謝 輝 楊明明 鄧 波

(91388部隊(duì) 湛江 524022)

發(fā)射脈沖長(zhǎng)度對(duì)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度的影響研究

謝 輝 楊明明 鄧 波

(91388部隊(duì) 湛江 524022)

為研究發(fā)射脈沖長(zhǎng)度對(duì)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度值的影響問(wèn)題,首先在理論上建立了發(fā)射脈沖長(zhǎng)度對(duì)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度值的影響模型并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算分析,進(jìn)而根據(jù)海上實(shí)際實(shí)施的潛艇目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量數(shù)據(jù),分析發(fā)射脈沖長(zhǎng)度對(duì)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度的實(shí)際影響,最后總結(jié)得出相關(guān)有益結(jié)論,可為海上開(kāi)展?jié)撏繕?biāo)強(qiáng)度測(cè)量試驗(yàn)提供參考與借鑒。

脈沖長(zhǎng)度; 潛艇; 目標(biāo)強(qiáng)度; 測(cè)量

Class Number TJ631; TB114.3

1 引言

測(cè)量潛艇目標(biāo)強(qiáng)度特性對(duì)于指導(dǎo)主動(dòng)聲吶設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)聲吶作用距離、指導(dǎo)潛艇對(duì)潛作戰(zhàn)和聲自導(dǎo)魚(yú)雷使用具有重要的軍事意義[1～4],當(dāng)前潛艇目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量方法主要有常規(guī)法與應(yīng)答法。常規(guī)法需要在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量聲傳播損失,從而由于傳播起伏帶來(lái)測(cè)量誤差較大的問(wèn)題,但因其實(shí)施簡(jiǎn)單方便目前仍廣泛使用。應(yīng)答法是在潛艇甲板上安置應(yīng)答器和水聽(tīng)器的測(cè)量方法,不需要測(cè)量聲傳播損失,精度高,但需要另外安置特殊測(cè)量設(shè)備,從而實(shí)施起來(lái)較為不便[5～6]。不論采用何種測(cè)量方法,皆需要使用發(fā)射聲源發(fā)射一定波形與脈沖長(zhǎng)度的脈沖信號(hào)來(lái)實(shí)施潛艇目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量。

對(duì)潛艇而言,因其為長(zhǎng)形目標(biāo),從而短脈沖不能全部照射到潛艇全部,故可以預(yù)計(jì)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度將隨著發(fā)射脈沖長(zhǎng)度的減少而降低,基于這一考慮,本文首先從理論上推導(dǎo)了潛艇目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量對(duì)發(fā)射脈沖長(zhǎng)度的要求,而后結(jié)合海上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析不同發(fā)射脈沖長(zhǎng)度對(duì)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度實(shí)際測(cè)量值的影響,最后結(jié)合理論分析與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出相關(guān)有益結(jié)論。

2 理論分析與計(jì)算

2.1 理論分析

如圖1所示,假定發(fā)射脈沖長(zhǎng)度為τ的平面波入射到長(zhǎng)度為L(zhǎng)的被測(cè)潛艇上,被測(cè)潛艇航向反方向與入射平面波垂直面的夾角記為θ。

圖1 發(fā)射脈沖入射潛艇示意圖

記海水中聲速為c,由幾何關(guān)系可知,如要被測(cè)目標(biāo)潛艇上的A點(diǎn)和B點(diǎn)所產(chǎn)生的回波在脈沖長(zhǎng)度τ內(nèi)被接收水聽(tīng)器同時(shí)接收到,則必須滿足如下關(guān)系[7～8]：

(1)

即

(2)

由式(2)可以看出,隨著發(fā)射脈沖長(zhǎng)度τ的增加,對(duì)回波有貢獻(xiàn)的潛艇表面積也相應(yīng)地變大,直到變得足夠大,以至整個(gè)潛艇表面都能對(duì)回波產(chǎn)生貢獻(xiàn)為止。而對(duì)于在潛艇正橫方向進(jìn)行的目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量,由于潛艇目標(biāo)沿發(fā)射脈沖入射方向上的長(zhǎng)度比較小,回波的形成主要是幾何鏡面發(fā)射,因此目標(biāo)強(qiáng)度值隨脈沖長(zhǎng)度變化的現(xiàn)象將不顯著。對(duì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的潛艇目標(biāo),由式(2)可以得出,如要整個(gè)潛艇表面都能對(duì)回波產(chǎn)生貢獻(xiàn),則發(fā)射脈沖長(zhǎng)度τ需滿足如下關(guān)系：

(3)

2.2 實(shí)例計(jì)算

假設(shè)某型被測(cè)潛艇長(zhǎng)度L為72.6m[9],測(cè)量時(shí)海水中聲速c為1500m/s,則由式(3)可計(jì)算得到不同夾角θ與對(duì)應(yīng)的最小所需脈沖長(zhǎng)度τ的關(guān)系如圖2所示。從圖2中可以看出,對(duì)該型被測(cè)艦艇進(jìn)行目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量時(shí),至少要求發(fā)射脈沖長(zhǎng)度τ需大于100ms。

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 實(shí)測(cè)方案

測(cè)量航路示意圖如圖3所示,被測(cè)潛艇在30m深度上以2.5kn航速保持穩(wěn)速穩(wěn)向航行,測(cè)量船在大約450m的距離上圍繞被測(cè)潛艇旋回前進(jìn),發(fā)射脈沖為CW單頻信號(hào),頻率為24kHz與64kHz,發(fā)射脈沖長(zhǎng)度分別為1ms、10ms、30ms和100ms。

圖2 夾角θ與最小所需脈沖長(zhǎng)度τ的關(guān)系圖

圖3 測(cè)量航路示意圖

3.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

發(fā)射脈沖長(zhǎng)度為1ms、10ms和30ms時(shí)的被測(cè)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度值TS與敵舷角θ的關(guān)系如圖4、圖5所示[10]。

圖4 24kHz時(shí)目標(biāo)強(qiáng)度與發(fā)射脈沖長(zhǎng)度關(guān)系圖

從圖4與圖5中可以明顯看到發(fā)射脈沖長(zhǎng)度對(duì)被測(cè)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度值有顯著的影響,在發(fā)射脈沖長(zhǎng)度小于10ms且敵舷角不是正橫時(shí)目標(biāo)強(qiáng)度值下降得特別明顯,在發(fā)射脈沖長(zhǎng)度大于10ms時(shí)目標(biāo)強(qiáng)度值仍增大變化。

圖5 64kHz時(shí)目標(biāo)強(qiáng)度與發(fā)射脈沖長(zhǎng)度關(guān)系圖

記發(fā)射脈沖長(zhǎng)度分別為100ms 、30ms和10ms時(shí)的被測(cè)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度值的平均值為T(mén)S100ms、TS30ms與TS10ms,其平均值差值記為ΔTS1=TS100ms-TS30ms與ΔTS2=TS100ms-TS10ms,則實(shí)測(cè)得到ΔTS1、ΔTS2與敵舷角余弦cosθ的關(guān)系如圖6所示[10]。

圖6 cosθ與目標(biāo)強(qiáng)度平均值差值關(guān)系圖

從圖6中可以看出隨著cosθ的增大,目標(biāo)強(qiáng)度平均值差值也增大,并在艇艏艇艉的航向角內(nèi)達(dá)到最大,而在發(fā)射聲波正橫入射時(shí)最小,在發(fā)射脈沖長(zhǎng)度從30ms變化至100ms時(shí)被測(cè)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度值仍增大變化。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)發(fā)射脈沖長(zhǎng)度對(duì)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度值的影響問(wèn)題,通過(guò)理論計(jì)算分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理,得出以下結(jié)論：

1) 理論計(jì)算表明,對(duì)于潛艇目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量,如要發(fā)射脈沖照射到潛艇全部,發(fā)射脈沖長(zhǎng)度必須大于100ms；

2) 實(shí)測(cè)結(jié)果顯示,發(fā)射脈沖長(zhǎng)度為30ms以下時(shí),潛艇目標(biāo)強(qiáng)度急劇下降,在發(fā)射脈沖長(zhǎng)度為30ms～100ms時(shí)潛艇目標(biāo)強(qiáng)度仍然增加；

3) 海上實(shí)施潛艇目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量時(shí),發(fā)射聲源的發(fā)射脈沖長(zhǎng)度應(yīng)該大于100ms,并盡量留有余量。

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Effects of Transmitted Pulse Length of Submarine Target Strength

XIE Hui YANG Mingming DENG Bo

(No. 91388 Troops of PLA, Zhanjiang 524022)

In order to study the issue of the length of the transmitted pulse submarine target strength, first theoretical transmit pulse length of the submarine target strength of the model is established and the corresponding calculation and analysis are conducted. Then according to the target strength measurements at sea submarine actual implementation, the actual impact of the transmitted pulse length of the submarine target strength is analyzed. It is concluded that beneficial draw relevant conclusions can provide reference and experience to carry out the offshore submarine target strength measurement test.

pulse length, submarine, target strength, measurement

2016年7月3日,

2016年8月19日

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):60902071)資助。

謝輝,女,碩士,工程師,研究方向:目標(biāo)特性測(cè)量技術(shù)研究。

TJ631; TB114.3

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.01.013