水下爆炸对抗鱼雷声纳效能分析

裴善报, 刘荣忠, 郭 锐

水下爆炸对抗鱼雷声纳效能分析

裴善报1,2, 刘荣忠1, 郭 锐1

(1. 南京理工大学 机械工程学院, 江苏 南京, 210094; 2. 安徽工业大学 机械工程学院, 安徽 马鞍山, 243000)

水声对抗中由于战术使用及作战态势的复杂性, 使得水下连续爆炸对抗鱼雷声纳的效果难以评估。本文分析了水下连续爆炸对抗鱼雷声纳的原理及其对抗主动、被动声纳的模型, 针对有无水下爆炸干扰的2种情况, 建立了主动声纳探测模型, 并且根据模型求解了在不同频率、不同装药量下主动声纳的探测距离, 然后以探测距离平均缩减量及平均缩减率为准则, 运用仿真判断对抗效果, 分析了有无水下爆炸声干扰时主动声纳探测距离随频率、装药量的变化规律。

鱼雷; 水声对抗; 水下连续爆炸; 主动声纳

0 引言

水下连续爆炸产生的连续脉冲波是功率高、频带宽的声源, 可作为水声干扰源, 实现对声自导鱼雷的干扰。水声对抗鱼雷声纳, 实质为利用水声的宽频带高功率特性实现对鱼雷声纳干扰。声干扰主动声纳就是要提高声纳接收噪声的水平, 降低其信噪比。对于声干扰被动声纳而言, 在远距离时, 声干扰可成为强信号的假目标; 在近距离时, 则造成声纳接收机阻塞、饱和, 掩盖舰船噪声信号的接收, 实现水声对抗[1-3]。但由于战术使用及作战态势复杂, 水下连续爆炸对抗鱼雷声纳的干扰效果如何, 是作战使用人员较为关心的问题。

本文以探测距离平均缩减量及探测距离平均缩减率为准则, 运用仿真判断水下连续爆炸对抗鱼雷声纳的干扰效果, 为水面舰船使用水下连续爆炸对抗鱼雷提供参考。

1 被动声纳模型

被动声纳方程

式中:是目标辐射声源级;是声纳背景噪声级;是传播损失;是检测阈;是接收指向系数。

当有水下连续爆炸发生时, 声纳接收机接收到的水声声源级高, 大于背景噪声, 因而背景噪声用水下连续爆炸声源来代替, 成功实现干扰[4]。

2 主动声纳模型

主动声纳方程

根据式(5)得

2.1 无水下爆炸声干扰

当无水下连续爆炸声干扰时, 声纳接收机接收到的干扰噪声为海洋背景噪声和鱼雷航行自噪声的叠加, 此时干扰噪声级为

海洋背景噪声与信号频率、海况等级相关[5]

鱼雷航行自噪声与鱼雷航行深度有关[6]

传播损失应考虑球面扩展和吸收损耗, 其相互关系为

把式(7)与式(10)代入式(6), 得

通过式(12), 可求无水下爆炸声干扰时主动声纳探测距离。

2.2 有水下爆炸声干扰

当有水下连续爆炸声干扰时, 声纳接收机接收到的水声干扰噪声级高, 大于鱼雷(声纳)自噪声级, 此时干扰噪声级

单个水下爆炸声是短的瞬态声源[8], 声源级

通过式(19), 可求有水下爆炸声干扰时主动声纳探测距离。

3 评价指标

评价对抗鱼雷作用效果的主要准则有探测距离缩减率及干扰抑制区。本文采用探测距离平均缩减量和平均缩减率[9]。

探测距离平均缩减量

探测距离平均缩减率

4 仿真结果与分析

4.1 不同水下爆炸装药量水声对抗效果评估

表1 不同装药量下探测距离平均缩减量和平均缩减率

图1 探测距离随装药量的变化曲线

根据仿真结果可以得到如下结论。1) 有水下连续爆炸声干扰时, 鱼雷声纳探测距离平均缩减量和平均缩减率随水下连续爆炸装药量的增加而增加, 而且其增加的幅度在减小。2) 从图1可看出, 无水下爆炸声干扰时, 声纳探测距离不变, 有水下连续爆炸声干扰时, 声纳探测距离随装药量增加而减小, 且小装药量水下爆炸能产生很好的水声干扰效果。

4.2 不同声纳工作频率水声对抗效果评估

表2 不同频率下探测距离平均缩减量和平均缩减率

图2 探测距离随频率的变化曲线

根据仿真结果可得如下结论。1) 有水下连续爆炸声干扰时, 鱼雷声纳探测距离平均缩减量和平均缩减率随声纳工作频率的增加而减小, 而且其减小的幅度在减小。2) 从图2可看出, 在指定的频段内, 不论有无水下连续爆炸声干扰, 鱼雷声纳探测距离都随声纳工作频率增加而减小。

5 结束语

鱼雷声纳探测距离和水下连续爆炸对抗鱼雷声纳效能均与频率、海况等级、鱼雷航行深度和装药量等因素密切相关。水面舰船在使用水下连续爆炸对抗声自导鱼雷时, 可参考上述分析结论, 尽可能使水下爆炸声对抗效果增强、鱼雷声纳的探测距离降低, 从而实现对鱼雷声纳的干扰, 达到摆脱鱼雷的目的。

[1] 孟庆玉, 张静远, 宋保维. 鱼雷作战效能分析[M]. 北京: 国防工业出版社, 2003.

[2] 郑卫东, 李永春, 赵国安, 等. 噪声干扰器对抗声纳使用效果分析与使用方法探[J].声学技术, 2002, 21(3): 105-108.Zheng Wei-dong, Li Yong-chun, Zhao Guo-an, et al. The Discussion about the Using of Noise-Jammer in Anti-Sonar[J].Technical Acoustics, 2002, 21(3): 105-108.

[3] 夏志军, 章新华, 林洪文. 低频噪声干扰器对抗线导鱼雷攻击的有关问题探讨[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2004, 25(1): 46-49.

Xia Zhi-jun, Zhang Xin-hua, Lin Hong-wen. Discussion about the Use of a Low Frequency Noise-Jammer Against a Line-Guided Torpedo[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2004, 25(1): 46-49.

[4] 吴培荣, 高源. 低频噪声干扰器效能评估方法研究[J].舰船科学技术, 2008, 30(4): 152-154.

Wu Pei-rong, GaoYuan. Research on Evaluation Method of Countermeasure Capability of Low Frequency Noise Jammer[J]. Ship Science and Technology, 2008, 30(4): 152-154.

[5] 夏志军, 章新华, 许林周. 跃变层特性对声纳检测概率的影响[J]. 声学技术, 2011, 30(3): 55-57.Xia Zhi-jun, Zhang Xin-hua, Xu Lin-zhou. The Effects of Thermocline Characteristics on the Detection Probability of Sonar[J]. Technical Acoustics, 2011, 30(3): 55-57.

[6] 王栋, 郑援, 孙飞龙. 水声对抗器材对抗鱼雷战斗使用效果评估[J]. 鱼雷技术, 2009, 17(3): 56-60.Wang Dong, Zheng Yuan, Sun Fei-long. Evaluation of Anti-torpedo Operational Effectiveness with Acoustic Co- untermeasure[J]. Torpedo Technology, 2009, 17(3): 56- 60.

[7] 刘伯胜, 雷家煜. 水声学原理[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社,1993.

[8] Urick R J. 水声原理[M]. 洪申, 译. 哈尔滨: 哈尔滨船舶工程学院出版社, 1990.

[9] 胡言峰, 郑援, 单广超. 潜艇噪声干扰器对抗主动声自导鱼雷效能仿真分析[J]. 鱼雷技术, 2007, 15(5): 55-57. Hu Yan-feng, Zheng Yuan, Shan Guang-chao. Simulation Analysis of Countermeasure Effect of Noise Jammer in Submarine on Active Acoustic Homing Torpedo[J]. Torpe- do Technology, 2007, 15(5): 55-57.

(责任编辑: 杨力军)

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.

裴善报(1978-), 男, 在读博士, 主要研究方向为水下爆炸及水声信号处理.