拖曳陣魚雷報警聲納測向精度試驗方法

黎 陽，張福生，陳寶柱

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拖曳陣魚雷報警聲納測向精度試驗方法

黎 陽，張福生，陳寶柱

（91388部隊，廣東湛江 524022）

針對水面艦船拖曳陣魚雷報警聲納測向精度試驗問題，提出了選取兩種不同目標的試驗方法。對比分析了兩種試驗方法的優缺點，定量分析了試驗目標定位精度和試驗樣本量要求，對試驗方法進行了優選，基于科學性、合理性、貼近實戰的原則，提出了兩種試驗方法聯合使用的綜合試驗方法，可為后續魚雷報警聲納測向精度試驗設計和實施提供借鑒。

魚雷報警聲納 測向精度 試驗方法

0 前言

水面艦船拖曳陣魚雷報警聲納（以下簡稱魚雷報警聲納）是水面艦船水下防御系統的重要組成設備，一般采用水下拖曳的方式使魚雷報警聲納基陣遠離本艦，降低艦船自噪聲干擾影響，提高對水下目標的探測能力，實現對水下來襲魚雷的探測、跟蹤和聲光報警，并提供準確的魚雷方位信息，為指揮員使用對抗武器進行水下防御提供信息保障。測向精度是魚雷報警聲納的重要指標，該指標直接影響到水面艦船對來襲魚雷方位的判別，進而決定了其對魚雷的防御效果。因此，測向精度試驗結果能否科學反映貼近實戰條件下魚雷報警聲納實際作戰能力至關重要。

魚雷報警聲納與其他常規聲納相比存在較大差異，由于其作戰對象為魚雷目標，對比潛艇而言魚雷具有體積小、航行速度快、水下定位難、試驗風險高、試驗消耗大等特點，使用常規聲納對潛艇測向精度的試驗方法難以滿足魚雷報警聲納試驗的需求。

1 魚雷報警聲納測向精度試驗概述

1.1 魚雷報警聲納測向精度試驗現狀

按照貼近實戰條件下試驗的原則，試驗時魚雷報警聲納一般安裝在實裝平臺上，在海上實際使用條件下，進行測向精度試驗，根據試驗目標類型不同，可分為使用魚雷作為目標和使用水面艦船作為目標兩種方法。

在目前組織進行的魚雷報警聲納測向精度試驗中，由于受測量保障條件、魚雷保障和試驗時間等因素限制，一般使用水面艦船代替魚雷進行試驗，試驗時目標艦和試驗艦高速相向航行，以此來模擬魚雷來襲時的方位變化情況，此方法在相關定型試驗規程中已有明確規定。但隨著海軍裝備的發展，對試驗的要求越來越高，有部分專家對此方法提出了質疑，認為該方法貼近實戰程度不高，試驗結果難以真實反應裝備實際作戰能力。

1.2 使用魚雷為目標的試驗方法

試驗艦拖曳魚雷報警聲納定速直航，潛艇位試驗艦不同方位發射魚雷攻擊試驗艦，魚雷報警聲納對魚雷進行探測、跟蹤和報警，記錄不同時刻魚雷報警聲納探測魚雷的舷角。魚雷通過水下定位設備定位，試驗艦通過GPS定位。統計不同時刻魚雷相對試驗艦舷角真值與聲納測量值誤差，可得出魚雷報警聲納測向精度試驗結果。試驗航路如圖1所示：

圖1 使用魚雷為目標的試驗航路示意圖

1.3 使用水面艦船為目標的試驗方法

以水面艦船代替魚雷作為目標進行試驗。試驗艦拖曳魚雷報警聲納定速直航，目標艦以高航速、與試驗艦相向航行，魚雷報警聲納對目標艦進行探測、跟蹤，記錄不同時刻魚雷報警聲納探測目標艦舷角。試驗艦和目標艦通過GPS或北斗系統進行定位。統計不同時刻目標艦相對試驗艦舷角真值與聲納測量值誤差，可得出聲納測向精度試驗結果。試驗航路如圖2所示。

圖2 使用水面艦船為目標的試驗航路示意圖

2 兩種試驗方法對比分析

2.1 以魚雷為目標的試驗方法

1）優點：

目標為真實目標，能反應作戰對象的真實聲學特性；

試驗態勢能真實模擬實戰態勢，試驗結果能真實體現魚雷報警聲納的實際作戰能力。

2）缺點：

試驗中需發射的魚雷條次數多，試驗組織實施難、周期長、消耗大，安全風險高；

試驗測量要求高，試驗中需對潛艇和魚雷進行水下定位，且定位精度要求高；

受魚雷等因素影響，試驗無效條次的風險高；

受水文條件等因素影響，試驗航路需現場調整，航路有效性難以保證。

2.2 以水面艦船為目標的試驗方法

1）優點：

試驗態勢設計方便，通過航路設計可考核整個觀察范圍邊界條件內魚雷報警聲納的測向精度；

便于組織實施，兵力保障簡單，安全風險小；

受環境條件制約小，可根據海上試驗條件，現場調整航速參數，保證數據完整、試驗有效。

2）缺點：

通過水面艦模擬魚雷，不能真實反應魚雷出管噪聲、輻射噪聲、主動聲自導信號等魚雷的聲學特征；

采用高速目標、相向航行的方法，能一定程度模擬魚雷來襲時的方位變化率，但難以完全模擬魚雷高速攻擊試驗艦的試驗態勢。

表1 兩種試驗方法優缺點分析

因素魚雷為目標水面艦船為目標 目標選擇真實聲學特性模擬目標特性 態勢選擇實戰態勢模擬態勢 航路調整難以調整便于調整 試驗實施難易 試驗時間長短 試驗消耗多少 試驗風險大小 測量保障要求高易于測量 制約條件魚雷保障高航速艦船保障

由于水面艦船航行深度限制，在夏秋季節受表面聲道的影響較大。兩種試驗方法優劣對比如上表1所示。

3 試驗方法優選

3.1 試驗目標定位精度分析

拖曳式魚雷報警聲納測向精度是指聲納讀取目標舷角數值相對于目標舷角真值的誤差。而目標舷角真值是通過試驗時本艦的航向、本艦和目標的位置計算獲得，其中試驗目標定位精度是制約魚雷報警聲納測向精度試驗的關鍵因素，決定了其試驗結果是否有效，試驗時水面目標可以通過GPS或北斗進行定位，而魚雷水下定位問題一直是試驗的難題。對兩種試驗方法進行優選，首先需分析試驗目標的定位精度要求，定位精度要求可按以下方法計算。

如圖3所示，目標距試驗艦的距離，Δ為單位時間內目標的位移，Δ為單位時間內目標舷角改變量，當遠大于Δ時，Δ可近似為圓弧，Δ為圓弧對應的圓心角，則：

按照測量設備精度高于測量值一個數量級的方法，則定位設備測量精度至少需滿足：

由此可見，在進行魚雷報警聲納測向精度試驗時，需保證目標的定位精度滿足公式（2）的要求。以測向精度1度、距離10000 m為例計算，定位設備精度不小于17 m；以測向精度1度、距離2000 m計算，則定位設備精度不小于3.5 m。顯然，使用水面艦船作為目標時采用GPS或北斗定位方法易于滿足該要求，使用魚雷作為目標時水下定位精度難以滿足該要求。

3.2 試驗樣本量分析

試驗樣本量也是制約魚雷報警聲納測向精度試驗的重要因素，樣本量的大小決定了試驗結果的依據是否充分。由于魚雷報警聲納測向精度一般針對不同角度提出了不同的指標要求，因此在進行測向精度試驗時需覆蓋所有角度范圍，針對每一個角度范圍的指標需取得滿足要求的試驗樣本量，一般不少于50組。考慮到魚雷報警聲納兩舷不同角度的測向精度，使用魚雷作為試驗目標時約需發射魚雷10個有效條次，使用水面艦船作為目標時需繞試驗艦航行一周。

3.3 魚雷報警聲納測向機理分析

魚雷報警聲納通過拖曳式水下接收陣接收水下信號和噪聲，經信號放大處理后，傳送至至信號處理機，進行波束形成處理，在此基礎上實現目標探測和噪聲測向，其信號流程圖如圖4所示。在信號檢測過程中，因目標類別和目標強度不同，將導致魚雷報警聲納報警距離不同，因此在進行魚雷報警距離試驗時需選擇指標條件規定的真實魚雷目標進行試驗。

圖4 魚雷報警聲納信號流程圖

而魚雷報警聲納測向精度是在聲納穩定跟蹤目標后的測向精度，穩定跟蹤目標后，其測向精度受目標類別和目標強度的影響不大，受目標方位變化率影響較大，當在聲納一個檢測周期內，目標的方位變化率大于聲納的一個波束寬度則會導致其方位測量偏差，影響其測向精度。由此可見，在使用水面艦船代替魚雷目標進行測向精度試驗時，只要模擬目標的方位變化率與真實來襲魚雷的方位變化率相當，則其試驗結果能真實反應聲納的測向精度。

3.4 綜合分析

通過上述分析，使用魚雷作為目標和使用水面艦船作為目標，進行魚雷報警聲納測向精度試驗各有優缺點，在試驗中選用何種試驗方法需根據試驗保障條件進行具體分析。在目前的條件下，使用水面艦船作為目標是一種現實的做法，既能較客觀反映裝備的基本性能，又不會因為風險太大導致試驗難以實施。當然，隨著海軍裝備的發展，大家對裝備試驗的重視程度越來越高，試驗投入逐漸加大，同時試驗測量技術也在不斷發展，水下固定陣等水下測量手段的建設將徹底解決水下定位問題，后續使用大量條次的魚雷作為目標進行魚雷報警聲納測向精度試驗也有可能，這樣試驗的結果將更具有說服力。美國等西方發達國家的武器裝備試驗即是按照這種思路，在實際作戰條件下進行大樣本量的武器發射試驗，檢驗裝備實際作戰能力。

事實上，試驗時每個項目的安排并不是孤立的，在試驗設計時需對試驗項目進行總體規劃。魚雷報警聲納試驗時一般將測向精度試驗與魚雷報警距離、觀察范圍、對抗效果等試驗進行統籌考慮，設置魚雷或模擬目標進行試驗，因此在試驗時可使用水面艦船進行測向精度試驗的考核，同時結合魚雷報警距離、對抗效果等實際魚雷發射試驗，統計在實戰條件下魚雷報警聲納對魚雷目標的測向精度，對試驗結果進行驗證，如圖5所示。這樣既考慮了試驗結果的科學性，又兼顧了裝備貼近實戰條件下的作戰能力檢驗。

圖5 綜合試驗與評估方法示意圖

4 結束語

關于拖曳陣魚雷報警聲納測向精度試驗方法一直是行業的焦點問題。本文對比分析了兩種試驗方法的優缺點，從試驗目標定位精度、試驗樣本量要求和魚雷報警聲納測向機理三方面進行了定量分析和計算，并對驗方法的優化選擇進行了分析，得出試驗方法主要由試驗保障條件和試驗測量技術決定的結論，并創新性地提出了兩種試驗方法綜合使用的試驗和評估方法。最后對后續試驗的發展進行了展望。

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Test Method of Direction Finding Accuracy in Torpedo-Alarm Sonar Test

Li Yang, Zhang Fusheng, Chen Baozhu

(Army Unit 91388, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

TJ631

A

1003-4862（2019）01-0057-04

2018-08-20

黎陽（1977-），男，工程師。研究方向：水聲對抗裝備試驗鑒定。E-mail: baoliang747@126.com