黎 陽(yáng)，張福生，陳寶柱

?

拖曳陣魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)方法

黎 陽(yáng)，張福生，陳寶柱

（91388部隊(duì)，廣東湛江 524022）

針對(duì)水面艦船拖曳陣魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)問(wèn)題，提出了選取兩種不同目標(biāo)的試驗(yàn)方法。對(duì)比分析了兩種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，定量分析了試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)定位精度和試驗(yàn)樣本量要求，對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行了優(yōu)選，基于科學(xué)性、合理性、貼近實(shí)戰(zhàn)的原則，提出了兩種試驗(yàn)方法聯(lián)合使用的綜合試驗(yàn)方法，可為后續(xù)魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施提供借鑒。

魚(yú)雷報(bào)警聲納 測(cè)向精度 試驗(yàn)方法

0 前言

水面艦船拖曳陣魚(yú)雷報(bào)警聲納（以下簡(jiǎn)稱魚(yú)雷報(bào)警聲納）是水面艦船水下防御系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，一般采用水下拖曳的方式使魚(yú)雷報(bào)警聲納基陣遠(yuǎn)離本艦，降低艦船自噪聲干擾影響，提高對(duì)水下目標(biāo)的探測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下來(lái)襲魚(yú)雷的探測(cè)、跟蹤和聲光報(bào)警，并提供準(zhǔn)確的魚(yú)雷方位信息，為指揮員使用對(duì)抗武器進(jìn)行水下防御提供信息保障。測(cè)向精度是魚(yú)雷報(bào)警聲納的重要指標(biāo)，該指標(biāo)直接影響到水面艦船對(duì)來(lái)襲魚(yú)雷方位的判別，進(jìn)而決定了其對(duì)魚(yú)雷的防御效果。因此，測(cè)向精度試驗(yàn)結(jié)果能否科學(xué)反映貼近實(shí)戰(zhàn)條件下魚(yú)雷報(bào)警聲納實(shí)際作戰(zhàn)能力至關(guān)重要。

魚(yú)雷報(bào)警聲納與其他常規(guī)聲納相比存在較大差異，由于其作戰(zhàn)對(duì)象為魚(yú)雷目標(biāo)，對(duì)比潛艇而言魚(yú)雷具有體積小、航行速度快、水下定位難、試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)高、試驗(yàn)消耗大等特點(diǎn)，使用常規(guī)聲納對(duì)潛艇測(cè)向精度的試驗(yàn)方法難以滿足魚(yú)雷報(bào)警聲納試驗(yàn)的需求。

1 魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)概述

1.1 魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)現(xiàn)狀

按照貼近實(shí)戰(zhàn)條件下試驗(yàn)的原則，試驗(yàn)時(shí)魚(yú)雷報(bào)警聲納一般安裝在實(shí)裝平臺(tái)上，在海上實(shí)際使用條件下，進(jìn)行測(cè)向精度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)類型不同，可分為使用魚(yú)雷作為目標(biāo)和使用水面艦船作為目標(biāo)兩種方法。

在目前組織進(jìn)行的魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)中，由于受測(cè)量保障條件、魚(yú)雷保障和試驗(yàn)時(shí)間等因素限制，一般使用水面艦船代替魚(yú)雷進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)目標(biāo)艦和試驗(yàn)艦高速相向航行，以此來(lái)模擬魚(yú)雷來(lái)襲時(shí)的方位變化情況，此方法在相關(guān)定型試驗(yàn)規(guī)程中已有明確規(guī)定。但隨著海軍裝備的發(fā)展，對(duì)試驗(yàn)的要求越來(lái)越高，有部分專家對(duì)此方法提出了質(zhì)疑，認(rèn)為該方法貼近實(shí)戰(zhàn)程度不高，試驗(yàn)結(jié)果難以真實(shí)反應(yīng)裝備實(shí)際作戰(zhàn)能力。

1.2 使用魚(yú)雷為目標(biāo)的試驗(yàn)方法

試驗(yàn)艦拖曳魚(yú)雷報(bào)警聲納定速直航，潛艇位試驗(yàn)艦不同方位發(fā)射魚(yú)雷攻擊試驗(yàn)艦，魚(yú)雷報(bào)警聲納對(duì)魚(yú)雷進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和報(bào)警，記錄不同時(shí)刻魚(yú)雷報(bào)警聲納探測(cè)魚(yú)雷的舷角。魚(yú)雷通過(guò)水下定位設(shè)備定位，試驗(yàn)艦通過(guò)GPS定位。統(tǒng)計(jì)不同時(shí)刻魚(yú)雷相對(duì)試驗(yàn)艦舷角真值與聲納測(cè)量值誤差，可得出魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)航路如圖1所示：

圖1 使用魚(yú)雷為目標(biāo)的試驗(yàn)航路示意圖

1.3 使用水面艦船為目標(biāo)的試驗(yàn)方法

以水面艦船代替魚(yú)雷作為目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)艦拖曳魚(yú)雷報(bào)警聲納定速直航，目標(biāo)艦以高航速、與試驗(yàn)艦相向航行，魚(yú)雷報(bào)警聲納對(duì)目標(biāo)艦進(jìn)行探測(cè)、跟蹤，記錄不同時(shí)刻魚(yú)雷報(bào)警聲納探測(cè)目標(biāo)艦舷角。試驗(yàn)艦和目標(biāo)艦通過(guò)GPS或北斗系統(tǒng)進(jìn)行定位。統(tǒng)計(jì)不同時(shí)刻目標(biāo)艦相對(duì)試驗(yàn)艦舷角真值與聲納測(cè)量值誤差，可得出聲納測(cè)向精度試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)航路如圖2所示。

圖2 使用水面艦船為目標(biāo)的試驗(yàn)航路示意圖

2 兩種試驗(yàn)方法對(duì)比分析

2.1 以魚(yú)雷為目標(biāo)的試驗(yàn)方法

1）優(yōu)點(diǎn)：

目標(biāo)為真實(shí)目標(biāo)，能反應(yīng)作戰(zhàn)對(duì)象的真實(shí)聲學(xué)特性；

試驗(yàn)態(tài)勢(shì)能真實(shí)模擬實(shí)戰(zhàn)態(tài)勢(shì)，試驗(yàn)結(jié)果能真實(shí)體現(xiàn)魚(yú)雷報(bào)警聲納的實(shí)際作戰(zhàn)能力。

2）缺點(diǎn)：

試驗(yàn)中需發(fā)射的魚(yú)雷條次數(shù)多，試驗(yàn)組織實(shí)施難、周期長(zhǎng)、消耗大，安全風(fēng)險(xiǎn)高；

試驗(yàn)測(cè)量要求高，試驗(yàn)中需對(duì)潛艇和魚(yú)雷進(jìn)行水下定位，且定位精度要求高；

受魚(yú)雷等因素影響，試驗(yàn)無(wú)效條次的風(fēng)險(xiǎn)高；

受水文條件等因素影響，試驗(yàn)航路需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，航路有效性難以保證。

2.2 以水面艦船為目標(biāo)的試驗(yàn)方法

1）優(yōu)點(diǎn)：

試驗(yàn)態(tài)勢(shì)設(shè)計(jì)方便，通過(guò)航路設(shè)計(jì)可考核整個(gè)觀察范圍邊界條件內(nèi)魚(yú)雷報(bào)警聲納的測(cè)向精度；

便于組織實(shí)施，兵力保障簡(jiǎn)單，安全風(fēng)險(xiǎn)??；

受環(huán)境條件制約小，可根據(jù)海上試驗(yàn)條件，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整航速參數(shù)，保證數(shù)據(jù)完整、試驗(yàn)有效。

2）缺點(diǎn)：

通過(guò)水面艦?zāi)M魚(yú)雷，不能真實(shí)反應(yīng)魚(yú)雷出管噪聲、輻射噪聲、主動(dòng)聲自導(dǎo)信號(hào)等魚(yú)雷的聲學(xué)特征；

采用高速目標(biāo)、相向航行的方法，能一定程度模擬魚(yú)雷來(lái)襲時(shí)的方位變化率，但難以完全模擬魚(yú)雷高速攻擊試驗(yàn)艦的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)。

表1 兩種試驗(yàn)方法優(yōu)缺點(diǎn)分析

因素魚(yú)雷為目標(biāo)水面艦船為目標(biāo) 目標(biāo)選擇真實(shí)聲學(xué)特性模擬目標(biāo)特性 態(tài)勢(shì)選擇實(shí)戰(zhàn)態(tài)勢(shì)模擬態(tài)勢(shì) 航路調(diào)整難以調(diào)整便于調(diào)整 試驗(yàn)實(shí)施難易 試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)短 試驗(yàn)消耗多少 試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)大小 測(cè)量保障要求高易于測(cè)量 制約條件魚(yú)雷保障高航速艦船保障

由于水面艦船航行深度限制，在夏秋季節(jié)受表面聲道的影響較大。兩種試驗(yàn)方法優(yōu)劣對(duì)比如上表1所示。

3 試驗(yàn)方法優(yōu)選

3.1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)定位精度分析

拖曳式魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度是指聲納讀取目標(biāo)舷角數(shù)值相對(duì)于目標(biāo)舷角真值的誤差。而目標(biāo)舷角真值是通過(guò)試驗(yàn)時(shí)本艦的航向、本艦和目標(biāo)的位置計(jì)算獲得，其中試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)定位精度是制約魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)的關(guān)鍵因素，決定了其試驗(yàn)結(jié)果是否有效，試驗(yàn)時(shí)水面目標(biāo)可以通過(guò)GPS或北斗進(jìn)行定位，而魚(yú)雷水下定位問(wèn)題一直是試驗(yàn)的難題。對(duì)兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)選，首先需分析試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的定位精度要求，定位精度要求可按以下方法計(jì)算。

如圖3所示，目標(biāo)距試驗(yàn)艦的距離，Δ為單位時(shí)間內(nèi)目標(biāo)的位移，Δ為單位時(shí)間內(nèi)目標(biāo)舷角改變量，當(dāng)遠(yuǎn)大于Δ時(shí)，Δ可近似為圓弧，Δ為圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角，則：

按照測(cè)量設(shè)備精度高于測(cè)量值一個(gè)數(shù)量級(jí)的方法，則定位設(shè)備測(cè)量精度至少需滿足：

由此可見(jiàn)，在進(jìn)行魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)時(shí)，需保證目標(biāo)的定位精度滿足公式（2）的要求。以測(cè)向精度1度、距離10000 m為例計(jì)算，定位設(shè)備精度不小于17 m；以測(cè)向精度1度、距離2000 m計(jì)算，則定位設(shè)備精度不小于3.5 m。顯然，使用水面艦船作為目標(biāo)時(shí)采用GPS或北斗定位方法易于滿足該要求，使用魚(yú)雷作為目標(biāo)時(shí)水下定位精度難以滿足該要求。

3.2 試驗(yàn)樣本量分析

試驗(yàn)樣本量也是制約魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)的重要因素，樣本量的大小決定了試驗(yàn)結(jié)果的依據(jù)是否充分。由于魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度一般針對(duì)不同角度提出了不同的指標(biāo)要求，因此在進(jìn)行測(cè)向精度試驗(yàn)時(shí)需覆蓋所有角度范圍，針對(duì)每一個(gè)角度范圍的指標(biāo)需取得滿足要求的試驗(yàn)樣本量，一般不少于50組?？紤]到魚(yú)雷報(bào)警聲納兩舷不同角度的測(cè)向精度，使用魚(yú)雷作為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)時(shí)約需發(fā)射魚(yú)雷10個(gè)有效條次，使用水面艦船作為目標(biāo)時(shí)需繞試驗(yàn)艦航行一周。

3.3 魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向機(jī)理分析

魚(yú)雷報(bào)警聲納通過(guò)拖曳式水下接收陣接收水下信號(hào)和噪聲，經(jīng)信號(hào)放大處理后，傳送至至信號(hào)處理機(jī)，進(jìn)行波束形成處理，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)和噪聲測(cè)向，其信號(hào)流程圖如圖4所示。在信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中，因目標(biāo)類別和目標(biāo)強(qiáng)度不同，將導(dǎo)致魚(yú)雷報(bào)警聲納報(bào)警距離不同，因此在進(jìn)行魚(yú)雷報(bào)警距離試驗(yàn)時(shí)需選擇指標(biāo)條件規(guī)定的真實(shí)魚(yú)雷目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。

圖4 魚(yú)雷報(bào)警聲納信號(hào)流程圖

而魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度是在聲納穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)后的測(cè)向精度，穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)后，其測(cè)向精度受目標(biāo)類別和目標(biāo)強(qiáng)度的影響不大，受目標(biāo)方位變化率影響較大，當(dāng)在聲納一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，目標(biāo)的方位變化率大于聲納的一個(gè)波束寬度則會(huì)導(dǎo)致其方位測(cè)量偏差，影響其測(cè)向精度。由此可見(jiàn)，在使用水面艦船代替魚(yú)雷目標(biāo)進(jìn)行測(cè)向精度試驗(yàn)時(shí)，只要模擬目標(biāo)的方位變化率與真實(shí)來(lái)襲魚(yú)雷的方位變化率相當(dāng)，則其試驗(yàn)結(jié)果能真實(shí)反應(yīng)聲納的測(cè)向精度。

3.4 綜合分析

通過(guò)上述分析，使用魚(yú)雷作為目標(biāo)和使用水面艦船作為目標(biāo)，進(jìn)行魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)各有優(yōu)缺點(diǎn)，在試驗(yàn)中選用何種試驗(yàn)方法需根據(jù)試驗(yàn)保障條件進(jìn)行具體分析。在目前的條件下，使用水面艦船作為目標(biāo)是一種現(xiàn)實(shí)的做法，既能較客觀反映裝備的基本性能，又不會(huì)因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)太大導(dǎo)致試驗(yàn)難以實(shí)施。當(dāng)然，隨著海軍裝備的發(fā)展，大家對(duì)裝備試驗(yàn)的重視程度越來(lái)越高，試驗(yàn)投入逐漸加大，同時(shí)試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)也在不斷發(fā)展，水下固定陣等水下測(cè)量手段的建設(shè)將徹底解決水下定位問(wèn)題，后續(xù)使用大量條次的魚(yú)雷作為目標(biāo)進(jìn)行魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)也有可能，這樣試驗(yàn)的結(jié)果將更具有說(shuō)服力。美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家的武器裝備試驗(yàn)即是按照這種思路，在實(shí)際作戰(zhàn)條件下進(jìn)行大樣本量的武器發(fā)射試驗(yàn)，檢驗(yàn)裝備實(shí)際作戰(zhàn)能力。

事實(shí)上，試驗(yàn)時(shí)每個(gè)項(xiàng)目的安排并不是孤立的，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行總體規(guī)劃。魚(yú)雷報(bào)警聲納試驗(yàn)時(shí)一般將測(cè)向精度試驗(yàn)與魚(yú)雷報(bào)警距離、觀察范圍、對(duì)抗效果等試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，設(shè)置魚(yú)雷或模擬目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，因此在試驗(yàn)時(shí)可使用水面艦船進(jìn)行測(cè)向精度試驗(yàn)的考核，同時(shí)結(jié)合魚(yú)雷報(bào)警距離、對(duì)抗效果等實(shí)際魚(yú)雷發(fā)射試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)在實(shí)戰(zhàn)條件下魚(yú)雷報(bào)警聲納對(duì)魚(yú)雷目標(biāo)的測(cè)向精度，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5所示。這樣既考慮了試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性，又兼顧了裝備貼近實(shí)戰(zhàn)條件下的作戰(zhàn)能力檢驗(yàn)。

圖5 綜合試驗(yàn)與評(píng)估方法示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

關(guān)于拖曳陣魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向精度試驗(yàn)方法一直是行業(yè)的焦點(diǎn)問(wèn)題。本文對(duì)比分析了兩種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)定位精度、試驗(yàn)樣本量要求和魚(yú)雷報(bào)警聲納測(cè)向機(jī)理三方面進(jìn)行了定量分析和計(jì)算，并對(duì)驗(yàn)方法的優(yōu)化選擇進(jìn)行了分析，得出試驗(yàn)方法主要由試驗(yàn)保障條件和試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)決定的結(jié)論，并創(chuàng)新性地提出了兩種試驗(yàn)方法綜合使用的試驗(yàn)和評(píng)估方法。最后對(duì)后續(xù)試驗(yàn)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

[1] 費(fèi)志剛等. GJB7608-2012 艦船水聲對(duì)抗偵察設(shè)備定型試驗(yàn)規(guī)程[M]. 總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部, 2012, (10): 17-19.

[2] 儲(chǔ)福照, 高源, 郭天宇, 張玉玲. 水聲對(duì)抗半實(shí)物仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 聲學(xué)技術(shù), 2014, 33(5): 66-69.

[3] 孫宗鑫, 喬鋼, 何大千, 刁月月. 水下噪聲目標(biāo)探測(cè)聲納[J]. 聲學(xué)技術(shù), 2014, 33(5): 177-181.

[4] 申良生, 王輝. 靶場(chǎng)靶標(biāo)體系構(gòu)建研究[J]. 中國(guó)海上靶場(chǎng), 2016, (04): 49-51.

[5] 楊日杰. 現(xiàn)代水聲對(duì)抗技術(shù)與應(yīng)用[M]. 國(guó)防工業(yè)出版社, 2008.

[6] 曲寶忠, 賈旭山. 武器裝備試驗(yàn)鑒定中的誤差分析[J]. 中國(guó)海上靶場(chǎng), 2015(08): 4-6.

[7] 馬國(guó)強(qiáng), 徐德民, 劉朝暉. 水聲對(duì)抗試驗(yàn)航路優(yōu)化模型研究[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2005, 25(1): 258-261.

[8] 董陽(yáng)澤, 許肖梅, 劉平香. 水聲對(duì)抗中的水聲網(wǎng)絡(luò)及其對(duì)抗[J]. 火力與指揮控制, 2011, 36(7): 1-6.

[9] 董陽(yáng)澤, 許肖梅, 劉平香. 線導(dǎo)魚(yú)雷及其對(duì)抗仿真研究[J]. 廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2009, 48(2): 220-227.

[10] 翟春平, 劉雨?yáng)|. 聚焦波束形成聲圖誤差分析[J]. 聲學(xué)技術(shù), 2008, 27(1): 18-24.

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

黎陽(yáng)（1977-），男，工程師。研究方向：水聲對(duì)抗裝備試驗(yàn)鑒定。E-mail: baoliang747@126.com