水下爆炸對抗魚雷聲納效能分析

裴善報, 劉榮忠, 郭 銳

水下爆炸對抗魚雷聲納效能分析

裴善報1,2, 劉榮忠1, 郭 銳1

(1. 南京理工大學 機械工程學院, 江蘇 南京, 210094; 2. 安徽工業大學 機械工程學院, 安徽 馬鞍山, 243000)

水聲對抗中由于戰術使用及作戰態勢的復雜性, 使得水下連續爆炸對抗魚雷聲納的效果難以評估。本文分析了水下連續爆炸對抗魚雷聲納的原理及其對抗主動、被動聲納的模型, 針對有無水下爆炸干擾的2種情況, 建立了主動聲納探測模型, 并且根據模型求解了在不同頻率、不同裝藥量下主動聲納的探測距離, 然后以探測距離平均縮減量及平均縮減率為準則, 運用仿真判斷對抗效果, 分析了有無水下爆炸聲干擾時主動聲納探測距離隨頻率、裝藥量的變化規律。

魚雷; 水聲對抗; 水下連續爆炸; 主動聲納

0 引言

水下連續爆炸產生的連續脈沖波是功率高、頻帶寬的聲源, 可作為水聲干擾源, 實現對聲自導魚雷的干擾。水聲對抗魚雷聲納, 實質為利用水聲的寬頻帶高功率特性實現對魚雷聲納干擾。聲干擾主動聲納就是要提高聲納接收噪聲的水平, 降低其信噪比。對于聲干擾被動聲納而言, 在遠距離時, 聲干擾可成為強信號的假目標; 在近距離時, 則造成聲納接收機阻塞、飽和, 掩蓋艦船噪聲信號的接收, 實現水聲對抗[1-3]。但由于戰術使用及作戰態勢復雜, 水下連續爆炸對抗魚雷聲納的干擾效果如何, 是作戰使用人員較為關心的問題。

本文以探測距離平均縮減量及探測距離平均縮減率為準則, 運用仿真判斷水下連續爆炸對抗魚雷聲納的干擾效果, 為水面艦船使用水下連續爆炸對抗魚雷提供參考。

1 被動聲納模型

被動聲納方程

式中:是目標輻射聲源級;是聲納背景噪聲級;是傳播損失;是檢測閾;是接收指向系數。

當有水下連續爆炸發生時, 聲納接收機接收到的水聲聲源級高, 大于背景噪聲, 因而背景噪聲用水下連續爆炸聲源來代替, 成功實現干擾[4]。

2 主動聲納模型

主動聲納方程

根據式(5)得

2.1 無水下爆炸聲干擾

當無水下連續爆炸聲干擾時, 聲納接收機接收到的干擾噪聲為海洋背景噪聲和魚雷航行自噪聲的疊加, 此時干擾噪聲級為

海洋背景噪聲與信號頻率、海況等級相關[5]

魚雷航行自噪聲與魚雷航行深度有關[6]

傳播損失應考慮球面擴展和吸收損耗, 其相互關系為

把式(7)與式(10)代入式(6), 得

通過式(12), 可求無水下爆炸聲干擾時主動聲納探測距離。

2.2 有水下爆炸聲干擾

當有水下連續爆炸聲干擾時, 聲納接收機接收到的水聲干擾噪聲級高, 大于魚雷(聲納)自噪聲級, 此時干擾噪聲級

單個水下爆炸聲是短的瞬態聲源[8], 聲源級

通過式(19), 可求有水下爆炸聲干擾時主動聲納探測距離。

3 評價指標

評價對抗魚雷作用效果的主要準則有探測距離縮減率及干擾抑制區。本文采用探測距離平均縮減量和平均縮減率[9]。

探測距離平均縮減量

探測距離平均縮減率

4 仿真結果與分析

4.1 不同水下爆炸裝藥量水聲對抗效果評估

表1 不同裝藥量下探測距離平均縮減量和平均縮減率

圖1 探測距離隨裝藥量的變化曲線

根據仿真結果可以得到如下結論。1) 有水下連續爆炸聲干擾時, 魚雷聲納探測距離平均縮減量和平均縮減率隨水下連續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, 無水下爆炸聲干擾時, 聲納探測距離不變, 有水下連續爆炸聲干擾時, 聲納探測距離隨裝藥量增加而減小, 且小裝藥量水下爆炸能產生很好的水聲干擾效果。

4.2 不同聲納工作頻率水聲對抗效果評估

表2 不同頻率下探測距離平均縮減量和平均縮減率

圖2 探測距離隨頻率的變化曲線

根據仿真結果可得如下結論。1) 有水下連續爆炸聲干擾時, 魚雷聲納探測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, 不論有無水下連續爆炸聲干擾, 魚雷聲納探測距離都隨聲納工作頻率增加而減小。

5 結束語

魚雷聲納探測距離和水下連續爆炸對抗魚雷聲納效能均與頻率、海況等級、魚雷航行深度和裝藥量等因素密切相關。水面艦船在使用水下連續爆炸對抗聲自導魚雷時, 可參考上述分析結論, 盡可能使水下爆炸聲對抗效果增強、魚雷聲納的探測距離降低, 從而實現對魚雷聲納的干擾, 達到擺脫魚雷的目的。

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(責任編輯: 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(1978-), 男, 在讀博士, 主要研究方向為水下爆炸及水聲信號處理.