航程。硬對(duì)抗是指將帶有戰(zhàn)斗部的對(duì)抗裝備布放到魚(yú)雷附近，通過(guò)自身爆炸炸傷魚(yú)雷，使魚(yú)雷失去自導(dǎo)能力或航行能力。軟硬綜合對(duì)抗是將魚(yú)雷誘騙至附近后對(duì)抗裝備自身爆炸、或者誘騙魚(yú)雷自爆從而毀傷魚(yú)雷。除了以上對(duì)抗裝備，采用尾流隱身和艦艇機(jī)動(dòng)等手段，削弱或破壞魚(yú)雷自導(dǎo)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的物理場(chǎng)，使魚(yú)雷無(wú)法檢測(cè)到目標(biāo)。

4.1 軟對(duì)抗手段

對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的軟對(duì)抗手段主要有模擬尾流法，發(fā)射多枚氣幕彈入水，或通過(guò)自航式誘餌產(chǎn)生氣泡的方式，在來(lái)襲魚(yú)雷的航路上設(shè)置一條模擬尾流，模擬艦艇尾流對(duì)魚(yú)雷高頻尋的信號(hào)的散射特性，使魚(yú)雷跟蹤假尾流，可隔斷其對(duì)真實(shí)艦艇尾流的接觸。

利用模擬氣泡尾流的方式可對(duì)抗基于高頻聲探測(cè)的聲尾流自導(dǎo)魚(yú)雷，以檢測(cè)聲阻抗變化的聲尾流自導(dǎo)魚(yú)雷，以及基于激光尾流探測(cè)手段的光尾流自導(dǎo)魚(yú)雷。在氣幕藥劑中添加磁性材料和發(fā)熱材料，還可對(duì)抗熱尾流自導(dǎo)魚(yú)雷和磁尾流自導(dǎo)魚(yú)雷。

美國(guó)在水面艦艇發(fā)射的21B12自航式聲誘餌上加裝了尾流模擬裝置，在水面艦艇裝備的SLQ-25A拖曳式聲誘餌上集成了尾流自導(dǎo)魚(yú)雷干擾裝置，法國(guó)研制了自航式氣幕彈用于對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷［12］。

4.2 硬對(duì)抗手段

艦艇僅靠軟對(duì)抗手段難以消除反艦尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的威脅，因而各國(guó)均在發(fā)展硬對(duì)抗手段。硬對(duì)抗手段有火箭深彈、懸浮式攔截彈、魚(yú)雷攔截網(wǎng)和反魚(yú)雷魚(yú)雷等。

火箭深彈爆炸在近距離能摧毀魚(yú)雷，爆炸沖擊波較遠(yuǎn)距離上會(huì)使魚(yú)雷電子設(shè)備失靈，還可攪亂尾流痕跡。該裝備簡(jiǎn)單可靠，但火箭深彈入水后通過(guò)延時(shí)引信或水壓引信爆炸，要求布放在魚(yú)雷較近距離，其對(duì)魚(yú)雷的定位精度和航路估計(jì)精度要求較高。懸浮式攔截彈可布放在艦船尾流中形成攔截陣，利用引信感知經(jīng)過(guò)的魚(yú)雷，引爆戰(zhàn)斗部從而毀傷魚(yú)雷，必須布放在魚(yú)雷的航路上，其對(duì)魚(yú)雷航路估計(jì)精度要求較高。魚(yú)雷攔截網(wǎng)可集成在拖曳式聲納上或者布置在甲板上，根據(jù)指令釋放到尾流中并適時(shí)展開(kāi)，來(lái)襲魚(yú)雷觸網(wǎng)則引爆炸藥或者失去動(dòng)力。反魚(yú)雷魚(yú)雷可采用線導(dǎo)、主動(dòng)自導(dǎo)、被動(dòng)自導(dǎo)、脈沖偵察自導(dǎo)、誘騙自導(dǎo)等工作方式，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性能、較大的自導(dǎo)扇面和較遠(yuǎn)的自導(dǎo)距離，是理想的魚(yú)雷自導(dǎo)魚(yú)雷對(duì)抗裝備。

俄羅斯在大型水面艦艇上裝備了1 200 m、2 500 m和6 000 m射程的火箭深彈，形成了多層次的魚(yú)雷防御能力，俄羅斯還研究了水面艦艇使用懸浮式攔截彈形成攔截陣的魚(yú)雷防御方法。美國(guó)以MK46魚(yú)雷為基礎(chǔ)，歐洲以MU90魚(yú)雷為基礎(chǔ)研制了反魚(yú)雷魚(yú)雷［10］。

4.3 軟硬綜合對(duì)抗

軟硬綜合對(duì)抗主要有引信誘騙方法和引爆式誘餌等技術(shù)手段。引信誘騙是指在拖曳線列陣上集成引信檢測(cè)裝置，檢測(cè)魚(yú)雷的引信發(fā)射信號(hào)并進(jìn)行艦船的回波信號(hào)模擬，誘騙魚(yú)雷引信動(dòng)作使魚(yú)雷爆炸。美國(guó)的MK30型自航式聲靶具備艦船電磁場(chǎng)模擬能力，SLQ-25D拖曳式聲誘餌上也集成了引信誘騙功能［3］。引爆式誘餌是指可在自航式氣幕彈上集成戰(zhàn)斗部，則誘餌可邊航行邊生成模擬尾流，將尾流自導(dǎo)魚(yú)雷誘騙至附近后，通過(guò)自身爆炸毀傷魚(yú)雷。

4.4 其他對(duì)抗手段

在使用軟硬對(duì)抗裝備的同時(shí)，還可進(jìn)行尾流隱身和艦艇機(jī)動(dòng)規(guī)避。常用的尾流隱身手段包括泵噴推進(jìn)技術(shù)和超聲消除尾流技術(shù)［13］等，其中超聲消除尾流法是指艦船尾部發(fā)射超聲作用于尾流，使氣泡迅速融合而破滅，可降低尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的檢測(cè)概率。艦艇機(jī)動(dòng)規(guī)避是指艦船通過(guò)加速、減速、轉(zhuǎn)向等方式擺脫或干擾尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的跟蹤。如艦艇高速航行可快速駛離魚(yú)雷自導(dǎo)搜索帶，通過(guò)減速可減小尾流目標(biāo)強(qiáng)度，大角度轉(zhuǎn)向可使尾流自導(dǎo)魚(yú)雷丟失目標(biāo)。

各種對(duì)抗裝備各有優(yōu)勢(shì)和局限，水面艦艇應(yīng)根據(jù)裝備射程、對(duì)魚(yú)雷定位精度要求、對(duì)抗效能等情況合理配置，使水面艦艇具備多手段、軟硬結(jié)合和多層次的對(duì)抗能力。如美國(guó)的WSQ-11反魚(yú)雷防御系統(tǒng)包括SLQ-25A拖曳式誘餌和反魚(yú)雷魚(yú)雷，俄羅斯水面艦艇配備了助飛式聲干擾器和不同射程的火箭深彈，法國(guó)水面艦艇配備了助飛式聲干擾器和助飛式聲誘餌等。

5 對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的指揮決策

指揮決策是指根據(jù)來(lái)襲魚(yú)雷的報(bào)警信息和制導(dǎo)方式，分析魚(yú)雷航路，制定對(duì)抗裝備使用方案和艦艇機(jī)動(dòng)方案，并可開(kāi)啟尾流隱身裝備。

5.1 對(duì)抗裝備使用方案

一般根據(jù)來(lái)襲魚(yú)雷的報(bào)警距離、制導(dǎo)方式、對(duì)抗裝備的射程，以及對(duì)抗效果來(lái)選擇對(duì)抗裝備。

魚(yú)雷在較遠(yuǎn)距離時(shí)，尾流自導(dǎo)魚(yú)雷尚未跟蹤到艦艇時(shí)，可采用火箭布放模擬尾流的方式和自航引爆式誘餌的對(duì)抗方式。這兩種方法要求魚(yú)雷報(bào)警距離較遠(yuǎn)，魚(yú)雷尚未探測(cè)到真實(shí)尾流，對(duì)抗裝備工作后艦艇可通過(guò)機(jī)動(dòng)規(guī)避和開(kāi)啟尾流隱身設(shè)備等方法，擺脫尾流自導(dǎo)魚(yú)雷探測(cè)和跟蹤。魚(yú)雷在中等距離時(shí)，一般進(jìn)入主動(dòng)報(bào)警能力范圍內(nèi)，魚(yú)雷定位精度較高時(shí)，可采用懸浮式攔截彈、深水炸彈和反魚(yú)雷魚(yú)雷，此時(shí)可有效發(fā)揮裝備的對(duì)抗效能；魚(yú)雷在較近距離時(shí)，助飛式對(duì)抗裝備無(wú)法發(fā)射，可采用拖曳式引信誘騙法、投擲攔截網(wǎng)等方法進(jìn)行對(duì)抗。

若魚(yú)雷報(bào)警較近，選擇某一種或多種對(duì)抗裝備只能進(jìn)行一次對(duì)抗，若報(bào)警距離較遠(yuǎn)且聲納可保持對(duì)魚(yú)雷的跟蹤時(shí)，可在不同距離上多次使用對(duì)抗裝備，形成多層次的對(duì)抗能力，從而提高對(duì)抗效能。

5.2 其他對(duì)抗手段的使用

在使用水聲對(duì)抗裝備對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷進(jìn)行干擾、誘騙和毀傷時(shí)，同時(shí)配合使用尾流隱身手段和艦艇機(jī)動(dòng)規(guī)避手段，可有效提高艦艇生存概率。

6 結(jié)論

本文在分析尾流自導(dǎo)魚(yú)雷工作原理的基礎(chǔ)上，研究了尾流自導(dǎo)魚(yú)雷的報(bào)警定位技術(shù)、指揮決策方法、對(duì)抗實(shí)施手段等。結(jié)果表明：遠(yuǎn)距精確的魚(yú)雷報(bào)警定位和目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，快速科學(xué)的指揮決策，以及多手段、多層次的水聲對(duì)抗裝備是有效對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚(yú)雷必不可少的要素。