炸弹水中爆炸在反潜探测中的运用探讨

伍鹏宇，王郑力，周浩然

(1.海装重庆局，成都 610110； 2. 92956部队，大连 116041)

【装备理论与装备技术】

炸弹水中爆炸在反潜探测中的运用探讨

伍鹏宇1，王郑力1，周浩然2

(1.海装重庆局，成都 610110； 2. 92956部队，大连 116041)

提出了炸弹水中爆炸用于反潜探测的这种探测方式，利用炸弹爆炸声脉冲强声源级、宽频带的特点，避免了声呐被动工作方式很难探测到安静型潜艇的缺陷，也弥补了声呐主动工作方式的不足。炸弹水中爆炸用于反潜探测的这种探测方式不仅能探测到安静型潜艇，还能提高声呐平台的隐蔽性，提高声呐的作用距离，战术运用优势明显，能帮助海军形成有别于传统平台中心作战的网络中心近海反潜战系统。

炸弹；爆炸；反潜；探测

随着科学技术的进步,潜艇的战技性能不断提高,威胁越来越大，使命任务得到了进一步扩展。美国利用“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇改装[1]的巡航导弹核潜艇可携带154枚“战斧”巡航导弹,能对1 000多千米远的目标进行精确打击，极大地提高了潜艇对目标的攻击能力。现代潜艇具有突击性强、威力大、隐蔽性强的特点。

为提高潜艇的隐蔽性，降振减噪技术不断发展，现代潜艇趋向安静化发展。美国海狼级潜艇噪声声源级已达到90～100 dB，低于海洋环境噪声。声呐被动工作方式很难探测到海狼级这种安静型潜艇。主动声呐是探测安静型潜艇最有效的一种手段，但隐蔽性差是主动声呐系统的一个致命缺点。因此当今海战反潜任务中，如何既能实现提高声呐的对潜发现概率，又能提高声呐的隐蔽性就显得十分重要。

1 探测方式

1.1 探测方式的提出

炸弹水中爆炸用于反潜探测是：远处炸弹爆炸作为远距离水声信号，水声信号从潜艇反射回波信号，我方声呐进行对回波信号分析处理进而获得潜艇运动参数。

1.2 探测方式的基本优势

1) 强声源级。水的可压缩性小,弹药在水中爆炸能形成很强的冲击波。资料表明：炸药爆炸时，大约有40 %的能量转化为声能，声效率很高；数克炸药在水中爆炸就可以产生很高的声压级，是一种大功率的脉冲声源，能够帮助主动声呐探测到特别远距离的目标。50 g的装药爆炸即可获得240 dB以上的声压级[8]，大于美国海军阿利伯克级驱逐舰最先进舰壳AN/SQS-53C声纳235 dB的声源级，远大于其AN/SQS-56声纳223 dB的声源级。

2) 宽频带。潜艇消声瓦对一些特定频段信号消声效果明显，且高频声信号在传播过程中的衰减较低频信号大。资料表明,水中爆炸声的频率成分极为丰富,从几十Hz直到50 kHz以上,覆盖了水声设备所有的工作频率[8]，而且不仅有潜艇消声不明显的频段，还有传播衰减小的低频；其几十Hz的频率远小于美国海军阿利伯克级驱逐舰AN/SQS-53C声纳1～5 kHz频带的发射脉冲。

1.3 探测方式的基本原理

主动声呐是声呐主动发射水声信号并从水中目标反射回波中获取目标参数。主动声呐探测信息流程如图1所示，信息源由数字信号通过发射机转变成主动声呐探测声脉冲的模拟信号，探测声脉冲再通过声呐发射阵发射出去，发出的声脉冲遇到目标后反射，反射目标回波被接收阵接收，最后对目标回波进行信号处理，判决等，最终显示目标信息。

主动声呐探测信息流程：

图1 主动声呐探测信息流程

主动声呐方程：

(SL-2*TL+TS)-(NL-DI)=DT

(1)

声源级SL；传播损失TL；目标强度TS；NL噪声级；指向性指数DI；检测阀DT。

炸弹爆炸作用于反潜探测的信息流程如图2所示，同主动声呐探测有许多相似的地方。仅是炸弹爆炸在水中爆炸的声脉冲，作为探测目标的声脉冲。之后同主动声呐探测信息流程一样，声脉冲遇到目标后反射，反射目标回波被接收阵接收，最后对目标回波进行信号处理，判决等，最终显示目标信息。

炸弹爆炸探测信息流程：

图2 炸弹爆炸用于反潜探测信息流程

炸弹爆炸探测声呐方程：

(SL-TL+TS)-(NL-DI)=DT

(2)

SL主

同样的声呐换能接收阵TL主

通过探测，能已知我方声呐探测位置、火箭弹爆炸爆炸时刻、爆炸位置、爆炸声信号、爆炸声信号时刻、火箭弹爆炸的回波信号、回波方位、回波时刻。能有多种方法得出目标的位置。

方法1：

t回波时刻-t爆炸时刻=t回波传播时间

(3)

t回波传播时间*v声速=L1

(4)

以火箭弹爆炸位置和我方声呐探测位置为焦点，L1为定长作一个椭球。回波方位与椭球的交点即为目标位置。

方法2：

t回波时刻-t爆炸声信号时刻=t

(5)

t*v声速=L2

(6)

以火箭弹爆炸位置和我方声呐探测位置为双曲面焦点，L2为定长作两条双曲面。回波方位与双曲面的交点即为目标位置。

2 探测方式运用优势

2.1 探测方式同声呐浮标、岸基声呐配合优势

现代新型的安静型潜艇的噪声级已降到海洋环境噪声级的水平，从而使常规的被动声探测很难发现隐身潜艇目标，同时新型潜艇采用敷设消声瓦等隐身手段对抗回音探测也取得了显著的成效。常规的中高频主动声呐已很难探测到声隐身潜艇的回波。目前，小体积的主动发声声呐浮标无论从能量，以及波束形成，都不能实现发出低频声脉冲；而较大体积的主动声呐浮标成本高，易被发现和破坏[14]。

然而在同声呐浮标、岸基声呐战术配合使用时，飞机、舰炮、岸炮可投放炸弹，炸弹爆炸转化为强大的发出声脉冲，遇到探测目标反射回到被动工作方式的声呐浮标或岸基声呐，再分析处理回波信号，得出目标数据。

炸弹爆炸作为发出声脉冲，具有宽频带、强声源级的特性，既弥补了被动工作方式的声呐浮标或岸基声呐很难发现隐身潜艇的能力，仍能保留被动工作方式的声呐浮标和岸基声呐的隐蔽性；而又相对较大体积的声呐浮标，成本低，又能灵活机动布放使用。

2.2 探测方式同水面舰艇配合优势

火箭弹爆炸产生的声脉冲相比舰艇主动声呐通过电能转换的声脉冲，能量级要大得多，频谱更宽，频率更低，传播距离更远。优势一舰艇不用主动发射声脉冲，增加了舰艇对潜的隐蔽性；优势二能增加舰艇有效反潜探测距离；在执行海军编队区域搜潜任务中，辅助舰船发射火箭弹或飞机投放火箭弹，主战舰艇远处运用声呐搜索爆炸回声信号等多种方式，优势三可提高编队区域性反潜能力，能避免主动声呐容易产生的同频干扰，减小了舰艇之间的探测盲区。区域反潜中，反潜探测距离增加，舰艇所需反潜探测航行里程减少，优势四能减少舰艇航行里程，降低成本。

2.3 探测方式战术运用配合优势

运用弹药爆炸声反潜探测技术，能使舰艇、潜艇一次反潜或反舰攻击未击中目标，为舰艇、潜艇下次攻击提供辅助修正决策。

弹药爆炸遇到目标所产生的回波信号，均可被各种平台声呐探测到；探测信息可进行数据共享；最终可由近距离攻击平台攻击使用。运用这种探测方式，能更新水下探测及作战方式，帮助我国海军形成有别于传统平台中心作战的网络中心近海反潜战系统。

3 探测方式可行案例及有待突破的关键技术

3.1 探测方式的可行案例

20世纪50年代随着潜艇实现静音，被动声呐面临严重威胁。美国海军开启了“朱莉”计划，投放深水炸弹使其声音能够反射到潜艇，声呐浮标接收回波信号进行分析。结果除在2 438.4 m以上的深海海域外，海底回音能够掩盖潜艇产生的回声。

20世纪80年代，研发了一种利用复杂爆炸阵列产生波束，解决了海底回波信号问题。

20世纪90年代随着计算机的飞速发展，区分潜艇回波和海底反射波的问题得到解决，“朱莉”系统能够不暴露反潜舰艇位置，探测到潜艇位置，并可以决定随时对潜艇发动攻击。

美国发起了“远方雷鸣”项目，几个阵列可接收到爆炸所发出的信号，同时中央处理器详细比较每个阵列的压力轨迹，综合各轨迹推演出详细海底地形图，包括在海底活动的所有潜艇。“远方雷鸣”已装备在朝鲜海域外活动(水域较浅)的美国驱逐舰上，是美国SQQ-89水下作战指挥系统最新版本的一部分，使美国海军形成了有别于传统平台中心作战的网络中心近海反潜战系统[16]。

3.2 有待突破的关键技术

目前，我国炸弹水中爆炸用于水声反潜探测的探测方式还处于空白状态[27]。我国要利用这种探测方式提高海军的反潜能力，仍有不少技术困难有待突破。

1) 目标回波与海底回波信号区别分析处理技术。区别目标回波与海底回波，能正确使用目标回波信号得出目标位置，进而利用海底回波信号能对目标位置更准确分析。2) 目标回波信号分析处理技术。如何利用炸弹产生的目标回波信号得出目标相关要素，便于实现探测炸弹相关指标的研究。例如能已知炸弹爆炸的准确时刻、位置，提高分析处理目标数据的精度。

炸弹水中爆炸用于水声反潜探测的这种探测方式同声呐主动探测工作方式有许多相似的地方，解决目标回波与海底回波信号区别分析的问题可参考主动声呐解决海底混响的办法[28]。

4 结束语

炸弹水中爆炸用于反潜探测的这种探测方式，不仅能探测到安静型潜艇，也能提高其隐蔽性，同时还能提高声呐作用距离。这种探测方式的战术运用优势明显，可帮助提高我国海军的反潜能力，形成有别于传统平台中心作战的网络中心近海反潜战系统。但运用这种探测方式，我国仍有不少技术困难需要攻克。

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(责任编辑周江川)

Discussion About Bomb Explosion in the Use of Water in the Anti-Submarine Detection

WU Peng-yu1, WANG Zheng-li1, ZHOU Hao-ran2

(1.Equipment Department of Navy in Chongqing, Chengdu 610110, China;2.The No.92956thTroop of PLA, Dalian 116041, China)

We proposed an new approach which was the bomb explosion in the use of water in the anti-submarine detection. By the advantage of its strong source level and broadband, this approach avoided the difficulty of the passive sonar work to detect quiet submarines, but also made up for the lack of active sonar work. This approach could not only detect quiet submarines, improve sonar platform hidden, and enhance the role of sonar distance, but also had the tactical use of the obvious advantages, could help the Navy form the network centric antisubmarine warfare systems, which was different from the traditional systems.

bomb; explosion; anti-submarine; detection

2016-08-15；

2016-09-17

伍鹏宇(1988—)，男，助理工程师，主要从事电子、武器系统研究。

10.11809/scbgxb2017.01.013

伍鹏宇，王郑力，周浩然.炸弹水中爆炸在反潜探测中的运用探讨[J].兵器装备工程学报，2017(1):51-54.

format:WU Peng-yu, WANG Zheng-li, ZHOU Hao-ran.Discussion About Bomb Explosion in the Use of Water in the Anti-Submarine Detection[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):51-54.

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