基于美海軍反潛戰訓練的靶雷技術發展趨勢

劉春枚，陳建青

(中國船舶重工集團公司七五〇試驗場，云南 昆明 650051)

0 引 言

反潛訓練是海軍戰斗力生成的重要手段，各國海軍都高度重視反潛訓練。水下自航式靶雷能逼真模擬潛艇的運動、聲學等特性，不僅操作使用方便、效費比高，還可逼真模擬海軍在反潛戰中可能遇到的不同國家的各類型潛艇，成為各國海軍反潛訓練的主要裝備。

本文介紹了國際上靶雷發展的歷史與現狀，著重分析了美國自20世紀70年代起大量使用的MK30系列靶雷和瑞典AUV62-AT靶雷的技術特點。因為美海軍官方網站和瑞典SAAB公司在2018年均聲稱，美海軍計劃于2018、2019年評估瑞典AUV62-AT靶雷，準備用于美海軍的反潛訓練。最后，綜合分析了國際上各型靶雷的共性和一些獨特技術的特點，展望了靶雷技術發展方向。

1 美國及歐洲靶雷發展

為了對美國及歐洲國家的反潛戰訓練用靶雷有一個較全面的了解，圖1按研制或交付時間列出了美、意、法、德、瑞典等國的靶雷。現國際上的靶雷口徑多樣化，圖中接近時間軸的表示口徑較大，遠離時間軸的口徑較小，其中口徑最小的是美國MK39系列一次性靶雷。

20世紀70年代，美國海軍為開展反潛戰訓練，首先研制了21 kn口徑、形似魚雷的MK30 Mod 1靶雷，1974年交付美海軍，配備在美海軍水下作戰中心（NUWC）基波特分部的Keyport靶場、大西洋艦隊武器測試基地（AFWTF）、紐波特分部的南加利福尼亞靶場（SOCAL）、紐波特分部位于巴哈馬群島的大西洋水下測試鑒定中心（AUTEC）、基波特分部夏威夷島的太平洋導彈靶場基地（PMRF）等處，用于航空兵、潛艇和水面艦編隊的反潛訓練，訓練科目包括單項獨立反潛訓練、聯合反潛戰訓練、反潛戰團隊協同及應變訓練，與各靶場的水下跟蹤定位系統聯合使用，能夠有效地評估靶雷執行效果和海軍訓練效能，訓練中反潛艦隊可以按實戰狀況使用搜索裝備和武器系統。據美國海軍官網稱，至2016年MK30 Mod 1的使用次數已超過25 000次。

圖 1 歐美海軍靶雷發展概況Fig. 1Overview of the development of mobile target in Europe and the United States

因MK30 Mod 1靶雷壽命將達20年，美國于1992年開始策劃、1996年開始研制Mod 2型靶雷，2002年投入使用，2008年正式交付，主要目的是提高靶雷的可靠性、測試性和維修性，此外，MK30 Mod 2型靶雷新增了自主規避、逼真的窄帶和寬帶噪聲模擬、隨方向變化的聲學應答和瞬態噪聲模擬等功能，以滿足美海軍探潛裝備和魚雷探測目標、目標分類識別、跟蹤和再搜索追擊的訓練要求，進一步提高了靶雷的技術水平與可用性。值得注意的是，2003年4月，美海軍為了開展更逼真的瀕海反潛戰訓練，首次在沒有水下監控系統的夏威夷群島使用MK30靶雷進行了跟蹤演習和魚雷試射訓練，在此之前，MK30靶雷的使用僅限于有水下三維定位跟蹤的區域，對于MK30靶雷來說這是一個重要成果，它表明美海軍可以用MK30在艦隊想訓練的任何地方開展訓練。

20世紀70年代末期，美國還為以色列研制了口徑10 in的SPAT-0自推進潛艇聲學靶標，到90年代升級為SPAT-1，但其應用情況鮮有資料提及。

在美國的訓練靶雷系列中最具特色的是4.88 in的MK39系列一次性ASW活動訓練靶標（EMATT），是目前國際上口徑最小的靶雷，由洛克希德·馬丁公司西皮肯分公司研制，自90年代初Mod 0型開始生產，經歷了Mod 1，Mod 1A型，2015年已升級到MK39 Mod 2型。MK39是一型低成本的公海ASW訓練靶標，可由水面艦船或反潛飛機平臺布放，其潛用型SUBMATT可由潛艇發射，可按不同速度、深度、航向工作，模擬潛艇的聲學與磁場特性，用于艦隊的反潛魚雷訓練和作戰對抗訓練。MK39 Mod 2可產生被動離散聲信號、寬帶噪聲信號、回聲信號；可由導線通以脈沖電流產生磁場來模擬潛艇磁場特性；航行結束后，開孔自沉，無需回收。據統計目前為止美國已經生產了近40 000枚MK39系列靶標，用戶涉及美國、歐洲、亞洲和中東的17個國家。

歐洲國家中，研制海軍訓練用靶雷的有法國、意大利、德國、俄羅斯、瑞典等。

其中法國靶雷的類型最多，主要有法國DCN公司研制的CI1系列靶標（直徑21 in）、D19-T ASW訓練靶（直徑21 in）、法國Thales水下系統公司研制的CALAS靶標（直徑15 cm）和法國RTsys公司的輕型可回收訓練靶APV-RT（直徑15 cm）。CI1系列反潛訓練水下活動靶，是一種高性能的復雜訓練靶標系統，已服役法國海軍。CI1-3型靶標是該系列最新型號，可以與新一代聲納和魚雷相匹配，用于F17，F21，MU90等新型魚雷的試驗。

意大利WASS公司自20世紀80年代開始研制BSS系列靶標，最新型號是BSS-3型，已服役意大利海軍，用于MU90和黑鯊魚雷的作戰評估試驗。

瑞典SAAB公司在2006-2009年期間研制了AUV62-AT靶雷，除服役瑞典海軍外，澳大利亞皇家海軍已使用AUV62-AT進行反潛訓練。2018年美國海軍開始對AUV62-AT反潛戰訓練系統進行評估驗證，擬將其用于ASW訓練。2019年英國皇家海軍確認向薩博公司購買AUV62-AT。

通過現有資料分析，靶雷作為反潛戰訓練的重要裝備，因效費比高，使用方便，美歐各國紛紛自行研制。從美國自70年代研制開始，歐洲海軍在80、90年代開始研制，并持續進行升級換代，而美國海軍對反潛戰更是高度重視，不僅研制的靶雷型號齊全，特別是訓練使用量非常大。下面以美國的MK30 Mod 2型靶雷和瑞典AUV62-AT為例，介紹并分析國外靶的技術構成與特點。

2 典型靶雷技術狀態

2.1 MK30 Mod 2靶雷

MK30 Mod 2靶雷由推進、航行控制和載荷組成，載荷包括聲學和潛艇磁模擬功能，可以實現反潛戰（ASW）訓練任務所需的潛艇特性模擬。靶雷可在設定的范圍內機動，速度從5～20 kn不等，下潛/上爬和轉彎速率與潛艇性能相當；可以編程發射窄帶、寬帶噪聲，可以同時或單獨發射主動反射聲信號；靶雷可以規避主動聲吶探測信號；可以接收聲學通信指令以改變速度、深度、方向、結束任務或改變預設定任務；可以用一根大電流拖纜模擬潛艇磁場特性，用于反潛機磁異常探測訓練。

靶雷形似魚雷，直徑21 in，長度625 cm（無拖曳線列陣），由6段組成（見圖2），包括頭段、電池、導航與控制（G&C）、聲學、電機和后段。

圖 2 MK30 Mod 2靶雷結構Fig. 2Structure of MK30 Mod 2

靶雷頭段（第1段）是一個密封可承壓的殼體，它安裝了左右接收換能器、回收信標和緊急脈沖發射器。在頭段前部設計了一個鼻環，以方便回收操作。第2段是電池段，為靶雷提供能源，使用容量39 kWh的MR－200鋅銀電池。在電池兩端安裝了縱傾調整系統（TAS），TAS由儲液容器、壓力和液體感應開關、泵和管道組成，可將液體從電池段前端轉移到后部的接收容器中，使靶雷在回收時保持30°以內的垂直角度漂浮。第3段是導航與控制段，安裝了電源轉換組件、航行體控制及聲學處理組件（VCAP）、意外網絡組件（CNE）、磁異常電源、慣性導航單元（INU）、任務執行信息記錄器（MPI）和可選數據記錄器。第4段是聲學段，安裝了3-D定位信標發射換能器組件，高、中、低頻率的發射器及其相關的功率放大器。第5段是電機段，安裝了電機、電機控制器，還安裝著冷卻泵/蓄能器組件和絕緣耦合器。第6段（后段）中安裝了推進器、推進器軸、軸承、4個舵控制器、4個鰭片和一個定子；臍帶纜連接器安裝在殼體上；拖曳線列陣整齊盤繞著固定在尾鰭上。

拖曳線列陣上有一個發射換能器用于提供魚雷聲學模擬功能，一個水聽器接收聲探測信號，以及一段大電流的磁異常模擬（MAD）電纜以模擬潛艇的磁性特征。

MK30 Mod 2靶雷的原理、組成與結構如圖3所示。除電池、動力推進組件外，Mod 2靶雷的控制與聲磁載荷核心是導航與控制段內的航行體控制與聲學處理（VCAP）組件，集中了1個CPU和4片DSP，以及INU、溫度傳感器，完成靶雷航行控制、安全控制、舵機控制、聲學信號處理、數據記錄等功能。

圖 3 MK30 Mod 2原理及組成Fig. 3Principle and composition of MK30 Mod 2

靶雷的聲學接收部分由頭段左右接收換能器和拖纜上的1部接收換能器組成，負責水聲指令信號、聲吶及魚雷探測信號的接收。聲學發射部份由雷體兩側的高、中、低頻各3部換能器，以及拖纜上的1部魚雷頻段發射換能器組成，負責潛艇輻射噪聲、聲反射特性的模擬。潛艇磁特性模擬由一段長近60 m的大電流電纜實現。

MK 30靶雷的安全等級是根據不同的任務來規定的，對于可從靶雷中識別出潛在信息的被定義為保密等級，潛在信息包括靶雷模擬的目標或使用靶雷訓練的美國潛艇、水面艦艇或飛機的作戰能力、弱點、戰術、技術和戰術條例等。靶雷在沒有加載任務軟件或數據時是非密的，靶雷的聲學發射、接收頻譜、系統接收帶寬是保密的。

為完成訓練任務，MK 30靶雷還配備了發射控制系統（LCS）、岸基聲學指令控制器（ACLSBC）、緊急停車系統（ESS）、任務準備和分析系統（MPAS）、靶雷測試設備（ATE）、支持和處理設備（SHE）組成。發射控制系統（LCS）用于在發射平臺上執行以下發射操作：啟動靶雷電源、連接全球定位系統（GPS）、執行功能測試、監測靶雷功能、將任務設定數據傳送至靶雷；在打撈上船后，LCS可讀取靶雷記錄的任務性能信息（MPI）和可選數據記錄器（ODR）數據。岸基聲學指令控制器（ACLSBC）用于在訓練任務執行過程中通過水下定位系統向靶雷發出指令，安裝在各訓練基地的水下跟蹤定位基站中。緊急停車系統（ESS）從水面艦艇或直升飛機上布放，用于命令靶雷進入停機（EOR）狀態，ESS是1套自備電池的便攜水下發射機，可發射185 dB/1uPa@1m信號，工作時長3 h。任務準備和分析系統（MPAS）用于任務準備、分析靶雷的聲學和運動情況，任務準備內容包括任務剖面、航行范圍和參加訓練對象等，需要與作戰艦隊一起制定；MPAS還可以對任務數據記錄器（MPI）或可選數據記錄器（ODR）的記錄數據進行分析。靶雷測試設備（ATE）作為使用基地的維修設備，可對所有靶雷進行準備和修復，通過臍帶纜直接與靶雷連接后，可進行靶雷功能和故障定位測試。支持和處理設備（SHE）是在運輸過程中提供保護，以及處理、組裝、拆卸靶雷和外部控制設備（ECE）的輔助設備，包括電池充電系統（BCS）、清洗和充填設備、太陽遮擋裝置、可選數據記錄器（ODR）、靶雷專用工具、滑動臺架、通用電子測試設備和海運容器等。

美國對MK30 Mod 2的升級并沒有提高Mod 1型的運動、聲學等指標，反而將航行深度由600 m降為300 m，提高靶雷可靠性要求，將雙轉螺旋槳推進方式改為單轉方式。

2.2 AUV62-AT

AUV62-AT靶雷是瑞典薩博（SAAB）公司基于AUV62自主式水下航行體和62型魚雷研制的，采用了模塊化結構，可以通過更換功能段、任務軟件包來執行不同任務。

AUV62-AT形似魚雷，直徑21 in，重約1 500 kg，最大工作深度300 m，4 kn時續航力24 h。由安裝發射換能器的頭段、前壓載艙、換能器段、能源模塊、導航控制模塊、后壓載艙、推進與控制段。壓載艙（見圖5）可以根據需要把航行體錨定于海底以便于后續回收，可以控制航行器低速航行，可以用來使航行器浮出水面以便任務完成后更容易回收。在壓載艙移除的情況下，航行器頭部將裝有氣囊以便任務完成時浮出水面進行回收。

圖 4 AUV62-AT外形圖Fig. 4Outline of AUV62-AT

圖 5 AUV62-AT壓載艙Fig. 5AUV62-AT ballast tank

AUV62-AT使用泵噴推進器，航行噪聲低，即使在高海況下也能保證低速的穩定航行。其導航功能采用多普勒計程儀和慣性測量裝置，能實現高精度定位。靶雷有一根固定的突出桅桿用于水面通信和數據傳輸。

AUV62-AT的聲學模塊能夠覆蓋當今多數反潛聲吶的頻段和魚雷自導頻段，對于10 kHz以上頻率使用固體陶瓷換能器，采用諧振Tonpilz技術覆蓋2～10 kHz頻帶。在2 kHz以下，可采用磁致伸縮換能器技術，使用磁致伸縮致動器作為活塞運動的膜，達到100 Hz的低頻。

AUV62-AT有帶拖曳陣和不帶拖曳陣2種配置。為產生真實潛艇的聲特征，用換能器拖曳陣來模擬實際的目標長度，可提高對潛艇物理特征的模擬效果，根據反潛訓練中所需潛艇的長度和類型，應答器的間距和數量可調整。換能器拖曳陣還可用于估算來襲魚雷的通過時刻和最短距離。如果不使用拖纜，可使用換能器段的左右兩側水聽器及發射換能器，生成展寬的回波并發射。

AUV62-AT具有一定智能功能，當它感知到被飛機、艦船或魚雷探測時，會自動進行機動規避，執行典型的潛艇規避動作，例如從一個溫躍層轉移到另一個溫躍層。

AUV62-AT可用于所有ASW戰部隊的訓練與評估，可以從水面艦船、潛艇或岸基系統發射或回收。為保障訓練任務完成，AUV62-AT還包括一系列配套設備：任務規劃系統、任務評估系統、信號產生和分析系統、發射回收系統（LARS）、綜合后勤支持（ILS）系統。

3 靶雷技術特點及發展趨勢分析

各國靶雷均具備模擬潛艇機動特性、聲學特性功能，都采用電動力推進方案。美國靶雷為配合其反潛作戰體系訓練，常用靶雷都有潛艇磁特性模擬功能。歐洲部分靶雷為判斷魚雷過靶情況增加了測量換能器。從總體、推進方式等功能方面分析國外靶雷的技術特點和設計思路。

圖 6 AUV62-AT任務規劃系統Fig. 6AUV62-AT mission planning system

3.1 總體設計

在靶雷的口徑選擇方面，美國的第1型靶雷是21 in口徑，主要用于美國各大試驗場的部隊反潛戰訓練，歷年來使用數量超30 000次；自90年代起美國的4.48 in口徑一次性靶雷MK39系列訂貨量近40 000枚，主要用于美海軍在公海的反潛訓練。大口徑靶雷與小口徑相比，航行時間長，聲學低頻模擬能力強，如何選取主要取決于海軍的使用方式與訓練需求。歐洲國家的靶雷除了法國的CALAS，APV-RT靶雷是150 mm口徑外，均為21 in的。

在靶雷發射回收方面，靶雷一般從水面船發射，多采用斜槽、吊放方式發射，美國可以用直升機發射和回收21 in，重量超過1.2 t的MK30系列靶雷，其它國家沒有采用此類方式。

在靶雷的總體性能設計方面，為提高回收效率與安全性，Mk30 Mod 2型靶標設計了微調系統（TAS），使得靶標在每次航終時可以調節回收角度，無需在每個航次進行航行體稱重與重心調節操作，并使靶雷在回收時保持30°以內的垂直角度漂浮，大大方便了回收。AUV62-AT是模塊化設計的水下航行器，為滿足不同的使用目的，設計了獨立的壓載艙段，可以在靶雷前、后部選擇加裝，在不安裝壓載艙情況下，靶雷頭部將裝有氣囊以便任務完成時浮出水面進行回收。

3.2 推進技術

靶雷可采用的推進器有單轉螺旋槳、雙轉螺旋槳、泵噴推進器等，Mk30 Mod 1采用雙轉螺旋槳，而MK30-2使用渦感定子逆流螺旋槳（SISUP，Swirl Inducing Stator Upstream Propellor）設計，SISUP推進系統為單旋轉軸，轉子是大側斜六葉螺旋槳設計，具有較低的噪聲和較高的有效性，用定子對抗轉子所產生的旋轉扭矩。AUV62-AT采用泵噴推進器，具有輻射噪聲低，低速航行穩定性好等特點。

3.3 聲磁特性模擬能力

聲學模擬是靶雷的主要功能，在美國發展的系列靶雷中，MK30系列、SPAT系列都用一個發射換能器作為聲學回波模擬發射源，通過產生時域多亮點模擬目標尺度特性，美國自70年代起有很多聲學目標模擬方面的專利，但并沒有對MK30 Mod 1的聲學模擬方式作改進。法、意等國自80年代起就采用多個發射器模擬聲學尺度目標。用靶雷拖曳一根裝有多個發射、接收換能器的線列陣來模擬聲學尺度目標已成為各國認可的方式。

美國研制的各型靶雷都具備磁異常模擬功能，從口徑21 in的MK30系列到10 in的SPAT系列，小至4.88 in的MK39系列，這充分反映了美軍反潛戰的實施方法需求。此外，僅有2015年UDT展會上首次展出的法國RTsys公司APV-RT輕型可回收訓練靶也具備MAD模擬功能，它在15 m深度可以通過自動或外部聲學指令方式布放MAD電纜，以磁場模擬方式工作。其它靶雷都沒有該項功能。

3.4 自主規避能力

MK30 Mod 2，MK39 Mod 2，AUV62-AT等靶雷都具備自主規避功能。規避機動是潛艇的一種戰術機動。當潛艇發現被探測或被跟蹤條件下，需通過改變航速、航向、航深等方式機動規避主動聲納的探測或跟蹤，一般在規避機動運動時，若改變深度，采用增加深度或者進入溫躍層等措施；若改變速度，通常采取極低速航行；若改變航向，一般使潛艇尾部對著探測聲方向，以減小自身的目標強度；降低航速，以減小噪聲強度；逐漸遠離探測目標。

3.5 魚雷攻擊效果測試能力

靶雷是魚雷的攻擊目標，在實施訓練中魚雷是否命中靶雷是海軍關心的問題，MK30系列靶雷沒有特別提到該類功能。德國SUBTAS靶雷，特別提到靶雷的航行體上有4個水聽器，與拖曳陣尾端的2個水聽器共同構成傳感器系統，用來測量魚雷過靶情況。AUV62-AT拖纜的前后各裝有一個水聽器，可用于測量魚雷過靶情況，為試驗與系統有效性分析提供依據。

3.6 訓練評估功能

MK30，AUV62-AT等靶雷都特別強調，靶雷是一個訓練系統，其中重要的功能就是對訓練數據的保存與回放、分析。MK30可以在靶雷打撈起來后，如果在水面船上，可立即用發射控制設備讀出靶雷記錄數據，具體的訓練評估可在返回使用基地后，用專用的任務準備和分析系統（MPAS）處理。

AUV62-AT同樣具備任務規劃、訓練數據分析評估等功能，設計了便攜式任務評估工具，可在演習結束后立即查看數據，演習后指揮部隊和操作員能夠詳細分析ASW訓練情況，由直升機、魚雷等其他參試單元記錄的數據以及其他所有信息可以一起導入進行分析。

3.7 發展趨勢分析

靶雷經過近40年的發展，其對潛艇機動特性、聲學特性的模擬已形成一系列成熟技術，未來靶雷的發展趨勢與各國海軍反潛裝備的發展緊密相關，可能在以下幾個方向對靶雷提出更多需求：

1）逼真的潛艇機動特性模擬功能，不僅要模擬潛艇正常航行，還要對潛艇在遭遇探測與攻擊時的規避機動進行多層次的逼真模擬；

2）精細的聲學特性模擬功能，隨著人工智能技術的發展，海軍探潛武器的性能不斷提升，將對靶雷能否模擬不同類型的水下目標聲學特性提出更多要求；

3）模塊化設計，應可以根據任務需求方便地更換相應模塊配置以執行不同的訓練任務或改變其使用模式；

4）提高可靠性，可靠性對產品至關重要，美國MK30 Mod 2升級的重要因素之一就是提高Mod 1型的可靠性；

5）提高易用性，包括操作、布放、回收、充電等各個環節，易用性的提高可降低維護成本并提高訓練與試驗效率。

4 結 語

根據美海軍對MK30系列靶雷的大量使用和MK39系列靶雷的大量采購，以及其對AUV62-AT的興趣，不難看出，反潛作戰訓練始終是海軍訓練的重要任務。在反潛戰訓練中，靶雷現在及今后都將在各國海軍的反潛訓練中發揮重要作用，而靶雷的發展也將根據各國海軍不同的應用需求，向著逼真機動及聲磁特性模擬、高可靠性、易維護操作的方向發展。