潛射反艦魚雷制導方式判別方法研究?

胡 平 張林森 劉 凱唐 勇

（1.海軍工程大學艦船與海洋學院 武漢 430033）（2.海軍工程大學兵器工程學院 武漢 430033）（3.武漢東湖學院機電工程學院 武漢 430212）

1 引言

潛射反艦魚雷主要有直航、聲自導、尾流自導、線導等方式，魚雷不同制導方式的工作原理不同，水面艦艇魚雷防御時對抗器材的選擇和機動決策也不同，因而準確判別來襲魚雷的制導方式，是有效防御來襲魚雷的必要前提［1～2］。

防御不同制導方式魚雷時使用的對抗器材一般不同。魚雷聲自導一般工作在中高頻段，需要使用中高頻的水聲對抗器材；潛射反艦魚雷線導時主要依靠潛艇聲納探測水面艦艇信息并通過導線發(fā)送給魚雷，潛艇聲納一般工作在較低頻段，因而水面艦艇需要使用低頻對抗器材。魚雷尾流自導裝置一般采用超聲波檢測艦艇氣泡尾流，且其作用距離近，一般需要采用模擬尾流對抗器材或者硬攔截對抗器材［3］。直航魚雷不采用任何自導方式，一般需要使用硬攔截對抗器材。當然，對聲自導和線導工作的魚雷也可采用硬攔截對抗器材［4］。

防御不同制導方式魚雷時的機動方法一般也不同。水面艦艇航速增大時輻射噪聲大幅增加，因而防御被動聲自導魚雷時不宜采用加速機動的方式；艦艇高速機動時輻射噪聲和尾流大幅增強，將嚴重影響魚雷主動聲自導的探測效果，因而對抗主動聲自導魚雷時可加速機動；防御線導工作的魚雷時需要采用聲干擾器干擾潛艇聲納，并在潛艇聲納的被干擾扇面內(nèi)高速機動；尾流自導魚雷無法判斷目標艦艇的舷別，防御尾流自導魚雷應采用大轉(zhuǎn)向機動，使魚雷跨舷［5～6］。由上述分析可知，若制導方式判斷錯誤，則導致使用錯誤的對抗器材或者機動方案，不僅浪費對抗器材，而且遺誤戰(zhàn)機導致防御失敗。

2 傳統(tǒng)判別方法分析

傳統(tǒng)魚雷制導方式判別方法主要有頻譜分析方法、頻譜分析+數(shù)據(jù)庫比對方法、情報信息+危險優(yōu)先的方法等。

2.1 傳統(tǒng)頻譜分析方法

傳統(tǒng)水面艦艇魚雷報警聲納一般只能通過魚雷航行的輻射噪聲對來襲進行識別報警，魚雷輻射噪聲主要包括機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲等［7］。因為輻射噪聲主要受動力推進裝置影響，與制導方式無關(guān)，依靠傳統(tǒng)聲納LOFAR圖和DEMON圖的頻譜分析只能實現(xiàn)魚雷與潛艇、魚群等真?zhèn)文繕说念愰g識別，不能實現(xiàn)魚雷制導方式判別。

2.2 頻譜分析+數(shù)據(jù)庫比對

依靠頻譜分析結(jié)合數(shù)據(jù)庫的方式，可識別出魚雷某一型號（如MK48魚雷或SUT魚雷），但受魚雷噪音頻譜的相似性、水聲信息傳遞的模糊性影響，且該方法需要龐大的數(shù)據(jù)庫支持，因而可實現(xiàn)性較差［8］。另外，隨著魚雷制導技術(shù)的發(fā)展，一枚魚雷上集成了線導、聲自導、尾流自導和慣導裝置，反艦時可使用直航、聲自導、尾流自導、線導+聲自導、線導+尾流自導中的任何一種。即便識別魚雷的型號（如MK48魚雷或SUT魚雷），又難以判定其使用何種制導方式。

2.3 情報信息+危險優(yōu)先的方法

由于水下防御可獲取的信息較少，實際水下防御作戰(zhàn)中多采用基于情報信息+危險優(yōu)先的方法［9］。但是情報信息僅能定位到作戰(zhàn)對象為某型潛艇，通常一型潛艇可發(fā)射多種型號的魚雷，每一種魚雷又有多種制導方式，因而通過情報信息難以判別魚雷制導方式。實際對抗過程中，通常將潛射反艦魚雷當做威脅最大的線導+末制導魚雷，同時使用多種對抗器材。文獻指出，盡管當前世界主要海軍國家的潛射魚雷已基本實現(xiàn)了線導+末制導，但在某些戰(zhàn)術(shù)條件下，潛艇對水面艦艇攻擊時，將具備線導+末制導能力的魚雷作為自導魚雷或直航魚雷使用的可能仍很大。因此艦艇在發(fā)現(xiàn)潛射魚雷來襲時，一概而論地認為是線導+末制導太粗略。即便某型魚雷使用線導+末制導方式，某一時刻只是以線導、聲自導和尾流自導中一種制導方式為主，將多型對抗器材同時使用不僅造成資源浪費，而且可能導致相互干擾。而且由于對抗各種制導方式魚雷的最優(yōu)機動方案不同，上述方法也不利于機動方案的制定。實際上，潛艇使用魚雷反艦時，一般會綜合分析目標航速、目標航向和目標距離，水文條件、海況等級、海深信息等戰(zhàn)術(shù)要素，綜合以上要素確定反艦魚雷的制導方式。水面艦艇魚雷防御時，根據(jù)這些因素反推潛艇的作戰(zhàn)方案，則可有效判別潛射來襲魚雷的制導方式。

本文綜合水面艦艇魚雷防御和潛艇魚雷攻擊兩方面，提出綜合使用魚雷頻譜特征、魚雷攻擊態(tài)勢、海洋環(huán)境信息、艦艇導航信息、潛艇相關(guān)信息等戰(zhàn)術(shù)信息，提出一種基于頻譜分析+作戰(zhàn)態(tài)勢的魚雷制導方式判別方法，可大幅提高來襲魚雷制導方式的判別準確率。

3 制導方式判別方法分析

3.1 目標頻譜特征信息

目標頻譜特征是指能夠依靠魚雷報警聲納接收的數(shù)據(jù)，進行LOFAR譜和DEMON等頻譜分析技術(shù)直接獲得的，并能客觀反映其所屬類型的目標固有信息。

1）魚雷變速次數(shù)

直航魚雷一般采用固定提前角導引法射擊，因此魚雷出管穩(wěn)定后，其航速和航向一般是固定的。聲自導魚雷通常設計為雙速制，一般在攻擊過程中會實施一次變速，但也可能不變速。線導魚雷一般設計為雙速制甚至三速制，其航速可由潛艇實時控制，為了兼顧快速攻擊和低噪聲航行，魚雷航行過程中可能多次變速［10］。

魚雷一般通過動力推進裝置轉(zhuǎn)速改變實現(xiàn)航速變化，且魚雷多種速度的差值一般較大，因此航速變化時會導致機械噪聲和螺旋槳噪聲的線譜和調(diào)制譜頻率產(chǎn)生明顯的變化，魚雷報警聲納通過DEMON和LOFAR信號處理可提取魚雷航速變化信息。若魚雷航行過程中變速超過三次，一般可認為是線導魚雷；若魚雷航行過程中未變速，則直航魚雷的可能性較大。

2）魚雷尋的信號

反艦用主動聲自導魚雷和主動聲尾流自導魚雷都需發(fā)射主動聲信號，通過分析回波特征判斷艦船目標或者艦船尾流，其中聲自導魚雷尋的信號頻率范圍一般為幾十千赫茲，尾流自導魚雷尋的信號一般在幾百千赫茲［11］。

現(xiàn)代水面艦艇專用魚雷報警聲納的應用，使得檢測來襲魚雷主動聲信號的能力大大增強。如果魚雷報警聲納偵察到來襲魚雷的中高頻主動聲自導信號，則可判斷該雷正處于聲自導階段，若能探測到來襲魚雷的超聲主動信號，則可判斷魚雷正處于尾流自導階段。

3.2 魚雷攻擊態(tài)勢

1）魚雷發(fā)射距離

自導魚雷和直航魚雷發(fā)射時，需要精確解算目標運動要素，受目標散布誤差影響，一般發(fā)射距離不可能太遠。線導魚雷發(fā)射時不需要目標運動要素解算，只需要穩(wěn)定的目標方位信息，因而發(fā)射距離大幅增加［12］。

近年來，隨著聲納技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，被動聲納對目標距離的估計精度越來越高，主動聲納對魚雷的定位距離也越來越遠。魚雷報警后，可估計魚雷的與水面艦艇的距離，若魚雷距離較遠，可確定魚雷為線導魚雷，若魚雷距離較近，則可判斷魚雷為直航魚雷或自導魚雷。

2）魚雷發(fā)射數(shù)量

被動聲自導魚雷齊射時存在互導問題，因而一般不采用齊射；主動聲自導一般采用雙雷齊射，以覆蓋目標運動要素誤差；尾流自導魚雷可單雷攻擊也可雙雷齊射；直航魚雷命中率較低，一般采用雙雷或者三雷齊射。線導魚雷一般命中率較高，一般采用單雷攻擊，但一般潛艇也具備雙雷線導攻擊同一條水面艦艇的能力。

水面艦艇魚雷防御時，若發(fā)現(xiàn)來襲魚雷為三雷或更多魚雷齊射時，可判斷為直航魚雷。若僅有一條魚雷，則可能為線導，若兩條魚雷齊射，則自導的可能性較大。受魚雷報警聲納孔徑限制，若要分辨出齊射的多條魚雷，需要魚雷較近，因而魚雷報警后，可能先判斷為一條魚雷，隨著魚雷距離接近可能判斷為多條魚雷。

3）魚雷搜索彈道

潛射魚雷一般可采用直航、聲自導、尾流自導和線導方式。潛艇魚雷線導射擊目的是將魚雷送到水面艦艇附近，使得自導裝置對目標艦艇有較高的發(fā)現(xiàn)概率，魚雷出管且狀態(tài)穩(wěn)定后，線導魚雷一般采用三點一線導引法，直航魚雷采用固定提前角導引法，聲自導魚雷一般按照有利提前角法導引，尾流自導魚雷一般瞄準有效尾流的中點。

水面艦艇魚雷防御時，魚雷報警后，聲納被動處理可對魚雷目標進行航跡擬合，魚雷與水面艦艇接近到一定范圍后，聲納主動工作可以跟蹤魚雷彈道。因而對魚雷目標進行彈道估計和方位變化率分析，可通過魚雷彈道特征判別其制導方式。

3.3 海洋環(huán)境信息

1）水文信息

惡劣水文條件下，潛艇聲納對水面艦艇的作用距離大幅下降，一般仍能滿足魚雷線導的要求；惡劣水文條件下，反艦魚雷主動聲自導能力基本喪失，被動聲自導作用距離大幅下降。尾流自導距離較近，水文條件對其自導距離影響不大，直航魚雷則完全不受水文條件影響［13］。

因而惡劣水文條件下，水面艦艇遭到潛射主動聲自導魚雷攻擊的可能性較小，直航魚雷、尾流自導、線導的可能性較大。

2）海況信息

高海況下，由于海浪沖擊，艦船尾流與正常海水界面變的模糊，尾流自導魚雷可探測的有效尾流距離變?。涣硗?，高海況下海洋環(huán)境噪聲增大，導致聲自導探測距離下降；高海洋環(huán)境噪聲潛艇聲納對水面艦艇探測距離也減小，但一般仍能滿足對魚雷進行線導的要求；直航魚雷則完全不受海況條件影響。

因而高海況條件下，水面艦艇來襲魚雷為尾流自導魚雷和聲自導魚雷的可能性較小，直航魚雷和線導的可能性較大。

3）海深信息

受魚雷離艇安全性和自身負浮力的影響，魚雷出管后都有一個非穩(wěn)態(tài)的下沉階段。為保證線導不斷線，線導裝置艇上部分金屬軟管會下垂一定深度，遠距離線導時，導線也會下沉幾十米。因而發(fā)射線導魚雷時，一般要求海深超高一定深度。直航魚雷和自導魚雷對海深范圍適應能力更強。

因而在淺海作戰(zhàn)時，如水深小于某值，水面艦艇來襲魚雷為線導魚雷的可能性較小，為直航魚雷和自導魚雷的可能性較大。

3.4 本艦航行信息

1）本艦航速信息

水面艦艇低速航行或停泊時，輻射噪聲強度和尾流強度較小，被動聲自導和尾流自導魚雷檢測距離近，因而不適合使用被動聲自導和尾流自導攻擊，而主動聲自導魚雷和直航魚雷可攻擊停泊狀態(tài)和低速航行的水面艦艇［14］。

因而，可根據(jù)水面艦艇自身航速判斷來襲魚雷的制導方式，水面艦艇航速小于某值時，一般可排除來襲魚雷為被動聲自導和尾流自導方式。

2）本艦航向信息

自導魚雷和和直航魚雷射擊時必須準確解算目標艦艇的運動要素。潛艇一般使用被動聲納跟蹤目標，解算目標運動要素時需要目標艦艇勻速直航，且潛艇必須進行機動。若水面艦艇機動頻度較大，潛艇的目標運動要素解算一般需要較長時間甚至難以收斂，此時潛艇使用直航魚雷或者自導魚雷攻擊水面艦艇目標時比較困難。但若潛艇能對水面艦艇進行穩(wěn)定測向并判斷目標處于魚雷射程范圍內(nèi)，則可使用線導方式射擊。

水面艦艇魚雷防御時，若本艦機動頻度較高，變速變向幅度較大，則來襲魚雷為線導發(fā)射的可能性較大。

3.5 敵潛艇活動信息

1）敵潛艇主動探測信號

使用被動聲納解算目標運動要素需要比較苛刻的條件，在必要的情況下，潛艇可能使用聲納主動工作或者雷達主動工作方式測量水面艦艇的方位、距離、航向和航速等信息，而后發(fā)射自導魚雷或直航魚雷，并迅速撤離戰(zhàn)場。因而水面艦艇魚雷報警前，若發(fā)現(xiàn)潛艇的主動聲納信號和主動雷達信號，則可以排除魚雷線導方式的可能性。

2）敵潛艇位置信息

水面艦艇魚雷報警后，若通過本艦聲納或鄰艦聲納發(fā)現(xiàn)魚雷報警方位附近有潛艇，則一般可判斷魚雷是由該潛艇發(fā)射的。若魚雷報警前能探測到該方位有魚雷出管的瞬態(tài)噪聲信號，則同樣可以將該魚雷和潛艇關(guān)聯(lián)。分析該潛艇與本艦的距離，即可判別該魚雷的發(fā)射方式。

4 結(jié)語

本文綜合利用了潛艇發(fā)射反艦魚雷時考慮的因素，以及水面艦艇魚雷防御決策方法，提出頻譜分析+戰(zhàn)場態(tài)勢的判別方法，通過分析可得到以下結(jié)論：

1）該方法擴展了傳統(tǒng)的頻譜分析方法，可分析魚雷變速次數(shù)和魚雷尋的信號，進而判別魚雷制導方式。

2）該方法利用的頻譜特征、魚雷攻擊態(tài)勢、海洋環(huán)境信息、本艦導航信息總是可以獲得，敵潛艇信息較容易獲取，因而可行性較強。

3）該方法輸出結(jié)果是動態(tài)變化的，隨著信息的積累，后續(xù)結(jié)論可能會推翻之前結(jié)論，這與證據(jù)積累效應和人類思維方式相同。

4）某些方法不能確定魚雷為某種制導方式，卻可以排除某種制導方式縮小證據(jù)空間，多次使用排除法即可確定魚雷制導方式。

綜上，本文提出的基于頻譜分析+作戰(zhàn)態(tài)勢的水面艦艇對來襲魚雷判別方法，具有較好的可行性與實用性，識別概率較大，識別結(jié)果可信度高，能夠為水面艦艇魚雷防御的戰(zhàn)術(shù)決策提供支撐，有效提高水面艦艇生存能力。