水下精確制導武器對抗技術發展現狀與趨勢

李杰,毛啟明,崔國平

(昆明船舶設備研究試驗中心，云南 昆明 650051)

0 引言

魚雷是一種能在水中自行推進，自主控制航行，自動搜索、跟蹤和識別目標，通過水中爆炸毀傷目標的水下精確制導武器，有“水下導彈”之稱，自其誕生以來，一直是海軍的主戰武器之一。

根據口徑大小，魚雷可分為重型魚雷和輕型魚雷。重型魚雷也稱為大型魚雷，口徑為533 mm，長度一般不超過7 m，如美國的MK48、德國的DM2A4等，大多由潛艇攜帶，其反潛制導方式一般為線導+主被動聲自導方式。重型魚雷發射后，在較遠距離(一般十幾km)，利用潛艇發射平臺線導系統導引接近目標潛艇(自導作用距離范圍附近)后，切換到主被動聲自導方式，利用目標噪聲及反射回波特征等信息進行搜索、跟蹤，進入跟蹤末端后(自導中近程)進行精確制導，對目標的點、線、面等精細特征進行識別，自導末程時非觸發引信檢測目標電磁特性，滿足起爆條件后引爆裝藥毀傷目標。

輕型魚雷也稱小型魚雷，口徑為324 mm，長度不超過3.2 m，如美國的MK54、意大利的A244/S mod3等，可通過水面艦管裝、直升機和固定翼飛機空投、火箭助飛等方式使用，主要用于反潛，其制導方式一般為主被動聲自導方式。輕型魚雷通過空投、火箭助飛等方式投放到目標潛艇附近(一般1 km左右)后，進入主被動聲自導方式，利用目標噪聲及反射回波特征等信息進行搜索、跟蹤，進入跟蹤末端后(自導中近程)進行精確制導，對目標的點、線、面等精細特征進行識別，乃至要害部位識別，末程對要害部位執行垂直命中攻擊，觸發引信引爆裝藥毀傷目標。

近年來，隨著科技的進步，其大機動(高航速、遠航程)、低噪聲、強毀傷和高智能(垂直命中、要害部位打擊)等發展趨勢，使其對艦艇威脅越來越大。基于這個原因，世界各國都積極開展水下精確制導武器對抗技術的研究。

1 水下精確制導武器對抗技術體系

水下精確制導武器對抗技術，采用水聲、化學、電磁、光電等技術，通過干擾、誘騙、主動進攻、引爆等手段，使得進攻魚雷的戰技性能下降、丟失目標、誤跟蹤乃至被毀傷，以掩護己方艦艇機動，增大其生存概率。按其對魚雷是否直接毀傷，可分為軟殺傷對抗技術和硬殺傷對抗技術，其中軟殺傷對抗技術又可根據工作機理不同，分為干擾技術和誘騙技術[1-5]。其主要技術體系組成如圖1所示。

水下精確制導武器對抗技術，根據使用平臺類型不同，可分為潛用對抗技術(如氣幕屏蔽技術、自航式聲誘餌誘騙技術等)和艦用對抗技術(如懸浮式攔截彈技術、攔截網技術、拖曳式誘餌誘騙技術等)[6-10]。潛艇和水面艦艇都是通過潛載和艦載聲吶，實現對魚雷的探測，并采取水聲對抗措施的。一般聲吶可分為主動式聲吶和被動式聲吶，其中主動式聲吶通過主動發射探測信號并根據回波信號實現魚雷目標探測，而被動式聲吶則通過接收魚雷航行產生的機械振動和噪聲實現魚雷目標探測的。由于安裝空間有限，潛載聲吶相對艦載聲吶較弱，魚雷報警距離較近(一般5～6 km)，加之受限于發射平臺，潛用對抗武器投送效率不高、距離不遠。本文主要研究潛用水下精確制導武器對抗技術(以下簡稱潛用對抗技術)，對其技術現狀及發展趨勢進行介紹。

2 常規潛用對抗技術現狀

目前攻擊潛艇的魚雷多采用聲自導工作方式，因此常規潛用對抗技術以水聲對抗手段，對聲自導魚雷進行屏蔽、壓制誘騙。按其對魚雷的作用機理，可分為干擾技術(氣幕屏蔽干擾、寬帶噪聲/掃頻壓制干擾)和誘騙技術(誘餌誘騙)[11-15]。

2.1 干擾技術現狀

干擾技術分為氣幕屏蔽干擾技術和寬帶噪聲/掃頻壓制干擾技術。

氣幕屏蔽干擾技術：通過化學藥劑在水下產生大量氣泡來形成氣幕，在水中產生半徑為0.01～0.1 cm范圍的氣泡，其諧振頻率正好在聲自導魚雷工作頻段上，利用氣幕的反射能力給主動聲自導魚雷制造一個固定的假目標，用多枚氣幕彈可以在海水中形成一定厚度、高度和寬度的氣幕墻，氣幕墻對探測信號起散射和吸收作用。其技術特性是隱蔽性好，尺寸小，質量輕，成本低和戰術使用方便。

寬帶噪聲壓制干擾技術：通過發出強噪音來淹沒目標回波，使魚雷與預打擊目標失去聯系，造成自導系統對目標回波不靈敏。

掃頻壓制干擾技術：通過發出一定高強度聲信號來覆蓋某一頻段，掩蓋目標真實信號，壓制或者降低魚雷和聲吶系統的目標探測能力，它具有同寬帶噪聲壓制干擾技術類似的特點。

綜上所述，氣幕屏蔽干擾技術可以對目標探測起到屏蔽作用，寬帶噪聲/掃頻壓制干擾技術可以壓制或降低魚雷的目標探測能力，但都不具備智能對抗能力，對于當前智能魚雷的對抗效果有限，技術發展緩慢，可作為智能誘騙對抗技術的補充。

2.2 誘騙技術現狀

誘騙技術，是通過誘餌載體來實施對抗的，它模擬己方艦艇的輻射噪聲特性和聲反射特性，用于對抗敵方聲自導魚雷的攻擊和聲吶的探測，降低魚雷聲吶目標識別能力，使魚雷誤判、誤跟，達到欺騙的目的，以掩護己方艦艇逃遁，提高受攻擊目標的生存概率。潛用誘餌根據機動方式，通常分為自航式、懸浮式誘餌。

自航式誘餌，具備綜合目標模擬和智能對抗能力，是海軍未來潛用對抗武器技術重點發展對象。根據其模擬尺度特性，又分為點源、尺度自航式誘餌。

2.2.1 自航式誘餌誘騙機理

自航式誘餌是潛艇魚雷報警后發射，作為潛艇替身來誘騙魚雷的。其通過檢測魚雷尋的信號特征，按一定的目標強度、多普勒頻移和回波展寬，將模擬回波發射出去，同時輻射潛艇模擬噪聲，并利用自身機動，引誘魚雷遠離潛艇，在距離滿足條件后，通過電磁誘爆或自爆方式，毀傷魚雷。其對抗魚雷機理示意如圖2所示。要發揮其誘騙效果，需要滿足一定的條件。

(1) 對被動聲自導魚雷的作用

誘餌產生的模擬輻射噪聲傳播至被動聲自導魚雷處，只要超過魚雷被動通道接收機門限，則魚雷將誘餌視為攻擊目標進行攻擊。在自噪聲背景下，魚雷被動聲自導對誘餌的聲吶方程為

SLD-TL(R)≥NL-DI+DT，

(1)

式中：SLD為誘餌模擬輻射噪聲級，dB；TL(R)為誘餌至魚雷處的聲傳播損失，dB，R為兩者之間的距離；NL為魚雷的背景噪聲級，dB；DI為魚雷的指向性指數，dB；DT為魚雷的檢測閾，dB。

若公式(1)成立，則魚雷發現并追蹤誘餌。

(2) 對主動聲自導魚雷的作用

誘餌通過應答魚雷主動尋的信號來模擬潛艇目標的反射特性。誘餌檢測到魚雷主動尋的信號后，按一定的目標強度、多普勒頻移和回波展寬，將模擬回波發射出去。魚雷在自噪聲背景下對誘餌的主動聲吶方程為

SL-2TL(R)+TSD≥NL-DI+DT,

(2)

式中：SL為魚雷主動尋的信號聲源級，dB；TSD為誘餌模擬回波的目標強度，dB；

若公式(2)成立，則魚雷主動自導系統發現并追蹤誘餌。

(3) 誘餌的誘騙范圍

誘餌作為潛艇的替身，為了引誘攻擊魚雷并掩蓋潛艇的聲信號，其產生的模擬聲信號至少要滿足2個條件：一是其模擬聲信號的能力大于潛艇聲信號能量；二是其模擬聲信號應先于潛艇聲信號到達魚雷處。因此，為滿足這2個條件，就分別存在能量誘騙區和時間誘騙區。

1) 能量誘騙區

當魚雷自導扇面內同時存在潛艇和誘餌且魚雷具有選擇大信號能量的目標攻擊特性時，從能量上說，誘餌對魚雷的誘騙存在一個有效范圍，稱能量誘騙區。在能量誘騙區內，誘餌在魚雷自導系統產生的誘騙信號能量大于被掩護潛艇聲信號產生的能力，誘餌能起到掩蓋真實目標信號的作用；在能量誘騙區外，誘餌只能掩蓋真實目標信號，不能起到誘騙效果。滿足下列2個公式條件的區域稱為能量誘騙區。

對主動魚雷：

SL-2TL(R2)+TSD≥SL-2TL(R1)+TS；

(3)

對被動魚雷：

SLD-TL(R2)≥SLN-TL(R1)，

(4)

式中：SL為魚雷主動聲源級，dB；TL()為傳播損失，dB，R2為魚雷與誘餌之間的距離，R1為魚雷與目標間的距離；TSD，TS分別為誘餌模擬回波的目標強度和潛艇的目標強度，dB；SLD為誘餌的模擬輻射噪聲源級，dB；SLN為潛艇的輻射噪聲源級，dB。

2) 時間誘騙區

對于主被動聲自導魚雷而言，誘餌對其的誘騙還存在一個時間誘騙區。在時間誘騙區內，誘餌產生的模擬回波比被掩蓋潛艇的反射回波先期傳播至魚雷處，而在時間誘騙區外，魚雷先接收到的是潛艇反射回波，而不是誘餌的模擬回波。由于魚雷、誘餌、被掩護潛艇三者的空間位置是不斷變化的，故時間誘騙區范圍也是不斷改變的。為分析方便，這里只介紹三者在一個平面上的情況，必須滿足：

tM≥tD+tτ，

(5)

即

tM-tD≥tτ,

(6)

式中：tM為魚雷收到的潛艇回波時間；tD+tτ為魚雷收到的誘餌回波時間；tτ為誘餌響應延遲時間。

滿足公式(6)，則誘餌模擬回波先于潛艇反射波返回魚雷處，魚雷處于時間誘騙區內。

2.2.2 自航式誘餌誘騙技術現狀

自航式誘餌誘騙技術，由于其戰術使用靈活，有效作用半徑大，干擾誘騙效果好等特點，在潛用對抗武器中重要程度越來越凸顯，不論在遠距離實施主動誘騙，或近距離貼身保護等情況下，都可以很好地勝任其干擾誘騙功能，是海軍公認的潛艇“護身符”。經過20多年的發展，自航式誘餌各方面技術都有了常足的進步，現已形成較為完善的技術體系，其技術現狀呈現以下特點：

(1) 噪聲與回波模擬的頻帶越來越寬(主要朝低頻發展)；

(2) 從單亮點回波模擬發展到線尺度模擬；

(3) 從早期的白噪聲模擬發展到回放真實艇的噪聲樣本；

(4) 正在研究硬殺傷誘餌技術，使其具備誘爆、引爆魚雷功能，逐步形成軟硬結合的技術體系；

(5) 從對魚雷/聲吶等武器的戰術誘騙，發展到對敵方兵力的戰役誘騙；

(6) 適應魚雷非聲檢測手段，增加磁特征模擬功能，光電、紅外等特征模擬也在加緊研制；

(7) 大小口徑的誘餌，可以滿足不同武器平臺需要。

綜上所述，自航式誘餌目前已初步形成“遠近結合、軟硬殺傷、聲磁兼備”的技術格局，將來通過拓展其作戰平臺，還將實現“水下水面”通用。

2.3 對抗技術試驗驗證情況

自航式誘餌誘騙技術按照上述發展模式，必將在未來戰場中發揮重要作用，而作為潛用對抗技術的重要組成，可以結合干擾技術，形成組合對抗技術模式，再配合潛艇機動規避，以期最大發揮其作戰效用，大幅提高潛艇生存概率。其作戰使用效果，可以通過組合對抗試驗形式加以驗證，圖3為開展的典型組合對抗技術試驗驗證方案示意圖。

該方案作戰想定魚雷報警距離足夠遠(一般5～6 km)，潛艇實施干擾(壓制、屏蔽)+誘騙組合對抗技術方式。各類型對抗技術作用如下：

(1) 壓制干擾技術(寬帶噪聲干擾器)通過增加強背景噪聲，降低魚雷檢測端信噪比，中斷其對目標(潛艇)的有效跟蹤，導致其丟失目標；

(2) 屏蔽型干擾技術(氣幕彈)，使目標(潛艇)的聲信號特性進一步減弱，掩護潛艇進行機動規避和實施誘騙；

(3) 誘騙技術(點源、尺度自航式聲誘餌)，在魚雷穿過屏蔽型對抗武器后，作為“假”目標，首先被魚雷發現，通過機動方式誘騙魚雷遠離潛艇，掩護潛艇盡快逃出魚雷自導搜索區。

此組合方式可以形象地比喻為“閃光彈+煙霧彈+替身”戰術，當進攻方(魚雷)發現遠處有目標(潛艇)，準備進攻時，對方投出閃光彈(噪聲干擾器)，使進攻方(魚雷)處于短時失明狀態，待恢復后，又進入煙霧彈(氣幕彈)區域，視線有些模糊，穿過煙霧彈(氣幕彈)區域，發現替身(聲誘餌)正在逃跑，追擊一段后才發現是假的，可此時真目標(潛艇)已逃出視線以外了。

在實施該試驗方案還應注意以下要點：

(1) 對抗復雜度管控:采用基于作戰想定的試驗方法，選擇參試對抗裝備/器材和靶標；

(2) 對抗時間管控:明確參試設備的開關順序和工作時間，與實戰狀態保持一致；

(3) 對抗態勢管控:設計水聲對抗器材的布放位置、自航式聲誘餌與活動靶的航行彈道，逼真模擬作戰態勢；

(4) 全程感知對抗試驗中的各類信息，綜合評估對抗效果。

按照該試驗驗證方案，通過開展實航試驗，對組合對抗技術方案進行檢驗，潛艇生存概率提升顯著。

3 對抗技術發展趨勢

為適應未來魚雷遠航程、高機動、精細識別、非聲手段等發展方向，作為最為有效的自航式誘餌誘騙技術也必然要隨之提升，形成如下發展趨勢：

(1) 從應急防御向主動牽制、潛伏設防、智能集群等方向發展，以主動牽制消耗敵有生反潛兵力，以潛伏設防提高防御范圍，以智能集群形成信息互享實現智能組合對抗。

(2) 目標智能模擬逼真度全面提高。由線、面聲學特征模擬，發展到體聲學特征模擬；進一步發展其他非聲模擬逼真度，如潛艇尾流模擬、熱效應特征模擬等，以應對快速發展的魚雷精細識別技術。

(3) 機動特性進一步提升。不論是從模擬目標運動特征的逼真度(目前潛艇最大航速35 kn，1 kn=0.514 m/s)來說，還是從戰術使用角度(通過高機動，盡快進入最佳誘騙區域，同時通過高機動誘騙高航速魚雷盡可能遠離潛艇)，都將促進自航式誘餌的機動特性提升。

(4) 水下水面平臺通用。自航式誘餌作為潛艇最為有效的防御武器，通過技術改造，使其適應水面艦船的武器平臺，可完善其防御體系。

(5) 進一步豐富硬殺傷技術手段，形成中遠端誘騙、近端誘爆、末端毀傷的對抗模式。

4 結束語

為應對魚雷水下精確制導技術的巨大威脅，水下精確制導武器對抗技術發展迅速。本文在簡要介紹魚雷的技術特性及其對抗技術體系的基礎上，重點分析潛用對抗技術的現狀，經典型組合對抗技術試驗驗證，其技術成熟、可靠。最后，對對抗技術未來發展趨勢進行了展望。Counter-CountermeasureofTorpedoBasedonDifferentEvaluationGrade[J].TorpedoTechnology，2016，24(3):227-234.