水面艦艇噪聲干擾器對抗潛艇聲吶效果分析

袁延藝，徐海珠，余 赟

(海軍裝備研究院，北京 100161)

水面艦艇噪聲干擾器對抗潛艇聲吶效果分析

袁延藝，徐海珠，余 赟

(海軍裝備研究院，北京 100161)

為擺脫潛艇聲吶的跟蹤，水面艦艇一般在噪聲干擾器的掩護下機動規避。本文在聲吶工作原理分析的基礎上，探討了水面艦艇噪聲干擾器對潛艇聲吶干擾效果的分析方法。通過仿真分析，獲得了典型態勢下的聲吶被干擾扇面、聲吶探測距離縮減率以及干擾效果隨態勢的變化。本文的研究成果為水面艦艇使用干擾器時的機動規避方案提供依據。

潛艇聲吶；噪聲干擾器；干擾扇面；探測距離縮減率；干擾區域

0 引 言

現代海戰中，潛艇普遍利用被動聲吶對水面艦艇進行跟蹤和運動要素解算，并遙控線導魚雷進行遠距離攻擊，對水面艦艇造成巨大威脅[1]。為對抗潛艇聲吶的跟蹤和定位，水面艦艇通常發射噪聲干擾器，通過寬帶噪聲降低潛艇聲吶的接收信噪比[2]，對潛艇形成一定的干擾區域，水面艦艇趁機在該區域內進行機動規避，從而擺脫潛艇跟蹤[3-4]。

由于噪聲干擾器對潛艇聲吶的干擾區域受敵我裝備性能、海洋環境和戰場態勢等因素影響[5]，僅根據干擾器的頻帶范圍和噪聲譜級，指揮員很難估算干擾區域，因而難以制定科學的機動方案。

本文采用干擾扇面和探測距離縮減率評價干擾器對潛艇聲吶的干擾效果[6-7]。分別表示潛艇聲吶被干擾后，無法探測到水面艦艇的角度范圍，以及探測距離的縮減值與未被干擾時探測距離的比值。在潛艇聲吶對水面艦艇探測原理分析的基礎上，探討了噪聲干擾器對潛艇聲吶干擾效果的分析方法，仿真典型態勢下噪聲干擾器對潛艇聲吶的干擾區域，并分析了對聲吶干擾扇面和探測距離縮減率隨態勢的變化。

1 聲吶探測原理

潛艇聲吶主要通過被動接收水面艦艇的輻射噪聲實現目標的探測、識別及跟蹤，此時聲吶的背景噪聲主要為自噪聲，對應被動聲吶方程為：

其中：SLd為水面艦艇輻射噪聲；TL（r）為傳播損失；r為潛艇與水面艦艇的距離；NLs，DI和DT分別為潛艇聲吶自噪聲、指向性指數和檢測閾。

良好水文條件下，傳播損失一般按照球面擴展加吸收損失估算[8]：其中：f為工作頻率，kHz；α為海水吸收系數，dB/km；r為傳播距離，km。

2 對聲吶干擾原理

一般情況下，水面艦艇發射噪聲干擾器對抗潛艇聲吶時，干擾器處于潛艇聲吶探測水面艦艇的波束主瓣內，態勢如圖1所示。

圖 1 聲干擾器干擾潛艇聲納態勢圖Fig. 1 Situation chart of jammer against submarine sonar

對于潛艇聲吶，干擾器噪聲為各向異性，干擾器對潛艇聲吶形成的背景噪聲為：

其中：SLj為干擾器噪聲級；R2為干擾器與潛艇的距離；TL（R2）為干擾噪聲的傳播損失；b（θ）為歸一化指向性函數，可得DI+20lgb（θ）為潛艇聲吶不同波束上的指向性增益。

潛艇聲吶自噪聲為NLs，干擾器在潛艇聲吶處形成的噪聲為NLj，潛艇聲吶被干擾時，其背景噪聲為二者能量之和NL，即可得此時潛艇聲吶探測水面艦艇的被動聲吶方程為：

則干擾下潛艇聲吶的探測距離r由下式確定：

干擾下潛艇聲吶探測距離縮減率為：

其中Rsd為潛艇聲吶未被干擾時對水面艦艇的探測距離。

分析可知，干擾扇面和探測距離縮減率受潛艇聲吶的指向性和自噪聲級、干擾噪聲級、水面艦艇輻射噪聲級、干擾器與潛艇的相對位置等參數影響。

3 仿真結果分析

假設干擾器噪聲級超過水面艦艇輻射噪聲6 dB。干擾器入水時，位于潛艇聲吶波束主瓣內，潛艇和水面艦艇航速分別為8kn和14kn[9,10]，相對位置如圖1所示。

圖2為潛艇聲吶歸一化波束指向性圖，圖3為干擾器對潛艇聲吶的干擾區域，其中圓弧AEB為未被干擾時聲吶可探測區域，虛線處為干擾后潛艇聲吶在各方向上的最大探測距離，虛線至圓弧AEB之間的區域為聲吶被干擾的區域，該區域潛艇無法探測到水面艦艇。由圖可知，水面艦艇距潛艇10 km時，干擾器對潛艇聲吶干擾扇面∠COD為27°，對水面艦艇的掩護弧長為4.7 km。

若干擾器噪聲級比水面艦艇大10 dB時，對潛艇聲吶干擾扇面達60°，對水面艦艇的掩護弧長為10.5 km，如圖3所示。

隨態勢推移，潛艇與干擾器距離減小，與水面艦艇距離增大，相對位置變化如圖5所示。干擾器噪聲級比水面艦艇大6 dB時，對潛艇的干擾扇面變化如圖6所示，可知水面艦艇與潛艇距離大于10 km時，干擾扇面大于27°，二者距離大于12.5 km時，干擾扇面達到 180°。

隨態勢推移，干擾器對聲吶探測距離的影響如圖7和圖8所示，若未被干擾，潛艇可全程探測到水面艦艇，被干擾后，潛艇對水面艦艇探測距離小于1.6 km，聲吶探測距離縮減率大于84%。

圖 2 聲吶歸一化指向性波束圖Fig. 2 Normalized beam diagram of sonar

圖 3 干擾器對聲吶的干擾區域（6 dB）Fig. 3 Jamming area of jammer against sonar (6dB)

圖 4 干擾器對聲吶的干擾區域（10 dB）Fig. 4 Jamming area of jammer against sonar (10dB)

圖 5 相對位置隨時間的變化Fig. 5 The relative position changes with time

圖 6 干擾扇面隨潛艦距離的變化Fig. 6 Jamming area changes with the distance of submarine and surface ship

圖 7 干擾前后聲吶探測距離對比Fig. 7 Sonar detection range changes before and after jamed

圖 8 聲吶探測距離縮減率隨隨潛艦距離的變化Fig. 8 Detection range reduction ratio changes with the distance of submarine and surface ship

仿真結果表明，使用噪聲干擾器可大幅降低潛艇聲吶對水面艦艇的探測距離，并對潛艇聲吶產生較大的干擾扇面，為水面艦艇機動規避擺脫潛艇跟蹤提供了較好條件。

4 結 語

本文分析了潛艇聲吶對水面艦艇探測原理，探討了噪聲干擾器干擾潛艇聲吶的效果分析方法。仿真了典型態勢下的干擾區域，計算了干擾扇面和探測距離縮減率，并分析了干擾扇面和探測距離縮減率隨態勢的變化，仿真結果表明噪聲干擾器可大幅降低潛艇聲吶對水面艦艇的探測能力，為水面艦艇規避潛艇聲吶探測的機動決策提供了有力支持。

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Effect of ship-based noise jammer against submarine sonar

YUAN Yan-yi, XU Hai-zhu, YU Yun
(Naval Academy of Armament, Beijing 100161, China)

Surface ship use maneuver to shake off submarine sonar’s tracking, and success rate will be increased under cover of noise jammer. For the above reason, sonar working principle are introduced, and effect analytical method of shipbased noise jammer against submarine sonar are analyzed. Typical situation simulation are givenr which show jamming sector on sonar, percentage reduction of sonar detection range,and jamming effect grow with situation. It’s can provide information for plan design of surface ship maneuver and noise jammer deploy.

submarine sonar；noise jammer；jamming sector；detection range reduction ratio；interference area

U674.7

A

1672-7649(2017)11-0175-03

10.3404/j.issn.1672-7649.2017.11.033

2017-07-07

國家自然科學基金資助項目(11404406)

袁延藝(1971-)，男，高級工程師，研究方向為水聲信號處理。