发射脉冲长度对潜艇目标强度的影响研究

谢 辉 杨明明 邓 波

(91388部队 湛江 524022)

发射脉冲长度对潜艇目标强度的影响研究

谢 辉 杨明明 邓 波

(91388部队 湛江 524022)

为研究发射脉冲长度对潜艇目标强度值的影响问题,首先在理论上建立了发射脉冲长度对潜艇目标强度值的影响模型并进行相应的计算分析,进而根据海上实际实施的潜艇目标强度测量数据,分析发射脉冲长度对潜艇目标强度的实际影响,最后总结得出相关有益结论,可为海上开展潜艇目标强度测量试验提供参考与借鉴。

脉冲长度; 潜艇; 目标强度; 测量

Class Number TJ631; TB114.3

1 引言

测量潜艇目标强度特性对于指导主动声呐设计、预报声呐作用距离、指导潜艇对潜作战和声自导鱼雷使用具有重要的军事意义[1～4],当前潜艇目标强度测量方法主要有常规法与应答法。常规法需要在试验现场测量声传播损失,从而由于传播起伏带来测量误差较大的问题,但因其实施简单方便目前仍广泛使用。应答法是在潜艇甲板上安置应答器和水听器的测量方法,不需要测量声传播损失,精度高,但需要另外安置特殊测量设备,从而实施起来较为不便[5～6]。不论采用何种测量方法,皆需要使用发射声源发射一定波形与脉冲长度的脉冲信号来实施潜艇目标强度测量。

对潜艇而言,因其为长形目标,从而短脉冲不能全部照射到潜艇全部,故可以预计潜艇目标强度将随着发射脉冲长度的减少而降低,基于这一考虑,本文首先从理论上推导了潜艇目标强度测量对发射脉冲长度的要求,而后结合海上实测数据分析不同发射脉冲长度对潜艇目标强度实际测量值的影响,最后结合理论分析与实测数据得出相关有益结论。

2 理论分析与计算

2.1 理论分析

如图1所示,假定发射脉冲长度为τ的平面波入射到长度为L的被测潜艇上,被测潜艇航向反方向与入射平面波垂直面的夹角记为θ。

图1 发射脉冲入射潜艇示意图

记海水中声速为c,由几何关系可知,如要被测目标潜艇上的A点和B点所产生的回波在脉冲长度τ内被接收水听器同时接收到,则必须满足如下关系[7～8]：

(1)

即

(2)

由式(2)可以看出,随着发射脉冲长度τ的增加,对回波有贡献的潜艇表面积也相应地变大,直到变得足够大,以至整个潜艇表面都能对回波产生贡献为止。而对于在潜艇正横方向进行的目标强度测量,由于潜艇目标沿发射脉冲入射方向上的长度比较小,回波的形成主要是几何镜面发射,因此目标强度值随脉冲长度变化的现象将不显著。对长度为L的潜艇目标,由式(2)可以得出,如要整个潜艇表面都能对回波产生贡献,则发射脉冲长度τ需满足如下关系：

(3)

2.2 实例计算

假设某型被测潜艇长度L为72.6m[9],测量时海水中声速c为1500m/s,则由式(3)可计算得到不同夹角θ与对应的最小所需脉冲长度τ的关系如图2所示。从图2中可以看出,对该型被测舰艇进行目标强度测量时,至少要求发射脉冲长度τ需大于100ms。

3 实测数据分析

3.1 实测方案

测量航路示意图如图3所示,被测潜艇在30m深度上以2.5kn航速保持稳速稳向航行,测量船在大约450m的距离上围绕被测潜艇旋回前进,发射脉冲为CW单频信号,频率为24kHz与64kHz,发射脉冲长度分别为1ms、10ms、30ms和100ms。

图2 夹角θ与最小所需脉冲长度τ的关系图

图3 测量航路示意图

3.2 实测数据分析

发射脉冲长度为1ms、10ms和30ms时的被测潜艇目标强度值TS与敌舷角θ的关系如图4、图5所示[10]。

图4 24kHz时目标强度与发射脉冲长度关系图

从图4与图5中可以明显看到发射脉冲长度对被测潜艇目标强度值有显著的影响,在发射脉冲长度小于10ms且敌舷角不是正横时目标强度值下降得特别明显,在发射脉冲长度大于10ms时目标强度值仍增大变化。

图5 64kHz时目标强度与发射脉冲长度关系图

记发射脉冲长度分别为100ms 、30ms和10ms时的被测潜艇目标强度值的平均值为TS100ms、TS30ms与TS10ms,其平均值差值记为ΔTS1=TS100ms-TS30ms与ΔTS2=TS100ms-TS10ms,则实测得到ΔTS1、ΔTS2与敌舷角余弦cosθ的关系如图6所示[10]。

图6 cosθ与目标强度平均值差值关系图

从图6中可以看出随着cosθ的增大,目标强度平均值差值也增大,并在艇艏艇艉的航向角内达到最大,而在发射声波正横入射时最小,在发射脉冲长度从30ms变化至100ms时被测潜艇目标强度值仍增大变化。

4 结语

本文针对发射脉冲长度对潜艇目标强度值的影响问题,通过理论计算分析和实测数据处理,得出以下结论：

1) 理论计算表明,对于潜艇目标强度测量,如要发射脉冲照射到潜艇全部,发射脉冲长度必须大于100ms；

2) 实测结果显示,发射脉冲长度为30ms以下时,潜艇目标强度急剧下降,在发射脉冲长度为30ms～100ms时潜艇目标强度仍然增加；

3) 海上实施潜艇目标强度测量时,发射声源的发射脉冲长度应该大于100ms,并尽量留有余量。

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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

国家自然科学基金项目(编号:60902071)资助。

谢辉,女,硕士,工程师,研究方向:目标特性测量技术研究。

TJ631; TB114.3

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.01.013