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(yàn)方法

黎 陽，張福生，陳寶柱

（91388部隊(duì)，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(yàn)問題，提出了選取兩種不同目標(biāo)的試驗(yàn)方法。對比分析了兩種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，定量分析了試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)定位精度和試驗(yàn)樣本量要求，對試驗(yàn)方法進(jìn)行了優(yōu)選，基于科學(xué)性、合理性、貼近實(shí)戰(zhàn)的原則，提出了兩種試驗(yàn)方法聯(lián)合使用的綜合試驗(yàn)方法，可為后續(xù)魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施提供借鑒。

魚雷報警聲納 測向精度 試驗(yàn)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(tǒng)的重要組成設(shè)備，一般采用水下拖曳的方式使魚雷報警聲納基陣遠(yuǎn)離本艦，降低艦船自噪聲干擾影響，提高對水下目標(biāo)的探測能力，實(shí)現(xiàn)對水下來襲魚雷的探測、跟蹤和聲光報警，并提供準(zhǔn)確的魚雷方位信息，為指揮員使用對抗武器進(jìn)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(biāo)，該指標(biāo)直接影響到水面艦船對來襲魚雷方位的判別，進(jìn)而決定了其對魚雷的防御效果。因此，測向精度試驗(yàn)結(jié)果能否科學(xué)反映貼近實(shí)戰(zhàn)條件下魚雷報警聲納實(shí)際作戰(zhàn)能力至關(guān)重要。

魚雷報警聲納與其他常規(guī)聲納相比存在較大差異，由于其作戰(zhàn)對象為魚雷目標(biāo)，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(yàn)風(fēng)險高、試驗(yàn)消耗大等特點(diǎn)，使用常規(guī)聲納對潛艇測向精度的試驗(yàn)方法難以滿足魚雷報警聲納試驗(yàn)的需求。

1 魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)概述

1.1 魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)現(xiàn)狀

按照貼近實(shí)戰(zhàn)條件下試驗(yàn)的原則，試驗(yàn)時魚雷報警聲納一般安裝在實(shí)裝平臺上，在海上實(shí)際使用條件下，進(jìn)行測向精度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)類型不同，可分為使用魚雷作為目標(biāo)和使用水面艦船作為目標(biāo)兩種方法。

在目前組織進(jìn)行的魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)中，由于受測量保障條件、魚雷保障和試驗(yàn)時間等因素限制，一般使用水面艦船代替魚雷進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時目標(biāo)艦和試驗(yàn)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(guān)定型試驗(yàn)規(guī)程中已有明確規(guī)定。但隨著海軍裝備的發(fā)展，對試驗(yàn)的要求越來越高，有部分專家對此方法提出了質(zhì)疑，認(rèn)為該方法貼近實(shí)戰(zhàn)程度不高，試驗(yàn)結(jié)果難以真實(shí)反應(yīng)裝備實(shí)際作戰(zhàn)能力。

1.2 使用魚雷為目標(biāo)的試驗(yàn)方法

試驗(yàn)艦拖曳魚雷報警聲納定速直航，潛艇位試驗(yàn)艦不同方位發(fā)射魚雷攻擊試驗(yàn)艦，魚雷報警聲納對魚雷進(jìn)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(shè)備定位，試驗(yàn)艦通過GPS定位。統(tǒng)計(jì)不同時刻魚雷相對試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)航路如圖1所示：

圖1 使用魚雷為目標(biāo)的試驗(yàn)航路示意圖

1.3 使用水面艦船為目標(biāo)的試驗(yàn)方法

以水面艦船代替魚雷作為目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)艦拖曳魚雷報警聲納定速直航，目標(biāo)艦以高航速、與試驗(yàn)艦相向航行，魚雷報警聲納對目標(biāo)艦進(jìn)行探測、跟蹤，記錄不同時刻魚雷報警聲納探測目標(biāo)艦舷角。試驗(yàn)艦和目標(biāo)艦通過GPS或北斗系統(tǒng)進(jìn)行定位。統(tǒng)計(jì)不同時刻目標(biāo)艦相對試驗(yàn)艦舷角真值與聲納測量值誤差，可得出聲納測向精度試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)航路如圖2所示。

圖2 使用水面艦船為目標(biāo)的試驗(yàn)航路示意圖

2 兩種試驗(yàn)方法對比分析

2.1 以魚雷為目標(biāo)的試驗(yàn)方法

1）優(yōu)點(diǎn)：

目標(biāo)為真實(shí)目標(biāo)，能反應(yīng)作戰(zhàn)對象的真實(shí)聲學(xué)特性；

試驗(yàn)態(tài)勢能真實(shí)模擬實(shí)戰(zhàn)態(tài)勢，試驗(yàn)結(jié)果能真實(shí)體現(xiàn)魚雷報警聲納的實(shí)際作戰(zhàn)能力。

2）缺點(diǎn)：

試驗(yàn)中需發(fā)射的魚雷條次數(shù)多，試驗(yàn)組織實(shí)施難、周期長、消耗大，安全風(fēng)險高；

試驗(yàn)測量要求高，試驗(yàn)中需對潛艇和魚雷進(jìn)行水下定位，且定位精度要求高；

受魚雷等因素影響，試驗(yàn)無效條次的風(fēng)險高；

受水文條件等因素影響，試驗(yàn)航路需現(xiàn)場調(diào)整，航路有效性難以保證。

2.2 以水面艦船為目標(biāo)的試驗(yàn)方法

1）優(yōu)點(diǎn)：

試驗(yàn)態(tài)勢設(shè)計(jì)方便，通過航路設(shè)計(jì)可考核整個觀察范圍邊界條件內(nèi)魚雷報警聲納的測向精度；

便于組織實(shí)施，兵力保障簡單，安全風(fēng)險??；

受環(huán)境條件制約小，可根據(jù)海上試驗(yàn)條件，現(xiàn)場調(diào)整航速參數(shù)，保證數(shù)據(jù)完整、試驗(yàn)有效。

2）缺點(diǎn)：

通過水面艦?zāi)M魚雷，不能真實(shí)反應(yīng)魚雷出管噪聲、輻射噪聲、主動聲自導(dǎo)信號等魚雷的聲學(xué)特征；

采用高速目標(biāo)、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(yàn)艦的試驗(yàn)態(tài)勢。

表1 兩種試驗(yàn)方法優(yōu)缺點(diǎn)分析

因素魚雷為目標(biāo)水面艦船為目標(biāo) 目標(biāo)選擇真實(shí)聲學(xué)特性模擬目標(biāo)特性 態(tài)勢選擇實(shí)戰(zhàn)態(tài)勢模擬態(tài)勢 航路調(diào)整難以調(diào)整便于調(diào)整 試驗(yàn)實(shí)施難易 試驗(yàn)時間長短 試驗(yàn)消耗多少 試驗(yàn)風(fēng)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(jié)受表面聲道的影響較大。兩種試驗(yàn)方法優(yōu)劣對比如上表1所示。

3 試驗(yàn)方法優(yōu)選

3.1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)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(biāo)舷角數(shù)值相對于目標(biāo)舷角真值的誤差。而目標(biāo)舷角真值是通過試驗(yàn)時本艦的航向、本艦和目標(biāo)的位置計(jì)算獲得，其中試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)定位精度是制約魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)的關(guān)鍵因素，決定了其試驗(yàn)結(jié)果是否有效，試驗(yàn)時水面目標(biāo)可以通過GPS或北斗進(jìn)行定位，而魚雷水下定位問題一直是試驗(yàn)的難題。對兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)選，首先需分析試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的定位精度要求，定位精度要求可按以下方法計(jì)算。

如圖3所示，目標(biāo)距試驗(yàn)艦的距離，Δ為單位時間內(nèi)目標(biāo)的位移，Δ為單位時間內(nèi)目標(biāo)舷角改變量，當(dāng)遠(yuǎn)大于Δ時，Δ可近似為圓弧，Δ為圓弧對應(yīng)的圓心角，則：

按照測量設(shè)備精度高于測量值一個數(shù)量級的方法，則定位設(shè)備測量精度至少需滿足：

由此可見，在進(jìn)行魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)時，需保證目標(biāo)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(jì)算，定位設(shè)備精度不小于17 m；以測向精度1度、距離2000 m計(jì)算，則定位設(shè)備精度不小于3.5 m。顯然，使用水面艦船作為目標(biāo)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(biāo)時水下定位精度難以滿足該要求。

3.2 試驗(yàn)樣本量分析

試驗(yàn)樣本量也是制約魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)的重要因素，樣本量的大小決定了試驗(yàn)結(jié)果的依據(jù)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(biāo)要求，因此在進(jìn)行測向精度試驗(yàn)時需覆蓋所有角度范圍，針對每一個角度范圍的指標(biāo)需取得滿足要求的試驗(yàn)樣本量，一般不少于50組?？紤]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(yàn)?zāi)繕?biāo)時約需發(fā)射魚雷10個有效條次，使用水面艦船作為目標(biāo)時需繞試驗(yàn)艦航行一周。

3.3 魚雷報警聲納測向機(jī)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(jīng)信號放大處理后，傳送至至信號處理機(jī)，進(jìn)行波束形成處理，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)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(biāo)類別和目標(biāo)強(qiáng)度不同，將導(dǎo)致魚雷報警聲納報警距離不同，因此在進(jìn)行魚雷報警距離試驗(yàn)時需選擇指標(biāo)條件規(guī)定的真實(shí)魚雷目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。

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(wěn)定跟蹤目標(biāo)后的測向精度，穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)后，其測向精度受目標(biāo)類別和目標(biāo)強(qiáng)度的影響不大，受目標(biāo)方位變化率影響較大，當(dāng)在聲納一個檢測周期內(nèi)，目標(biāo)的方位變化率大于聲納的一個波束寬度則會導(dǎo)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(biāo)進(jìn)行測向精度試驗(yàn)時，只要模擬目標(biāo)的方位變化率與真實(shí)來襲魚雷的方位變化率相當(dāng)，則其試驗(yàn)結(jié)果能真實(shí)反應(yīng)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(biāo)和使用水面艦船作為目標(biāo)，進(jìn)行魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)各有優(yōu)缺點(diǎn)，在試驗(yàn)中選用何種試驗(yàn)方法需根據(jù)試驗(yàn)保障條件進(jìn)行具體分析。在目前的條件下，使用水面艦船作為目標(biāo)是一種現(xiàn)實(shí)的做法，既能較客觀反映裝備的基本性能，又不會因?yàn)轱L(fēng)險太大導(dǎo)致試驗(yàn)難以實(shí)施。當(dāng)然，隨著海軍裝備的發(fā)展，大家對裝備試驗(yàn)的重視程度越來越高，試驗(yàn)投入逐漸加大，同時試驗(yàn)測量技術(shù)也在不斷發(fā)展，水下固定陣等水下測量手段的建設(shè)將徹底解決水下定位問題，后續(xù)使用大量條次的魚雷作為目標(biāo)進(jìn)行魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)也有可能，這樣試驗(yàn)的結(jié)果將更具有說服力。美國等西方發(fā)達(dá)國家的武器裝備試驗(yàn)即是按照這種思路，在實(shí)際作戰(zhàn)條件下進(jìn)行大樣本量的武器發(fā)射試驗(yàn)，檢驗(yàn)裝備實(shí)際作戰(zhàn)能力。

事實(shí)上，試驗(yàn)時每個項(xiàng)目的安排并不是孤立的，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時需對試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行總體規(guī)劃。魚雷報警聲納試驗(yàn)時一般將測向精度試驗(yàn)與魚雷報警距離、觀察范圍、對抗效果等試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，設(shè)置魚雷或模擬目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，因此在試驗(yàn)時可使用水面艦船進(jìn)行測向精度試驗(yàn)的考核，同時結(jié)合魚雷報警距離、對抗效果等實(shí)際魚雷發(fā)射試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)在實(shí)戰(zhàn)條件下魚雷報警聲納對魚雷目標(biāo)的測向精度，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5所示。這樣既考慮了試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性，又兼顧了裝備貼近實(shí)戰(zhàn)條件下的作戰(zhàn)能力檢驗(yàn)。

圖5 綜合試驗(yàn)與評估方法示意圖

4 結(jié)束語

關(guān)于拖曳陣魚雷報警聲納測向精度試驗(yàn)方法一直是行業(yè)的焦點(diǎn)問題。本文對比分析了兩種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)定位精度、試驗(yàn)樣本量要求和魚雷報警聲納測向機(jī)理三方面進(jìn)行了定量分析和計(jì)算，并對驗(yàn)方法的優(yōu)化選擇進(jìn)行了分析，得出試驗(yàn)方法主要由試驗(yàn)保障條件和試驗(yàn)測量技術(shù)決定的結(jié)論，并創(chuàng)新性地提出了兩種試驗(yàn)方法綜合使用的試驗(yàn)和評估方法。最后對后續(xù)試驗(yàn)的發(fā)展進(jìn)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(yàn)鑒定。E-mail: baoliang747@126.com