炸彈水中爆炸在反潛探測中的運用探討

伍鵬宇，王鄭力，周浩然

(1.海裝重慶局，成都 610110； 2. 92956部隊，大連 116041)

【裝備理論與裝備技術】

炸彈水中爆炸在反潛探測中的運用探討

伍鵬宇1，王鄭力1，周浩然2

(1.海裝重慶局，成都 610110； 2. 92956部隊，大連 116041)

提出了炸彈水中爆炸用于反潛探測的這種探測方式，利用炸彈爆炸聲脈沖強聲源級、寬頻帶的特點，避免了聲吶被動工作方式很難探測到安靜型潛艇的缺陷，也彌補了聲吶主動工作方式的不足。炸彈水中爆炸用于反潛探測的這種探測方式不僅能探測到安靜型潛艇，還能提高聲吶平臺的隱蔽性，提高聲吶的作用距離，戰術運用優勢明顯，能幫助海軍形成有別于傳統平臺中心作戰的網絡中心近海反潛戰系統。

炸彈；爆炸；反潛；探測

隨著科學技術的進步,潛艇的戰技性能不斷提高,威脅越來越大，使命任務得到了進一步擴展。美國利用“俄亥俄”級彈道導彈核潛艇改裝[1]的巡航導彈核潛艇可攜帶154枚“戰斧”巡航導彈,能對1 000多千米遠的目標進行精確打擊，極大地提高了潛艇對目標的攻擊能力。現代潛艇具有突擊性強、威力大、隱蔽性強的特點。

為提高潛艇的隱蔽性，降振減噪技術不斷發展，現代潛艇趨向安靜化發展。美國海狼級潛艇噪聲聲源級已達到90～100 dB，低于海洋環境噪聲。聲吶被動工作方式很難探測到海狼級這種安靜型潛艇。主動聲吶是探測安靜型潛艇最有效的一種手段，但隱蔽性差是主動聲吶系統的一個致命缺點。因此當今海戰反潛任務中，如何既能實現提高聲吶的對潛發現概率，又能提高聲吶的隱蔽性就顯得十分重要。

1 探測方式

1.1 探測方式的提出

炸彈水中爆炸用于反潛探測是：遠處炸彈爆炸作為遠距離水聲信號，水聲信號從潛艇反射回波信號，我方聲吶進行對回波信號分析處理進而獲得潛艇運動參數。

1.2 探測方式的基本優勢

1) 強聲源級。水的可壓縮性小,彈藥在水中爆炸能形成很強的沖擊波。資料表明：炸藥爆炸時，大約有40 %的能量轉化為聲能，聲效率很高；數克炸藥在水中爆炸就可以產生很高的聲壓級，是一種大功率的脈沖聲源，能夠幫助主動聲吶探測到特別遠距離的目標。50 g的裝藥爆炸即可獲得240 dB以上的聲壓級[8]，大于美國海軍阿利伯克級驅逐艦最先進艦殼AN/SQS-53C聲納235 dB的聲源級，遠大于其AN/SQS-56聲納223 dB的聲源級。

2) 寬頻帶。潛艇消聲瓦對一些特定頻段信號消聲效果明顯，且高頻聲信號在傳播過程中的衰減較低頻信號大。資料表明,水中爆炸聲的頻率成分極為豐富,從幾十Hz直到50 kHz以上,覆蓋了水聲設備所有的工作頻率[8]，而且不僅有潛艇消聲不明顯的頻段，還有傳播衰減小的低頻；其幾十Hz的頻率遠小于美國海軍阿利伯克級驅逐艦AN/SQS-53C聲納1～5 kHz頻帶的發射脈沖。

1.3 探測方式的基本原理

主動聲吶是聲吶主動發射水聲信號并從水中目標反射回波中獲取目標參數。主動聲吶探測信息流程如圖1所示，信息源由數字信號通過發射機轉變成主動聲吶探測聲脈沖的模擬信號，探測聲脈沖再通過聲吶發射陣發射出去，發出的聲脈沖遇到目標后反射，反射目標回波被接收陣接收，最后對目標回波進行信號處理，判決等，最終顯示目標信息。

主動聲吶探測信息流程：

圖1 主動聲吶探測信息流程

主動聲吶方程：

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

(1)

聲源級SL；傳播損失TL；目標強度TS；NL噪聲級；指向性指數DI；檢測閥DT。

炸彈爆炸作用于反潛探測的信息流程如圖2所示，同主動聲吶探測有許多相似的地方。僅是炸彈爆炸在水中爆炸的聲脈沖，作為探測目標的聲脈沖。之后同主動聲吶探測信息流程一樣，聲脈沖遇到目標后反射，反射目標回波被接收陣接收，最后對目標回波進行信號處理，判決等，最終顯示目標信息。

炸彈爆炸探測信息流程：

圖2 炸彈爆炸用于反潛探測信息流程

炸彈爆炸探測聲吶方程：

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

(2)

SL主

同樣的聲吶換能接收陣TL主

通過探測，能已知我方聲吶探測位置、火箭彈爆炸爆炸時刻、爆炸位置、爆炸聲信號、爆炸聲信號時刻、火箭彈爆炸的回波信號、回波方位、回波時刻。能有多種方法得出目標的位置。

方法1：

t回波時刻-t爆炸時刻=t回波傳播時間

(3)

t回波傳播時間*v聲速=L1

(4)

以火箭彈爆炸位置和我方聲吶探測位置為焦點，L1為定長作一個橢球。回波方位與橢球的交點即為目標位置。

方法2：

t回波時刻-t爆炸聲信號時刻=t

(5)

t*v聲速=L2

(6)

以火箭彈爆炸位置和我方聲吶探測位置為雙曲面焦點，L2為定長作兩條雙曲面。回波方位與雙曲面的交點即為目標位置。

2 探測方式運用優勢

2.1 探測方式同聲吶浮標、岸基聲吶配合優勢

現代新型的安靜型潛艇的噪聲級已降到海洋環境噪聲級的水平，從而使常規的被動聲探測很難發現隱身潛艇目標，同時新型潛艇采用敷設消聲瓦等隱身手段對抗回音探測也取得了顯著的成效。常規的中高頻主動聲吶已很難探測到聲隱身潛艇的回波。目前，小體積的主動發聲聲吶浮標無論從能量，以及波束形成，都不能實現發出低頻聲脈沖；而較大體積的主動聲吶浮標成本高，易被發現和破壞[14]。

然而在同聲吶浮標、岸基聲吶戰術配合使用時，飛機、艦炮、岸炮可投放炸彈，炸彈爆炸轉化為強大的發出聲脈沖，遇到探測目標反射回到被動工作方式的聲吶浮標或岸基聲吶，再分析處理回波信號，得出目標數據。

炸彈爆炸作為發出聲脈沖，具有寬頻帶、強聲源級的特性，既彌補了被動工作方式的聲吶浮標或岸基聲吶很難發現隱身潛艇的能力，仍能保留被動工作方式的聲吶浮標和岸基聲吶的隱蔽性；而又相對較大體積的聲吶浮標，成本低，又能靈活機動布放使用。

2.2 探測方式同水面艦艇配合優勢

火箭彈爆炸產生的聲脈沖相比艦艇主動聲吶通過電能轉換的聲脈沖，能量級要大得多，頻譜更寬，頻率更低，傳播距離更遠。優勢一艦艇不用主動發射聲脈沖，增加了艦艇對潛的隱蔽性；優勢二能增加艦艇有效反潛探測距離；在執行海軍編隊區域搜潛任務中，輔助艦船發射火箭彈或飛機投放火箭彈，主戰艦艇遠處運用聲吶搜索爆炸回聲信號等多種方式，優勢三可提高編隊區域性反潛能力，能避免主動聲吶容易產生的同頻干擾，減小了艦艇之間的探測盲區。區域反潛中，反潛探測距離增加，艦艇所需反潛探測航行里程減少，優勢四能減少艦艇航行里程，降低成本。

2.3 探測方式戰術運用配合優勢

運用彈藥爆炸聲反潛探測技術，能使艦艇、潛艇一次反潛或反艦攻擊未擊中目標，為艦艇、潛艇下次攻擊提供輔助修正決策。

彈藥爆炸遇到目標所產生的回波信號，均可被各種平臺聲吶探測到；探測信息可進行數據共享；最終可由近距離攻擊平臺攻擊使用。運用這種探測方式，能更新水下探測及作戰方式，幫助我國海軍形成有別于傳統平臺中心作戰的網絡中心近海反潛戰系統。

3 探測方式可行案例及有待突破的關鍵技術

3.1 探測方式的可行案例

20世紀50年代隨著潛艇實現靜音，被動聲吶面臨嚴重威脅。美國海軍開啟了“朱莉”計劃，投放深水炸彈使其聲音能夠反射到潛艇，聲吶浮標接收回波信號進行分析。結果除在2 438.4 m以上的深海海域外，海底回音能夠掩蓋潛艇產生的回聲。

20世紀80年代，研發了一種利用復雜爆炸陣列產生波束，解決了海底回波信號問題。

20世紀90年代隨著計算機的飛速發展，區分潛艇回波和海底反射波的問題得到解決，“朱莉”系統能夠不暴露反潛艦艇位置，探測到潛艇位置，并可以決定隨時對潛艇發動攻擊。

美國發起了“遠方雷鳴”項目，幾個陣列可接收到爆炸所發出的信號，同時中央處理器詳細比較每個陣列的壓力軌跡，綜合各軌跡推演出詳細海底地形圖，包括在海底活動的所有潛艇。“遠方雷鳴”已裝備在朝鮮海域外活動(水域較淺)的美國驅逐艦上，是美國SQQ-89水下作戰指揮系統最新版本的一部分，使美國海軍形成了有別于傳統平臺中心作戰的網絡中心近海反潛戰系統[16]。

3.2 有待突破的關鍵技術

目前，我國炸彈水中爆炸用于水聲反潛探測的探測方式還處于空白狀態[27]。我國要利用這種探測方式提高海軍的反潛能力，仍有不少技術困難有待突破。

1) 目標回波與海底回波信號區別分析處理技術。區別目標回波與海底回波，能正確使用目標回波信號得出目標位置，進而利用海底回波信號能對目標位置更準確分析。2) 目標回波信號分析處理技術。如何利用炸彈產生的目標回波信號得出目標相關要素，便于實現探測炸彈相關指標的研究。例如能已知炸彈爆炸的準確時刻、位置，提高分析處理目標數據的精度。

炸彈水中爆炸用于水聲反潛探測的這種探測方式同聲吶主動探測工作方式有許多相似的地方，解決目標回波與海底回波信號區別分析的問題可參考主動聲吶解決海底混響的辦法[28]。

4 結束語

炸彈水中爆炸用于反潛探測的這種探測方式，不僅能探測到安靜型潛艇，也能提高其隱蔽性，同時還能提高聲吶作用距離。這種探測方式的戰術運用優勢明顯，可幫助提高我國海軍的反潛能力，形成有別于傳統平臺中心作戰的網絡中心近海反潛戰系統。但運用這種探測方式，我國仍有不少技術困難需要攻克。

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(責任編輯周江川)

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

伍鵬宇(1988—)，男，助理工程師，主要從事電子、武器系統研究。

10.11809/scbgxb2017.01.013

伍鵬宇，王鄭力，周浩然.炸彈水中爆炸在反潛探測中的運用探討[J].兵器裝備工程學報，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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