未来反潜战中的多基地声纳作战

2018-04-1691388部队92分队

电子世界 2018年4期

91388部队92分队吕琳

1.引言

近几十年来，潜艇成为破坏海上交通的战术和战役兵力，演变成具有强大威胁力量的战略兵力，使得反潜战具有越来越重要的战略地位。反潜战的首要任务是在保证自己不被敌方侦察的同时，搜索发现潜艇目标。目前，声纳是最主要的搜潜设备[1,2]。

随着潜艇隐身降噪技术的发展，对声纳设备的探测性能提出了更高的要求。据称，潜艇的辐射噪声平均每年降低1dB，使得被动声纳对潜艇的探测距离越来越近，利用被动声纳探测“安静型”潜艇越来越困难。另一方面，为了使潜艇能逃避主动声纳的回波探测，发展了潜艇隐身技术，使得潜艇对声信号的反射越来越弱，导致主动声纳探测潜艇也越来越困难。但由于隐身技术难以达到全方位、全频段的隐身效果，特别是在低频，隐身效果更为不佳。因此，利用低频主动声纳探测安静型目标已成为反潜领域的发展趋势[3]。

一般，传统的主动声纳以单基地形式工作，发射声阵和接收声阵处于同一位置，在探测目标的同时，也暴露了探测平台的位置，极易被敌方发现，也给潜艇留下了规避的余地。多基地声纳收发分置的工作模式，兼具主动声纳和被动声纳的特点，可同时利用多个方向的能量探测目标，敌方难以实现有效的对抗和规避，在提高目标探测性能的同时，也改善了平台的隐蔽性。

相对于传统的单基地低频主动声纳，多基地声纳系统结构更加复杂，具有以下结构特点[4]：

a.多基地系统接收端在不同方位接收目标散射信号，散射波来自目标散射的不同方向，在多数情况下，目标回波来自声波的非入射方向；

b.收发分置的工作方式，使测量数据的自由度和冗余增加，对系统的信息处理能力有了更高的要求；

c.多个接收机共用一个或多个发射源，使系统的组成结构更复杂。

2.多基地系统分析

近些年来，多基地声纳成为国内外的研究热点，是因为多基地声纳在隐蔽性性、抗干扰性等方面具有很多优点。在多基地系统中，双基地声纳是最简单、也是最基本的一种配置。这里以双基地声纳为例，进行多基地声纳系统的性能分析。

2.1 隐蔽性分析

声纳的隐蔽性是指声纳工作时，被敌方发现的可能性的大小。敌方侦察声纳一般可根据发射声波的入射方向探测目标。因此，就单基地而言，收发合置的结构形式使其工作时，暴露了探测平台的位置。多基地声纳系统发射端被敌方侦察声纳发现的概率与单基地声纳相同，但接收端处于被动工作模式，敌方侦察声纳无法侦察得到准确位置。因此，多基地声纳系统的隐蔽性总体上优于单基地声纳[5]。

2.2 抗干扰性分析

干扰通常分为有源干扰和无源干扰，而有源干扰又可分为压制式干扰和欺骗式干扰，单基地声纳易于被敌方定位，因而容易受到敌方强方向性的压制干扰，如果干扰功率足够大，则干扰信号不仅可以通过接收基阵主瓣进入接收机，还可以通过副瓣进入接收机，使声呐在很宽的范围内不能探测目标。多基地声纳系统中，敌方无法准确侦察到接收机的准确位置，接收端节点主瓣受到敌方强方向性干扰的可能性很小。敌方若要干扰接收端节点，必须展开干扰扇面，必将导致干扰功率大大下降。敌方也难以对多个发射端节点实施强方向性的压制干扰。因此，收发分置的系统结构，有效地增强了多基地系统在反潜战中的抗干扰能力。

2.3 探测范围分析

被动声纳的探测能力依赖于目标辐射噪声。随着潜艇降噪技术的进步，被动声纳的侦察距离越来越小。主动声纳可通过目标回波实现得到潜艇等目标的精确位置，但双程传播损失则制约了主动声纳的作用距离。若要将主动声纳的作用距离增加20%，需将声纳的发射功率提高约4.4倍，这将要求发射基阵的尺寸更大，也增加了目标被敌方侦察的可能性[6]。

收发分置的系统结构，使得多基地系统的声波传播路径明显不同于单基地系统。声波的传播损失为声波从发射端至目标和目标至接收端的衰减之和。由此得到，双基地系统的探测范围的形状表现为以发射端节点和接收端节点为为焦点的卡西尼卵形线。当收发节点的距离增加时，双基地系统探测范围不断减小，但探测范围在基线延长线方向上得到拓展，获得了距离优势[7,8]。

2.4 定位性能分析

通过多基地系统的多节点的联合定位，可提高目标定位精度。

单基地声纳目标定位误差的等值线是以声纳为圆心的同心圆，且距声纳越近，定位性能越好；双基地声纳系统在大部分区域的定位性能都较好，但在基线附近，定位性能较差，在基线区甚至出现探测盲区；借助于多声纳节点的联合定位，多基地声纳系统的定位精度明显优于单基地声纳，在基线区的定位精度也有明显提高，避免了双基地系统在基线区的探测盲区问题。

3.多基地系统存在的问题

3.1 系统同步问题

为了完成对目标定位，多基地声纳除了具有传统单基地声纳的发射、接收和信号处理功能外，还需要解决发射端与接收端的时空同步问题。

空间同步方面，由于多基地系统中发射端、接收端相距较远，需要保证多基地系统的收发波束同时照射到同一目标，且具有较好的数据率；时间同步方面，为实现多基地系统的目标定位功能，需要为分置的多基地系统各声纳节点提供统一的时间基准。

3.2 直达波抑制

直达波是指直接从发射端直接传输至接收机的声波。多基地声纳系统的发射端和接收端配置位置不同，收发分置的配置结构可能导致直达波、目标回波及其他多途回波同时达到接收端，并且叠加到一起。一般情况下，由于只经历单径传播，所以直达波的能量比较大，极易掩盖住目标回波，难以实现目标定位。

针对多基地系统的直达波抑制技术，一般有以下几种处理办法[9]：

a.提高多基地系统发射端和接收端的指向性，尽可能降低进入接收端声波的能量；

b.在接收端采用旁瓣抑制技术，控制从旁瓣进入接收机的直达波的能量；

c.采用编码技术，进行发射声波的设计，使不同发射机发射的声脉冲满足一定的正交性，从而达到抑制直达波的目的。

3.3 数据关联与信息融合

与单基地声纳相比，在多基地声纳中，同一个目标的散射回波可能被多个接收端接收。因此，多基地声纳得到的测量数据，存在一定程度的冗余度。尤其在虚警率提高时，多基地系统的观测数据的传输负荷也是一个巨大的挑战。因此有必要开展多基地系统下的数据关联，以确定哪些点迹源自同一个目标，降低数据的传输负荷和系统的计算量，进而快速地完成目标航迹的估计。