水面艦艇對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚雷方法研究*

徐海珠，袁延藝，余 赟，劉雄厚

（海軍研究院，北京 100161）

0 引言

水面艦艇尾流是艦艇在航行過(guò)程中，因螺旋槳卷入空氣、溶于水中的空氣釋放以及螺旋槳空化等原因，在艦艇尾部形成的一道含有大量氣泡的水流航跡。艦船尾流的聲學(xué)、光學(xué)、磁場(chǎng)及熱特性等物理場(chǎng)與普通海水有明顯區(qū)別，可用于魚雷自導(dǎo)。尾流存在時(shí)間久，難以消除且難以偽造，魚雷一旦進(jìn)入艦艇尾流，艦艇難以對(duì)其進(jìn)行有效探測(cè)和對(duì)抗。尾流自導(dǎo)魚雷因具有較高的導(dǎo)引精度和命中概率，成為打擊水面艦艇的重要武器［1-2］。美國(guó)的MK45F魚雷、德國(guó)的DM2A4魚雷、意大利的黑鯊、法國(guó)的F17-2魚雷、瑞典的TP62魚雷、俄羅斯的65型魚雷和TEST-96型魚雷均具有尾流自導(dǎo)功能［3］。

近年來(lái)，魚雷尾流自導(dǎo)性能不斷提高，給水面艦艇帶來(lái)了巨大威脅，世界各國(guó)均十分重視發(fā)展尾流自導(dǎo)魚雷的對(duì)抗技術(shù)［4-9］。盡管在對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚雷方面進(jìn)行了較多理論研究，但是水面艦艇對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚雷是一個(gè)復(fù)雜的作戰(zhàn)過(guò)程，其涉及到報(bào)警定位、對(duì)抗決策和對(duì)抗實(shí)施等多個(gè)階段。已有研究?jī)H涉及對(duì)抗過(guò)程的某個(gè)階段或某項(xiàng)技術(shù)，關(guān)于對(duì)尾流自導(dǎo)魚雷對(duì)抗全過(guò)程、尤其是各種態(tài)勢(shì)的對(duì)抗決策還需要進(jìn)行深入研究。

針對(duì)已有研究的不足，本文根據(jù)艦艇尾流特性分析了尾流自導(dǎo)魚雷的工作原理，從尾流自導(dǎo)魚雷對(duì)抗全過(guò)程考慮，探討了尾流自導(dǎo)魚雷的報(bào)警定位技術(shù)和對(duì)抗實(shí)施手段，并重點(diǎn)研究了對(duì)抗決策。

1 尾流自導(dǎo)魚雷的工作原理

水面艦艇尾流特性與艦艇的寬度、吃水深度、航行速度和海面風(fēng)速等因素有關(guān)。就物理場(chǎng)而言，艦船尾流聲學(xué)特性、光學(xué)特性、磁場(chǎng)特性及熱特性等與普通海水有較大差別，是魚雷對(duì)艦艇進(jìn)行尾流探測(cè)、跟蹤和識(shí)別的基礎(chǔ)。目前較成熟的尾流自導(dǎo)技術(shù)是主動(dòng)聲尾流自導(dǎo)技術(shù)［10］，即魚雷向海面發(fā)射高頻窄脈沖聲信號(hào)，非尾流區(qū)的海面混響回波信號(hào)強(qiáng)度高、到達(dá)時(shí)間較晚、脈沖展寬較小；而尾流散射系數(shù)較大使回波信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)酰擦饔幸欢ê穸仁够夭ǖ竭_(dá)時(shí)間較早，聲脈沖在氣泡間多次反射使得回波脈沖展寬較大。魚雷尾流自導(dǎo)開(kāi)機(jī)后首先對(duì)非尾流區(qū)回波信號(hào)進(jìn)行分析，通過(guò)回波信號(hào)的脈沖強(qiáng)度、時(shí)間延遲、脈沖展寬等特征變化檢測(cè)并識(shí)別尾流，并以預(yù)定航向角轉(zhuǎn)向，以正弦狀彈道向艦艇目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，直至從艦艇目標(biāo)下方通過(guò)時(shí)引信動(dòng)作［7］。

綜上，尾流自導(dǎo)魚雷的工作原理與聲自導(dǎo)魚雷有本質(zhì)區(qū)別，因而尾流自導(dǎo)魚雷的對(duì)抗方法與聲自導(dǎo)魚雷對(duì)抗方法也不相同。

2 尾流自導(dǎo)魚雷的對(duì)抗過(guò)程

尾流自導(dǎo)魚雷對(duì)抗過(guò)程分為報(bào)警定位、指揮決策和對(duì)抗實(shí)施3個(gè)階段。其中報(bào)警定位是利用魚雷報(bào)警聲納對(duì)來(lái)襲魚雷的輻射噪聲、尋的信號(hào)或回波信號(hào)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤、識(shí)別、報(bào)警和定位，報(bào)警定位是指揮決策和對(duì)抗實(shí)施的基礎(chǔ)；指揮決策是指根據(jù)來(lái)襲魚雷的報(bào)警信息和制導(dǎo)方式，進(jìn)行威脅排序和目標(biāo)選擇，分析魚雷航路，并制定對(duì)抗裝備使用方案和艦艇機(jī)動(dòng)方案。對(duì)抗實(shí)施是指控制各種軟硬對(duì)抗裝備工作，并進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)，對(duì)來(lái)襲魚雷進(jìn)行誘騙、干擾和毀傷。

根據(jù)上述對(duì)抗過(guò)程，尾流自導(dǎo)魚雷對(duì)抗裝備一般包括用于魚雷報(bào)警定位的魚雷報(bào)警聲納、用于指揮決策的水聲對(duì)抗顯控臺(tái)，以及各種軟硬對(duì)抗器材等，如圖1所示。美國(guó)的AN/WSQ-ll魚雷防御系統(tǒng)包括SLQ-24魚雷報(bào)警聲納、作戰(zhàn)指揮顯控臺(tái)、MK-36發(fā)射裝置、SLQ-25A拖曳式誘餌和反魚雷魚雷等［2］。

3 尾流自導(dǎo)魚雷的報(bào)警定位

遠(yuǎn)距精確的魚雷報(bào)警定位、以及正確快速的制導(dǎo)方式判別，是對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚雷指揮決策和對(duì)抗實(shí)施的前提和基礎(chǔ)。

3.1 制導(dǎo)方式判別

魚雷制導(dǎo)方式判別是對(duì)抗裝備選擇的前提，不同制導(dǎo)方式的工作原理不同，采用的對(duì)抗裝備也不同，如傳統(tǒng)的基于聲學(xué)誘騙和干擾的聲誘餌和聲干擾器，無(wú)法有效對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚雷。魚雷制導(dǎo)方式判別還是進(jìn)行魚雷航路估計(jì)進(jìn)而設(shè)置對(duì)抗裝備布放區(qū)域的前提。

魚雷制導(dǎo)方式判別技術(shù)主要包括基于情報(bào)的判別、基于魚雷彈道的判別和基于尋的信號(hào)的判別技術(shù)。若戰(zhàn)前獲得敵方相關(guān)情報(bào)信息，則可分析其艇載魚雷的制導(dǎo)方式。尾流自導(dǎo)魚雷搜索目標(biāo)時(shí)一般瞄準(zhǔn)艦艇尾部的有效尾流處，在近距離跟蹤彈道為蛇形彈道并反復(fù)出入尾流區(qū)域，通過(guò)來(lái)襲魚雷彈道特點(diǎn)可以輔助判別魚雷的尾流制導(dǎo)方式。尾流自導(dǎo)裝置開(kāi)機(jī)后會(huì)向水面發(fā)射高頻聲波進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，若能在拖曳式聲納上集成水聽(tīng)器檢測(cè)高頻尋的信號(hào)，則可以確認(rèn)該魚雷為尾流自導(dǎo)方式。

3.2 被動(dòng)報(bào)警定位

魚雷被動(dòng)報(bào)警技術(shù)。被動(dòng)報(bào)警技術(shù)包括基于輻射噪聲的報(bào)警技術(shù)和基于尋的信號(hào)的報(bào)警技術(shù)。基于輻射噪聲的報(bào)警技術(shù)是利用魚雷出管和點(diǎn)火等瞬態(tài)信號(hào)、航行噪聲線譜和調(diào)制譜特征，以及方位變化率等特征，對(duì)魚雷進(jìn)行探測(cè)、跟蹤、分類識(shí)別并自動(dòng)報(bào)警。基于尋的信號(hào)的報(bào)警技術(shù)是指?jìng)刹煳擦髯詫?dǎo)魚雷的高頻窄脈沖尋的信號(hào)，完成跟蹤、分類識(shí)別并報(bào)警。魚雷進(jìn)入尾流區(qū)域后，基于輻射噪聲的被動(dòng)報(bào)警能力會(huì)大幅下降，基于尋的信號(hào)的報(bào)警技術(shù)可彌補(bǔ)被動(dòng)魚雷報(bào)警能力的不足。

魚雷被動(dòng)定位技術(shù)。魚雷自導(dǎo)裝置具有一定的指向性和作用距離，水聲對(duì)抗裝備需要布放在魚雷前方一定的區(qū)域處，因而需要估計(jì)魚雷當(dāng)前位置。魚雷被動(dòng)定位技術(shù)包括基于輻射噪聲的定位技術(shù)和基于尋的信號(hào)的定位技術(shù)。文獻(xiàn)［11］指出魚雷輻射噪聲可激發(fā)多階簡(jiǎn)正波，多階簡(jiǎn)正波間相互干涉形成在距離-頻率維的聲場(chǎng)強(qiáng)度干涉條紋圖案。這些條紋的斜率是與距離有關(guān)的恒定值，稱為波導(dǎo)不變量，可用于魚雷被動(dòng)估距。用于尾流自導(dǎo)的高頻尋的信號(hào)作用距離較小，且尾流自導(dǎo)尋的信號(hào)有一定的指向性，因而可通過(guò)偵察尾流自導(dǎo)尋的信號(hào)實(shí)現(xiàn)魚雷被動(dòng)定位。

3.3 主動(dòng)報(bào)警定位

魚雷被動(dòng)定位的方位和距離精度較差，限制了對(duì)抗效果的提高，尤其是硬對(duì)抗裝備的對(duì)抗效能受魚雷定位精度影響較大。另外，現(xiàn)代魚雷采用低速線導(dǎo)、泵噴和減振降噪等技術(shù)，有效降低了航行噪聲，使得被動(dòng)報(bào)警能力大幅下降。因而各國(guó)均在提高魚雷被動(dòng)報(bào)警距離的同時(shí)，積極發(fā)展主動(dòng)報(bào)警定位技術(shù)。

采用主動(dòng)魚雷報(bào)警聲納可對(duì)魚雷方位和距離有較高的定位精度，并根據(jù)多普勒識(shí)別和方位變化率等方法對(duì)魚雷進(jìn)行分類識(shí)別。主動(dòng)定位技術(shù)一般采用聲信號(hào)回波時(shí)延實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位，由于魚雷是高速運(yùn)動(dòng)的小目標(biāo)，相對(duì)被動(dòng)報(bào)警距離，目前魚雷主動(dòng)報(bào)警距離較近，因而目前主動(dòng)報(bào)警和被動(dòng)報(bào)警需要聯(lián)合使用。

作為魚雷報(bào)警定位的主要裝備，魚雷報(bào)警聲納按照裝備形態(tài)可分為艦殼聲納、舷側(cè)聲納和拖曳式聲納等。法國(guó)“信天翁”拖曳線列陣聲納魚雷報(bào)警距離達(dá)10 km，可進(jìn)行被動(dòng)定位。俄羅斯水面艦艇采用艦殼聲納和拖曳式聲納的聯(lián)合報(bào)警技術(shù)，可消除探測(cè)盲區(qū)，還可提高報(bào)警的正確率和定位精度。美國(guó)的SLQ-24拖曳線列陣聲納在被動(dòng)報(bào)警的基礎(chǔ)上集成了主動(dòng)報(bào)警功能，裝備了美國(guó)和盟國(guó)的所有大中型水面艦艇［2］。

4 尾流自導(dǎo)魚雷的對(duì)抗手段

尾流自導(dǎo)魚雷的對(duì)抗手段可分為軟對(duì)抗、硬對(duì)抗、軟硬綜合對(duì)抗等手段。軟對(duì)抗主要是指采用誘騙干擾等手段破壞魚雷的探測(cè)和跟蹤性能，使魚雷丟失目標(biāo)或者跟蹤錯(cuò)誤目標(biāo)最終耗盡航程。硬對(duì)抗是指將帶有戰(zhàn)斗部的對(duì)抗裝備布放到魚雷附近，通過(guò)自身爆炸炸傷魚雷，使魚雷失去自導(dǎo)能力或航行能力。軟硬綜合對(duì)抗是將魚雷誘騙至附近后對(duì)抗裝備自身爆炸、或者誘騙魚雷自爆從而毀傷魚雷。除了以上對(duì)抗裝備，采用尾流隱身和艦艇機(jī)動(dòng)等手段，削弱或破壞魚雷自導(dǎo)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的物理場(chǎng)，使魚雷無(wú)法檢測(cè)到目標(biāo)。

4.1 軟對(duì)抗手段

對(duì)尾流自導(dǎo)魚雷的軟對(duì)抗手段主要有模擬尾流法，發(fā)射多枚氣幕彈入水，或通過(guò)自航式誘餌產(chǎn)生氣泡的方式，在來(lái)襲魚雷的航路上設(shè)置一條模擬尾流，模擬艦艇尾流對(duì)魚雷高頻尋的信號(hào)的散射特性，使魚雷跟蹤假尾流，可隔斷其對(duì)真實(shí)艦艇尾流的接觸。

利用模擬氣泡尾流的方式可對(duì)抗基于高頻聲探測(cè)的聲尾流自導(dǎo)魚雷，以檢測(cè)聲阻抗變化的聲尾流自導(dǎo)魚雷，以及基于激光尾流探測(cè)手段的光尾流自導(dǎo)魚雷。在氣幕藥劑中添加磁性材料和發(fā)熱材料，還可對(duì)抗熱尾流自導(dǎo)魚雷和磁尾流自導(dǎo)魚雷。

美國(guó)在水面艦艇發(fā)射的21B12自航式聲誘餌上加裝了尾流模擬裝置，在水面艦艇裝備的SLQ-25A拖曳式聲誘餌上集成了尾流自導(dǎo)魚雷干擾裝置，法國(guó)研制了自航式氣幕彈用于對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚雷［12］。

4.2 硬對(duì)抗手段

艦艇僅靠軟對(duì)抗手段難以消除反艦尾流自導(dǎo)魚雷的威脅，因而各國(guó)均在發(fā)展硬對(duì)抗手段。硬對(duì)抗手段有火箭深彈、懸浮式攔截彈、魚雷攔截網(wǎng)和反魚雷魚雷等。

火箭深彈爆炸在近距離能摧毀魚雷，爆炸沖擊波較遠(yuǎn)距離上會(huì)使魚雷電子設(shè)備失靈，還可攪亂尾流痕跡。該裝備簡(jiǎn)單可靠，但火箭深彈入水后通過(guò)延時(shí)引信或水壓引信爆炸，要求布放在魚雷較近距離，其對(duì)魚雷的定位精度和航路估計(jì)精度要求較高。懸浮式攔截彈可布放在艦船尾流中形成攔截陣，利用引信感知經(jīng)過(guò)的魚雷，引爆戰(zhàn)斗部從而毀傷魚雷，必須布放在魚雷的航路上，其對(duì)魚雷航路估計(jì)精度要求較高。魚雷攔截網(wǎng)可集成在拖曳式聲納上或者布置在甲板上，根據(jù)指令釋放到尾流中并適時(shí)展開(kāi)，來(lái)襲魚雷觸網(wǎng)則引爆炸藥或者失去動(dòng)力。反魚雷魚雷可采用線導(dǎo)、主動(dòng)自導(dǎo)、被動(dòng)自導(dǎo)、脈沖偵察自導(dǎo)、誘騙自導(dǎo)等工作方式，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性能、較大的自導(dǎo)扇面和較遠(yuǎn)的自導(dǎo)距離，是理想的魚雷自導(dǎo)魚雷對(duì)抗裝備。

俄羅斯在大型水面艦艇上裝備了1 200 m、2 500 m和6 000 m射程的火箭深彈，形成了多層次的魚雷防御能力，俄羅斯還研究了水面艦艇使用懸浮式攔截彈形成攔截陣的魚雷防御方法。美國(guó)以MK46魚雷為基礎(chǔ)，歐洲以MU90魚雷為基礎(chǔ)研制了反魚雷魚雷［10］。

4.3 軟硬綜合對(duì)抗

軟硬綜合對(duì)抗主要有引信誘騙方法和引爆式誘餌等技術(shù)手段。引信誘騙是指在拖曳線列陣上集成引信檢測(cè)裝置，檢測(cè)魚雷的引信發(fā)射信號(hào)并進(jìn)行艦船的回波信號(hào)模擬，誘騙魚雷引信動(dòng)作使魚雷爆炸。美國(guó)的MK30型自航式聲靶具備艦船電磁場(chǎng)模擬能力，SLQ-25D拖曳式聲誘餌上也集成了引信誘騙功能［3］。引爆式誘餌是指可在自航式氣幕彈上集成戰(zhàn)斗部，則誘餌可邊航行邊生成模擬尾流，將尾流自導(dǎo)魚雷誘騙至附近后，通過(guò)自身爆炸毀傷魚雷。

4.4 其他對(duì)抗手段

在使用軟硬對(duì)抗裝備的同時(shí)，還可進(jìn)行尾流隱身和艦艇機(jī)動(dòng)規(guī)避。常用的尾流隱身手段包括泵噴推進(jìn)技術(shù)和超聲消除尾流技術(shù)［13］等，其中超聲消除尾流法是指艦船尾部發(fā)射超聲作用于尾流，使氣泡迅速融合而破滅，可降低尾流自導(dǎo)魚雷的檢測(cè)概率。艦艇機(jī)動(dòng)規(guī)避是指艦船通過(guò)加速、減速、轉(zhuǎn)向等方式擺脫或干擾尾流自導(dǎo)魚雷的跟蹤。如艦艇高速航行可快速駛離魚雷自導(dǎo)搜索帶，通過(guò)減速可減小尾流目標(biāo)強(qiáng)度，大角度轉(zhuǎn)向可使尾流自導(dǎo)魚雷丟失目標(biāo)。

各種對(duì)抗裝備各有優(yōu)勢(shì)和局限，水面艦艇應(yīng)根據(jù)裝備射程、對(duì)魚雷定位精度要求、對(duì)抗效能等情況合理配置，使水面艦艇具備多手段、軟硬結(jié)合和多層次的對(duì)抗能力。如美國(guó)的WSQ-11反魚雷防御系統(tǒng)包括SLQ-25A拖曳式誘餌和反魚雷魚雷，俄羅斯水面艦艇配備了助飛式聲干擾器和不同射程的火箭深彈，法國(guó)水面艦艇配備了助飛式聲干擾器和助飛式聲誘餌等。

5 對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚雷的指揮決策

指揮決策是指根據(jù)來(lái)襲魚雷的報(bào)警信息和制導(dǎo)方式，分析魚雷航路，制定對(duì)抗裝備使用方案和艦艇機(jī)動(dòng)方案，并可開(kāi)啟尾流隱身裝備。

5.1 對(duì)抗裝備使用方案

一般根據(jù)來(lái)襲魚雷的報(bào)警距離、制導(dǎo)方式、對(duì)抗裝備的射程，以及對(duì)抗效果來(lái)選擇對(duì)抗裝備。

魚雷在較遠(yuǎn)距離時(shí)，尾流自導(dǎo)魚雷尚未跟蹤到艦艇時(shí)，可采用火箭布放模擬尾流的方式和自航引爆式誘餌的對(duì)抗方式。這兩種方法要求魚雷報(bào)警距離較遠(yuǎn)，魚雷尚未探測(cè)到真實(shí)尾流，對(duì)抗裝備工作后艦艇可通過(guò)機(jī)動(dòng)規(guī)避和開(kāi)啟尾流隱身設(shè)備等方法，擺脫尾流自導(dǎo)魚雷探測(cè)和跟蹤。魚雷在中等距離時(shí)，一般進(jìn)入主動(dòng)報(bào)警能力范圍內(nèi)，魚雷定位精度較高時(shí)，可采用懸浮式攔截彈、深水炸彈和反魚雷魚雷，此時(shí)可有效發(fā)揮裝備的對(duì)抗效能；魚雷在較近距離時(shí)，助飛式對(duì)抗裝備無(wú)法發(fā)射，可采用拖曳式引信誘騙法、投擲攔截網(wǎng)等方法進(jìn)行對(duì)抗。

若魚雷報(bào)警較近，選擇某一種或多種對(duì)抗裝備只能進(jìn)行一次對(duì)抗，若報(bào)警距離較遠(yuǎn)且聲納可保持對(duì)魚雷的跟蹤時(shí)，可在不同距離上多次使用對(duì)抗裝備，形成多層次的對(duì)抗能力，從而提高對(duì)抗效能。

5.2 其他對(duì)抗手段的使用

在使用水聲對(duì)抗裝備對(duì)尾流自導(dǎo)魚雷進(jìn)行干擾、誘騙和毀傷時(shí)，同時(shí)配合使用尾流隱身手段和艦艇機(jī)動(dòng)規(guī)避手段，可有效提高艦艇生存概率。

6 結(jié)論

本文在分析尾流自導(dǎo)魚雷工作原理的基礎(chǔ)上，研究了尾流自導(dǎo)魚雷的報(bào)警定位技術(shù)、指揮決策方法、對(duì)抗實(shí)施手段等。結(jié)果表明：遠(yuǎn)距精確的魚雷報(bào)警定位和目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，快速科學(xué)的指揮決策，以及多手段、多層次的水聲對(duì)抗裝備是有效對(duì)抗尾流自導(dǎo)魚雷必不可少的要素。