拖曳阵鱼雷报警声纳测向精度试验方法

黎 阳，张福生，陈宝柱



拖曳阵鱼雷报警声纳测向精度试验方法

黎 阳，张福生，陈宝柱

（91388部队，广东湛江 524022）

针对水面舰船拖曳阵鱼雷报警声纳测向精度试验问题，提出了选取两种不同目标的试验方法。对比分析了两种试验方法的优缺点，定量分析了试验目标定位精度和试验样本量要求，对试验方法进行了优选，基于科学性、合理性、贴近实战的原则，提出了两种试验方法联合使用的综合试验方法，可为后续鱼雷报警声纳测向精度试验设计和实施提供借鉴。

鱼雷报警声纳 测向精度 试验方法

0 前言

水面舰船拖曳阵鱼雷报警声纳（以下简称鱼雷报警声纳）是水面舰船水下防御系统的重要组成设备，一般采用水下拖曳的方式使鱼雷报警声纳基阵远离本舰，降低舰船自噪声干扰影响，提高对水下目标的探测能力，实现对水下来袭鱼雷的探测、跟踪和声光报警，并提供准确的鱼雷方位信息，为指挥员使用对抗武器进行水下防御提供信息保障。测向精度是鱼雷报警声纳的重要指标，该指标直接影响到水面舰船对来袭鱼雷方位的判别，进而决定了其对鱼雷的防御效果。因此，测向精度试验结果能否科学反映贴近实战条件下鱼雷报警声纳实际作战能力至关重要。

鱼雷报警声纳与其他常规声纳相比存在较大差异，由于其作战对象为鱼雷目标，对比潜艇而言鱼雷具有体积小、航行速度快、水下定位难、试验风险高、试验消耗大等特点，使用常规声纳对潜艇测向精度的试验方法难以满足鱼雷报警声纳试验的需求。

1 鱼雷报警声纳测向精度试验概述

1.1 鱼雷报警声纳测向精度试验现状

按照贴近实战条件下试验的原则，试验时鱼雷报警声纳一般安装在实装平台上，在海上实际使用条件下，进行测向精度试验，根据试验目标类型不同，可分为使用鱼雷作为目标和使用水面舰船作为目标两种方法。

在目前组织进行的鱼雷报警声纳测向精度试验中，由于受测量保障条件、鱼雷保障和试验时间等因素限制，一般使用水面舰船代替鱼雷进行试验，试验时目标舰和试验舰高速相向航行，以此来模拟鱼雷来袭时的方位变化情况，此方法在相关定型试验规程中已有明确规定。但随着海军装备的发展，对试验的要求越来越高，有部分专家对此方法提出了质疑，认为该方法贴近实战程度不高，试验结果难以真实反应装备实际作战能力。

1.2 使用鱼雷为目标的试验方法

试验舰拖曳鱼雷报警声纳定速直航，潜艇位试验舰不同方位发射鱼雷攻击试验舰，鱼雷报警声纳对鱼雷进行探测、跟踪和报警，记录不同时刻鱼雷报警声纳探测鱼雷的舷角。鱼雷通过水下定位设备定位，试验舰通过GPS定位。统计不同时刻鱼雷相对试验舰舷角真值与声纳测量值误差，可得出鱼雷报警声纳测向精度试验结果。试验航路如图1所示：

图1 使用鱼雷为目标的试验航路示意图

1.3 使用水面舰船为目标的试验方法

以水面舰船代替鱼雷作为目标进行试验。试验舰拖曳鱼雷报警声纳定速直航，目标舰以高航速、与试验舰相向航行，鱼雷报警声纳对目标舰进行探测、跟踪，记录不同时刻鱼雷报警声纳探测目标舰舷角。试验舰和目标舰通过GPS或北斗系统进行定位。统计不同时刻目标舰相对试验舰舷角真值与声纳测量值误差，可得出声纳测向精度试验结果。试验航路如图2所示。

图2 使用水面舰船为目标的试验航路示意图

2 两种试验方法对比分析

2.1 以鱼雷为目标的试验方法

1）优点：

目标为真实目标，能反应作战对象的真实声学特性；

试验态势能真实模拟实战态势，试验结果能真实体现鱼雷报警声纳的实际作战能力。

2）缺点：

试验中需发射的鱼雷条次数多，试验组织实施难、周期长、消耗大，安全风险高；

试验测量要求高，试验中需对潜艇和鱼雷进行水下定位，且定位精度要求高；

受鱼雷等因素影响，试验无效条次的风险高；

受水文条件等因素影响，试验航路需现场调整，航路有效性难以保证。

2.2 以水面舰船为目标的试验方法

1）优点：

试验态势设计方便，通过航路设计可考核整个观察范围边界条件内鱼雷报警声纳的测向精度；

便于组织实施，兵力保障简单，安全风险小；

受环境条件制约小，可根据海上试验条件，现场调整航速参数，保证数据完整、试验有效。

2）缺点：

通过水面舰模拟鱼雷，不能真实反应鱼雷出管噪声、辐射噪声、主动声自导信号等鱼雷的声学特征；

采用高速目标、相向航行的方法，能一定程度模拟鱼雷来袭时的方位变化率，但难以完全模拟鱼雷高速攻击试验舰的试验态势。

表1 两种试验方法优缺点分析

因素鱼雷为目标水面舰船为目标 目标选择真实声学特性模拟目标特性 态势选择实战态势模拟态势 航路调整难以调整便于调整 试验实施难易 试验时间长短 试验消耗多少 试验风险大小 测量保障要求高易于测量 制约条件鱼雷保障高航速舰船保障

由于水面舰船航行深度限制，在夏秋季节受表面声道的影响较大。两种试验方法优劣对比如上表1所示。

3 试验方法优选

3.1 试验目标定位精度分析

拖曳式鱼雷报警声纳测向精度是指声纳读取目标舷角数值相对于目标舷角真值的误差。而目标舷角真值是通过试验时本舰的航向、本舰和目标的位置计算获得，其中试验目标定位精度是制约鱼雷报警声纳测向精度试验的关键因素，决定了其试验结果是否有效，试验时水面目标可以通过GPS或北斗进行定位，而鱼雷水下定位问题一直是试验的难题。对两种试验方法进行优选，首先需分析试验目标的定位精度要求，定位精度要求可按以下方法计算。

如图3所示，目标距试验舰的距离，Δ为单位时间内目标的位移，Δ为单位时间内目标舷角改变量，当远大于Δ时，Δ可近似为圆弧，Δ为圆弧对应的圆心角，则：

按照测量设备精度高于测量值一个数量级的方法，则定位设备测量精度至少需满足：

由此可见，在进行鱼雷报警声纳测向精度试验时，需保证目标的定位精度满足公式（2）的要求。以测向精度1度、距离10000 m为例计算，定位设备精度不小于17 m；以测向精度1度、距离2000 m计算，则定位设备精度不小于3.5 m。显然，使用水面舰船作为目标时采用GPS或北斗定位方法易于满足该要求，使用鱼雷作为目标时水下定位精度难以满足该要求。

3.2 试验样本量分析

试验样本量也是制约鱼雷报警声纳测向精度试验的重要因素，样本量的大小决定了试验结果的依据是否充分。由于鱼雷报警声纳测向精度一般针对不同角度提出了不同的指标要求，因此在进行测向精度试验时需覆盖所有角度范围，针对每一个角度范围的指标需取得满足要求的试验样本量，一般不少于50组。考虑到鱼雷报警声纳两舷不同角度的测向精度，使用鱼雷作为试验目标时约需发射鱼雷10个有效条次，使用水面舰船作为目标时需绕试验舰航行一周。

3.3 鱼雷报警声纳测向机理分析

鱼雷报警声纳通过拖曳式水下接收阵接收水下信号和噪声，经信号放大处理后，传送至至信号处理机，进行波束形成处理，在此基础上实现目标探测和噪声测向，其信号流程图如图4所示。在信号检测过程中，因目标类别和目标强度不同，将导致鱼雷报警声纳报警距离不同，因此在进行鱼雷报警距离试验时需选择指标条件规定的真实鱼雷目标进行试验。

图4 鱼雷报警声纳信号流程图

而鱼雷报警声纳测向精度是在声纳稳定跟踪目标后的测向精度，稳定跟踪目标后，其测向精度受目标类别和目标强度的影响不大，受目标方位变化率影响较大，当在声纳一个检测周期内，目标的方位变化率大于声纳的一个波束宽度则会导致其方位测量偏差，影响其测向精度。由此可见，在使用水面舰船代替鱼雷目标进行测向精度试验时，只要模拟目标的方位变化率与真实来袭鱼雷的方位变化率相当，则其试验结果能真实反应声纳的测向精度。

3.4 综合分析

通过上述分析，使用鱼雷作为目标和使用水面舰船作为目标，进行鱼雷报警声纳测向精度试验各有优缺点，在试验中选用何种试验方法需根据试验保障条件进行具体分析。在目前的条件下，使用水面舰船作为目标是一种现实的做法，既能较客观反映装备的基本性能，又不会因为风险太大导致试验难以实施。当然，随着海军装备的发展，大家对装备试验的重视程度越来越高，试验投入逐渐加大，同时试验测量技术也在不断发展，水下固定阵等水下测量手段的建设将彻底解决水下定位问题，后续使用大量条次的鱼雷作为目标进行鱼雷报警声纳测向精度试验也有可能，这样试验的结果将更具有说服力。美国等西方发达国家的武器装备试验即是按照这种思路，在实际作战条件下进行大样本量的武器发射试验，检验装备实际作战能力。

事实上，试验时每个项目的安排并不是孤立的，在试验设计时需对试验项目进行总体规划。鱼雷报警声纳试验时一般将测向精度试验与鱼雷报警距离、观察范围、对抗效果等试验进行统筹考虑，设置鱼雷或模拟目标进行试验，因此在试验时可使用水面舰船进行测向精度试验的考核，同时结合鱼雷报警距离、对抗效果等实际鱼雷发射试验，统计在实战条件下鱼雷报警声纳对鱼雷目标的测向精度，对试验结果进行验证，如图5所示。这样既考虑了试验结果的科学性，又兼顾了装备贴近实战条件下的作战能力检验。

图5 综合试验与评估方法示意图

4 结束语

关于拖曳阵鱼雷报警声纳测向精度试验方法一直是行业的焦点问题。本文对比分析了两种试验方法的优缺点，从试验目标定位精度、试验样本量要求和鱼雷报警声纳测向机理三方面进行了定量分析和计算，并对验方法的优化选择进行了分析，得出试验方法主要由试验保障条件和试验测量技术决定的结论，并创新性地提出了两种试验方法综合使用的试验和评估方法。最后对后续试验的发展进行了展望。

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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

黎阳（1977-），男，工程师。研究方向：水声对抗装备试验鉴定。E-mail: baoliang747@126.com