潛射反艦魚(yú)雷制導(dǎo)方式判別方法研究?

胡 平 張林森 劉 凱唐 勇

（1.海軍工程大學(xué)艦船與海洋學(xué)院 武漢 430033）（2.海軍工程大學(xué)兵器工程學(xué)院 武漢 430033）（3.武漢東湖學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 武漢 430212）

1 引言

潛射反艦魚(yú)雷主要有直航、聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)、線導(dǎo)等方式，魚(yú)雷不同制導(dǎo)方式的工作原理不同，水面艦艇魚(yú)雷防御時(shí)對(duì)抗器材的選擇和機(jī)動(dòng)決策也不同，因而準(zhǔn)確判別來(lái)襲魚(yú)雷的制導(dǎo)方式，是有效防御來(lái)襲魚(yú)雷的必要前提［1～2］。

防御不同制導(dǎo)方式魚(yú)雷時(shí)使用的對(duì)抗器材一般不同。魚(yú)雷聲自導(dǎo)一般工作在中高頻段，需要使用中高頻的水聲對(duì)抗器材；潛射反艦魚(yú)雷線導(dǎo)時(shí)主要依靠潛艇聲納探測(cè)水面艦艇信息并通過(guò)導(dǎo)線發(fā)送給魚(yú)雷，潛艇聲納一般工作在較低頻段，因而水面艦艇需要使用低頻對(duì)抗器材。魚(yú)雷尾流自導(dǎo)裝置一般采用超聲波檢測(cè)艦艇氣泡尾流，且其作用距離近，一般需要采用模擬尾流對(duì)抗器材或者硬攔截對(duì)抗器材［3］。直航魚(yú)雷不采用任何自導(dǎo)方式，一般需要使用硬攔截對(duì)抗器材。當(dāng)然，對(duì)聲自導(dǎo)和線導(dǎo)工作的魚(yú)雷也可采用硬攔截對(duì)抗器材［4］。

防御不同制導(dǎo)方式魚(yú)雷時(shí)的機(jī)動(dòng)方法一般也不同。水面艦艇航速增大時(shí)輻射噪聲大幅增加，因而防御被動(dòng)聲自導(dǎo)魚(yú)雷時(shí)不宜采用加速機(jī)動(dòng)的方式；艦艇高速機(jī)動(dòng)時(shí)輻射噪聲和尾流大幅增強(qiáng)，將嚴(yán)重影響魚(yú)雷主動(dòng)聲自導(dǎo)的探測(cè)效果，因而對(duì)抗主動(dòng)聲自導(dǎo)魚(yú)雷時(shí)可加速機(jī)動(dòng)；防御線導(dǎo)工作的魚(yú)雷時(shí)需要采用聲干擾器干擾潛艇聲納，并在潛艇聲納的被干擾扇面內(nèi)高速機(jī)動(dòng)；尾流自導(dǎo)魚(yú)雷無(wú)法判斷目標(biāo)艦艇的舷別，防御尾流自導(dǎo)魚(yú)雷應(yīng)采用大轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)，使魚(yú)雷跨舷［5～6］。由上述分析可知，若制導(dǎo)方式判斷錯(cuò)誤，則導(dǎo)致使用錯(cuò)誤的對(duì)抗器材或者機(jī)動(dòng)方案，不僅浪費(fèi)對(duì)抗器材，而且遺誤戰(zhàn)機(jī)導(dǎo)致防御失敗。

2 傳統(tǒng)判別方法分析

傳統(tǒng)魚(yú)雷制導(dǎo)方式判別方法主要有頻譜分析方法、頻譜分析+數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)方法、情報(bào)信息+危險(xiǎn)優(yōu)先的方法等。

2.1 傳統(tǒng)頻譜分析方法

傳統(tǒng)水面艦艇魚(yú)雷報(bào)警聲納一般只能通過(guò)魚(yú)雷航行的輻射噪聲對(duì)來(lái)襲進(jìn)行識(shí)別報(bào)警，魚(yú)雷輻射噪聲主要包括機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲等［7］。因?yàn)檩椛湓肼曋饕軇?dòng)力推進(jìn)裝置影響，與制導(dǎo)方式無(wú)關(guān)，依靠傳統(tǒng)聲納LOFAR圖和DEMON圖的頻譜分析只能實(shí)現(xiàn)魚(yú)雷與潛艇、魚(yú)群等真?zhèn)文繕?biāo)的類間識(shí)別，不能實(shí)現(xiàn)魚(yú)雷制導(dǎo)方式判別。

2.2 頻譜分析+數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)

依靠頻譜分析結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，可識(shí)別出魚(yú)雷某一型號(hào)（如MK48魚(yú)雷或SUT魚(yú)雷），但受魚(yú)雷噪音頻譜的相似性、水聲信息傳遞的模糊性影響，且該方法需要龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)支持，因而可實(shí)現(xiàn)性較差［8］。另外，隨著魚(yú)雷制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，一枚魚(yú)雷上集成了線導(dǎo)、聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)和慣導(dǎo)裝置，反艦時(shí)可使用直航、聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)、線導(dǎo)+聲自導(dǎo)、線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)中的任何一種。即便識(shí)別魚(yú)雷的型號(hào)（如MK48魚(yú)雷或SUT魚(yú)雷），又難以判定其使用何種制導(dǎo)方式。

2.3 情報(bào)信息+危險(xiǎn)優(yōu)先的方法

由于水下防御可獲取的信息較少，實(shí)際水下防御作戰(zhàn)中多采用基于情報(bào)信息+危險(xiǎn)優(yōu)先的方法［9］。但是情報(bào)信息僅能定位到作戰(zhàn)對(duì)象為某型潛艇，通常一型潛艇可發(fā)射多種型號(hào)的魚(yú)雷，每一種魚(yú)雷又有多種制導(dǎo)方式，因而通過(guò)情報(bào)信息難以判別魚(yú)雷制導(dǎo)方式。實(shí)際對(duì)抗過(guò)程中，通常將潛射反艦魚(yú)雷當(dāng)做威脅最大的線導(dǎo)+末制導(dǎo)魚(yú)雷，同時(shí)使用多種對(duì)抗器材。文獻(xiàn)指出，盡管當(dāng)前世界主要海軍國(guó)家的潛射魚(yú)雷已基本實(shí)現(xiàn)了線導(dǎo)+末制導(dǎo)，但在某些戰(zhàn)術(shù)條件下，潛艇對(duì)水面艦艇攻擊時(shí)，將具備線導(dǎo)+末制導(dǎo)能力的魚(yú)雷作為自導(dǎo)魚(yú)雷或直航魚(yú)雷使用的可能仍很大。因此艦艇在發(fā)現(xiàn)潛射魚(yú)雷來(lái)襲時(shí)，一概而論地認(rèn)為是線導(dǎo)+末制導(dǎo)太粗略。即便某型魚(yú)雷使用線導(dǎo)+末制導(dǎo)方式，某一時(shí)刻只是以線導(dǎo)、聲自導(dǎo)和尾流自導(dǎo)中一種制導(dǎo)方式為主，將多型對(duì)抗器材同時(shí)使用不僅造成資源浪費(fèi)，而且可能導(dǎo)致相互干擾。而且由于對(duì)抗各種制導(dǎo)方式魚(yú)雷的最優(yōu)機(jī)動(dòng)方案不同，上述方法也不利于機(jī)動(dòng)方案的制定。實(shí)際上，潛艇使用魚(yú)雷反艦時(shí)，一般會(huì)綜合分析目標(biāo)航速、目標(biāo)航向和目標(biāo)距離，水文條件、海況等級(jí)、海深信息等戰(zhàn)術(shù)要素，綜合以上要素確定反艦魚(yú)雷的制導(dǎo)方式。水面艦艇魚(yú)雷防御時(shí)，根據(jù)這些因素反推潛艇的作戰(zhàn)方案，則可有效判別潛射來(lái)襲魚(yú)雷的制導(dǎo)方式。

本文綜合水面艦艇魚(yú)雷防御和潛艇魚(yú)雷攻擊兩方面，提出綜合使用魚(yú)雷頻譜特征、魚(yú)雷攻擊態(tài)勢(shì)、海洋環(huán)境信息、艦艇導(dǎo)航信息、潛艇相關(guān)信息等戰(zhàn)術(shù)信息，提出一種基于頻譜分析+作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的魚(yú)雷制導(dǎo)方式判別方法，可大幅提高來(lái)襲魚(yú)雷制導(dǎo)方式的判別準(zhǔn)確率。

3 制導(dǎo)方式判別方法分析

3.1 目標(biāo)頻譜特征信息

目標(biāo)頻譜特征是指能夠依靠魚(yú)雷報(bào)警聲納接收的數(shù)據(jù)，進(jìn)行LOFAR譜和DEMON等頻譜分析技術(shù)直接獲得的，并能客觀反映其所屬類型的目標(biāo)固有信息。

1）魚(yú)雷變速次數(shù)

直航魚(yú)雷一般采用固定提前角導(dǎo)引法射擊，因此魚(yú)雷出管穩(wěn)定后，其航速和航向一般是固定的。聲自導(dǎo)魚(yú)雷通常設(shè)計(jì)為雙速制，一般在攻擊過(guò)程中會(huì)實(shí)施一次變速，但也可能不變速。線導(dǎo)魚(yú)雷一般設(shè)計(jì)為雙速制甚至三速制，其航速可由潛艇實(shí)時(shí)控制，為了兼顧快速攻擊和低噪聲航行，魚(yú)雷航行過(guò)程中可能多次變速［10］。

魚(yú)雷一般通過(guò)動(dòng)力推進(jìn)裝置轉(zhuǎn)速改變實(shí)現(xiàn)航速變化，且魚(yú)雷多種速度的差值一般較大，因此航速變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)械噪聲和螺旋槳噪聲的線譜和調(diào)制譜頻率產(chǎn)生明顯的變化，魚(yú)雷報(bào)警聲納通過(guò)DEMON和LOFAR信號(hào)處理可提取魚(yú)雷航速變化信息。若魚(yú)雷航行過(guò)程中變速超過(guò)三次，一般可認(rèn)為是線導(dǎo)魚(yú)雷；若魚(yú)雷航行過(guò)程中未變速，則直航魚(yú)雷的可能性較大。

2）魚(yú)雷尋的信號(hào)

反艦用主動(dòng)聲自導(dǎo)魚(yú)雷和主動(dòng)聲尾流自導(dǎo)魚(yú)雷都需發(fā)射主動(dòng)聲信號(hào)，通過(guò)分析回波特征判斷艦船目標(biāo)或者艦船尾流，其中聲自導(dǎo)魚(yú)雷尋的信號(hào)頻率范圍一般為幾十千赫茲，尾流自導(dǎo)魚(yú)雷尋的信號(hào)一般在幾百千赫茲［11］。

現(xiàn)代水面艦艇專用魚(yú)雷報(bào)警聲納的應(yīng)用，使得檢測(cè)來(lái)襲魚(yú)雷主動(dòng)聲信號(hào)的能力大大增強(qiáng)。如果魚(yú)雷報(bào)警聲納偵察到來(lái)襲魚(yú)雷的中高頻主動(dòng)聲自導(dǎo)信號(hào)，則可判斷該雷正處于聲自導(dǎo)階段，若能探測(cè)到來(lái)襲魚(yú)雷的超聲主動(dòng)信號(hào)，則可判斷魚(yú)雷正處于尾流自導(dǎo)階段。

3.2 魚(yú)雷攻擊態(tài)勢(shì)

1）魚(yú)雷發(fā)射距離

自導(dǎo)魚(yú)雷和直航魚(yú)雷發(fā)射時(shí)，需要精確解算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素，受目標(biāo)散布誤差影響，一般發(fā)射距離不可能太遠(yuǎn)。線導(dǎo)魚(yú)雷發(fā)射時(shí)不需要目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素解算，只需要穩(wěn)定的目標(biāo)方位信息，因而發(fā)射距離大幅增加［12］。

近年來(lái)，隨著聲納技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，被動(dòng)聲納對(duì)目標(biāo)距離的估計(jì)精度越來(lái)越高，主動(dòng)聲納對(duì)魚(yú)雷的定位距離也越來(lái)越遠(yuǎn)。魚(yú)雷報(bào)警后，可估計(jì)魚(yú)雷的與水面艦艇的距離，若魚(yú)雷距離較遠(yuǎn)，可確定魚(yú)雷為線導(dǎo)魚(yú)雷，若魚(yú)雷距離較近，則可判斷魚(yú)雷為直航魚(yú)雷或自導(dǎo)魚(yú)雷。

2）魚(yú)雷發(fā)射數(shù)量

被動(dòng)聲自導(dǎo)魚(yú)雷齊射時(shí)存在互導(dǎo)問(wèn)題，因而一般不采用齊射；主動(dòng)聲自導(dǎo)一般采用雙雷齊射，以覆蓋目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素誤差；尾流自導(dǎo)魚(yú)雷可單雷攻擊也可雙雷齊射；直航魚(yú)雷命中率較低，一般采用雙雷或者三雷齊射。線導(dǎo)魚(yú)雷一般命中率較高，一般采用單雷攻擊，但一般潛艇也具備雙雷線導(dǎo)攻擊同一條水面艦艇的能力。

水面艦艇魚(yú)雷防御時(shí)，若發(fā)現(xiàn)來(lái)襲魚(yú)雷為三雷或更多魚(yú)雷齊射時(shí)，可判斷為直航魚(yú)雷。若僅有一條魚(yú)雷，則可能為線導(dǎo)，若兩條魚(yú)雷齊射，則自導(dǎo)的可能性較大。受魚(yú)雷報(bào)警聲納孔徑限制，若要分辨出齊射的多條魚(yú)雷，需要魚(yú)雷較近，因而魚(yú)雷報(bào)警后，可能先判斷為一條魚(yú)雷，隨著魚(yú)雷距離接近可能判斷為多條魚(yú)雷。

3）魚(yú)雷搜索彈道

潛射魚(yú)雷一般可采用直航、聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)和線導(dǎo)方式。潛艇魚(yú)雷線導(dǎo)射擊目的是將魚(yú)雷送到水面艦艇附近，使得自導(dǎo)裝置對(duì)目標(biāo)艦艇有較高的發(fā)現(xiàn)概率，魚(yú)雷出管且狀態(tài)穩(wěn)定后，線導(dǎo)魚(yú)雷一般采用三點(diǎn)一線導(dǎo)引法，直航魚(yú)雷采用固定提前角導(dǎo)引法，聲自導(dǎo)魚(yú)雷一般按照有利提前角法導(dǎo)引，尾流自導(dǎo)魚(yú)雷一般瞄準(zhǔn)有效尾流的中點(diǎn)。

水面艦艇魚(yú)雷防御時(shí)，魚(yú)雷報(bào)警后，聲納被動(dòng)處理可對(duì)魚(yú)雷目標(biāo)進(jìn)行航跡擬合，魚(yú)雷與水面艦艇接近到一定范圍后，聲納主動(dòng)工作可以跟蹤魚(yú)雷彈道。因而對(duì)魚(yú)雷目標(biāo)進(jìn)行彈道估計(jì)和方位變化率分析，可通過(guò)魚(yú)雷彈道特征判別其制導(dǎo)方式。

3.3 海洋環(huán)境信息

1）水文信息

惡劣水文條件下，潛艇聲納對(duì)水面艦艇的作用距離大幅下降，一般仍能滿足魚(yú)雷線導(dǎo)的要求；惡劣水文條件下，反艦魚(yú)雷主動(dòng)聲自導(dǎo)能力基本喪失，被動(dòng)聲自導(dǎo)作用距離大幅下降。尾流自導(dǎo)距離較近，水文條件對(duì)其自導(dǎo)距離影響不大，直航魚(yú)雷則完全不受水文條件影響［13］。

因而惡劣水文條件下，水面艦艇遭到潛射主動(dòng)聲自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊的可能性較小，直航魚(yú)雷、尾流自導(dǎo)、線導(dǎo)的可能性較大。

2）海況信息

高海況下，由于海浪沖擊，艦船尾流與正常海水界面變的模糊，尾流自導(dǎo)魚(yú)雷可探測(cè)的有效尾流距離變小；另外，高海況下海洋環(huán)境噪聲增大，導(dǎo)致聲自導(dǎo)探測(cè)距離下降；高海洋環(huán)境噪聲潛艇聲納對(duì)水面艦艇探測(cè)距離也減小，但一般仍能滿足對(duì)魚(yú)雷進(jìn)行線導(dǎo)的要求；直航魚(yú)雷則完全不受海況條件影響。

因而高海況條件下，水面艦艇來(lái)襲魚(yú)雷為尾流自導(dǎo)魚(yú)雷和聲自導(dǎo)魚(yú)雷的可能性較小，直航魚(yú)雷和線導(dǎo)的可能性較大。

3）海深信息

受魚(yú)雷離艇安全性和自身負(fù)浮力的影響，魚(yú)雷出管后都有一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的下沉階段。為保證線導(dǎo)不斷線，線導(dǎo)裝置艇上部分金屬軟管會(huì)下垂一定深度，遠(yuǎn)距離線導(dǎo)時(shí)，導(dǎo)線也會(huì)下沉幾十米。因而發(fā)射線導(dǎo)魚(yú)雷時(shí)，一般要求海深超高一定深度。直航魚(yú)雷和自導(dǎo)魚(yú)雷對(duì)海深范圍適應(yīng)能力更強(qiáng)。

因而在淺海作戰(zhàn)時(shí)，如水深小于某值，水面艦艇來(lái)襲魚(yú)雷為線導(dǎo)魚(yú)雷的可能性較小，為直航魚(yú)雷和自導(dǎo)魚(yú)雷的可能性較大。

3.4 本艦航行信息

1）本艦航速信息

水面艦艇低速航行或停泊時(shí)，輻射噪聲強(qiáng)度和尾流強(qiáng)度較小，被動(dòng)聲自導(dǎo)和尾流自導(dǎo)魚(yú)雷檢測(cè)距離近，因而不適合使用被動(dòng)聲自導(dǎo)和尾流自導(dǎo)攻擊，而主動(dòng)聲自導(dǎo)魚(yú)雷和直航魚(yú)雷可攻擊停泊狀態(tài)和低速航行的水面艦艇［14］。

因而，可根據(jù)水面艦艇自身航速判斷來(lái)襲魚(yú)雷的制導(dǎo)方式，水面艦艇航速小于某值時(shí)，一般可排除來(lái)襲魚(yú)雷為被動(dòng)聲自導(dǎo)和尾流自導(dǎo)方式。

2）本艦航向信息

自導(dǎo)魚(yú)雷和和直航魚(yú)雷射擊時(shí)必須準(zhǔn)確解算目標(biāo)艦艇的運(yùn)動(dòng)要素。潛艇一般使用被動(dòng)聲納跟蹤目標(biāo)，解算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素時(shí)需要目標(biāo)艦艇勻速直航，且潛艇必須進(jìn)行機(jī)動(dòng)。若水面艦艇機(jī)動(dòng)頻度較大，潛艇的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素解算一般需要較長(zhǎng)時(shí)間甚至難以收斂，此時(shí)潛艇使用直航魚(yú)雷或者自導(dǎo)魚(yú)雷攻擊水面艦艇目標(biāo)時(shí)比較困難。但若潛艇能對(duì)水面艦艇進(jìn)行穩(wěn)定測(cè)向并判斷目標(biāo)處于魚(yú)雷射程范圍內(nèi)，則可使用線導(dǎo)方式射擊。

水面艦艇魚(yú)雷防御時(shí)，若本艦機(jī)動(dòng)頻度較高，變速變向幅度較大，則來(lái)襲魚(yú)雷為線導(dǎo)發(fā)射的可能性較大。

3.5 敵潛艇活動(dòng)信息

1）敵潛艇主動(dòng)探測(cè)信號(hào)

使用被動(dòng)聲納解算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素需要比較苛刻的條件，在必要的情況下，潛艇可能使用聲納主動(dòng)工作或者雷達(dá)主動(dòng)工作方式測(cè)量水面艦艇的方位、距離、航向和航速等信息，而后發(fā)射自導(dǎo)魚(yú)雷或直航魚(yú)雷，并迅速撤離戰(zhàn)場(chǎng)。因而水面艦艇魚(yú)雷報(bào)警前，若發(fā)現(xiàn)潛艇的主動(dòng)聲納信號(hào)和主動(dòng)雷達(dá)信號(hào)，則可以排除魚(yú)雷線導(dǎo)方式的可能性。

2）敵潛艇位置信息

水面艦艇魚(yú)雷報(bào)警后，若通過(guò)本艦聲納或鄰艦聲納發(fā)現(xiàn)魚(yú)雷報(bào)警方位附近有潛艇，則一般可判斷魚(yú)雷是由該潛艇發(fā)射的。若魚(yú)雷報(bào)警前能探測(cè)到該方位有魚(yú)雷出管的瞬態(tài)噪聲信號(hào)，則同樣可以將該魚(yú)雷和潛艇關(guān)聯(lián)。分析該潛艇與本艦的距離，即可判別該魚(yú)雷的發(fā)射方式。

4 結(jié)語(yǔ)

本文綜合利用了潛艇發(fā)射反艦魚(yú)雷時(shí)考慮的因素，以及水面艦艇魚(yú)雷防御決策方法，提出頻譜分析+戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的判別方法，通過(guò)分析可得到以下結(jié)論：

1）該方法擴(kuò)展了傳統(tǒng)的頻譜分析方法，可分析魚(yú)雷變速次數(shù)和魚(yú)雷尋的信號(hào)，進(jìn)而判別魚(yú)雷制導(dǎo)方式。

2）該方法利用的頻譜特征、魚(yú)雷攻擊態(tài)勢(shì)、海洋環(huán)境信息、本艦導(dǎo)航信息總是可以獲得，敵潛艇信息較容易獲取，因而可行性較強(qiáng)。

3）該方法輸出結(jié)果是動(dòng)態(tài)變化的，隨著信息的積累，后續(xù)結(jié)論可能會(huì)推翻之前結(jié)論，這與證據(jù)積累效應(yīng)和人類思維方式相同。

4）某些方法不能確定魚(yú)雷為某種制導(dǎo)方式，卻可以排除某種制導(dǎo)方式縮小證據(jù)空間，多次使用排除法即可確定魚(yú)雷制導(dǎo)方式。

綜上，本文提出的基于頻譜分析+作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的水面艦艇對(duì)來(lái)襲魚(yú)雷判別方法，具有較好的可行性與實(shí)用性，識(shí)別概率較大，識(shí)別結(jié)果可信度高，能夠?yàn)樗媾炌~(yú)雷防御的戰(zhàn)術(shù)決策提供支撐，有效提高水面艦艇生存能力。