發射脈沖長度對潛艇目標強度的影響研究

謝 輝 楊明明 鄧 波

(91388部隊 湛江 524022)

發射脈沖長度對潛艇目標強度的影響研究

謝 輝 楊明明 鄧 波

(91388部隊 湛江 524022)

為研究發射脈沖長度對潛艇目標強度值的影響問題,首先在理論上建立了發射脈沖長度對潛艇目標強度值的影響模型并進行相應的計算分析,進而根據海上實際實施的潛艇目標強度測量數據,分析發射脈沖長度對潛艇目標強度的實際影響,最后總結得出相關有益結論,可為海上開展潛艇目標強度測量試驗提供參考與借鑒。

脈沖長度; 潛艇; 目標強度; 測量

Class Number TJ631; TB114.3

1 引言

測量潛艇目標強度特性對于指導主動聲吶設計、預報聲吶作用距離、指導潛艇對潛作戰和聲自導魚雷使用具有重要的軍事意義[1～4],當前潛艇目標強度測量方法主要有常規法與應答法。常規法需要在試驗現場測量聲傳播損失,從而由于傳播起伏帶來測量誤差較大的問題,但因其實施簡單方便目前仍廣泛使用。應答法是在潛艇甲板上安置應答器和水聽器的測量方法,不需要測量聲傳播損失,精度高,但需要另外安置特殊測量設備,從而實施起來較為不便[5～6]。不論采用何種測量方法,皆需要使用發射聲源發射一定波形與脈沖長度的脈沖信號來實施潛艇目標強度測量。

對潛艇而言,因其為長形目標,從而短脈沖不能全部照射到潛艇全部,故可以預計潛艇目標強度將隨著發射脈沖長度的減少而降低,基于這一考慮,本文首先從理論上推導了潛艇目標強度測量對發射脈沖長度的要求,而后結合海上實測數據分析不同發射脈沖長度對潛艇目標強度實際測量值的影響,最后結合理論分析與實測數據得出相關有益結論。

2 理論分析與計算

2.1 理論分析

如圖1所示,假定發射脈沖長度為τ的平面波入射到長度為L的被測潛艇上,被測潛艇航向反方向與入射平面波垂直面的夾角記為θ。

圖1 發射脈沖入射潛艇示意圖

記海水中聲速為c,由幾何關系可知,如要被測目標潛艇上的A點和B點所產生的回波在脈沖長度τ內被接收水聽器同時接收到,則必須滿足如下關系[7～8]：

(1)

即

(2)

由式(2)可以看出,隨著發射脈沖長度τ的增加,對回波有貢獻的潛艇表面積也相應地變大,直到變得足夠大,以至整個潛艇表面都能對回波產生貢獻為止。而對于在潛艇正橫方向進行的目標強度測量,由于潛艇目標沿發射脈沖入射方向上的長度比較小,回波的形成主要是幾何鏡面發射,因此目標強度值隨脈沖長度變化的現象將不顯著。對長度為L的潛艇目標,由式(2)可以得出,如要整個潛艇表面都能對回波產生貢獻,則發射脈沖長度τ需滿足如下關系：

(3)

2.2 實例計算

假設某型被測潛艇長度L為72.6m[9],測量時海水中聲速c為1500m/s,則由式(3)可計算得到不同夾角θ與對應的最小所需脈沖長度τ的關系如圖2所示。從圖2中可以看出,對該型被測艦艇進行目標強度測量時,至少要求發射脈沖長度τ需大于100ms。

3 實測數據分析

3.1 實測方案

測量航路示意圖如圖3所示,被測潛艇在30m深度上以2.5kn航速保持穩速穩向航行,測量船在大約450m的距離上圍繞被測潛艇旋回前進,發射脈沖為CW單頻信號,頻率為24kHz與64kHz,發射脈沖長度分別為1ms、10ms、30ms和100ms。

圖2 夾角θ與最小所需脈沖長度τ的關系圖

圖3 測量航路示意圖

3.2 實測數據分析

發射脈沖長度為1ms、10ms和30ms時的被測潛艇目標強度值TS與敵舷角θ的關系如圖4、圖5所示[10]。

圖4 24kHz時目標強度與發射脈沖長度關系圖

從圖4與圖5中可以明顯看到發射脈沖長度對被測潛艇目標強度值有顯著的影響,在發射脈沖長度小于10ms且敵舷角不是正橫時目標強度值下降得特別明顯,在發射脈沖長度大于10ms時目標強度值仍增大變化。

圖5 64kHz時目標強度與發射脈沖長度關系圖

記發射脈沖長度分別為100ms 、30ms和10ms時的被測潛艇目標強度值的平均值為TS100ms、TS30ms與TS10ms,其平均值差值記為ΔTS1=TS100ms-TS30ms與ΔTS2=TS100ms-TS10ms,則實測得到ΔTS1、ΔTS2與敵舷角余弦cosθ的關系如圖6所示[10]。

圖6 cosθ與目標強度平均值差值關系圖

從圖6中可以看出隨著cosθ的增大,目標強度平均值差值也增大,并在艇艏艇艉的航向角內達到最大,而在發射聲波正橫入射時最小,在發射脈沖長度從30ms變化至100ms時被測潛艇目標強度值仍增大變化。

4 結語

本文針對發射脈沖長度對潛艇目標強度值的影響問題,通過理論計算分析和實測數據處理,得出以下結論：

1) 理論計算表明,對于潛艇目標強度測量,如要發射脈沖照射到潛艇全部,發射脈沖長度必須大于100ms；

2) 實測結果顯示,發射脈沖長度為30ms以下時,潛艇目標強度急劇下降,在發射脈沖長度為30ms～100ms時潛艇目標強度仍然增加；

3) 海上實施潛艇目標強度測量時,發射聲源的發射脈沖長度應該大于100ms,并盡量留有余量。

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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

國家自然科學基金項目(編號:60902071)資助。

謝輝,女,碩士,工程師,研究方向:目標特性測量技術研究。

TJ631; TB114.3

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.01.013