張寶華

（海軍裝備部，北京，100841）

國外艦用魚雷報(bào)警聲吶發(fā)展綜述

張寶華

（海軍裝備部，北京，100841）

在對(duì)美國、德國、法國、英國、俄羅斯、以色列等國家的艦用魚雷報(bào)警聲吶進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出了今后魚雷報(bào)警聲吶發(fā)展的技術(shù)要點(diǎn)。

艦艇；魚雷報(bào)警聲吶；綜述

1 概述

魚雷是水面艦艇的主要威脅之一。隨著魚雷武器的發(fā)展，水面艦艇面臨的魚雷威脅越來越嚴(yán)重。美國國防部制訂的《國防科學(xué)技術(shù)戰(zhàn)略》中，把“海洋控制和水下優(yōu)勢(shì)”作為軍隊(duì)七大科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域之一，其中又把對(duì)魚雷的有效防御列為美海軍重點(diǎn)研究的第六項(xiàng)主要目標(biāo)，這充分說明了反魚雷技術(shù)在海軍建設(shè)中的重要地位與作用。1982年，在馬島海戰(zhàn)中，英國潛艇發(fā)射的魚雷將阿根廷的“貝爾格拉諾將軍”號(hào)巡洋艦（未裝備水聲對(duì)抗設(shè)備）擊沉。相反，阿根廷的“圣路易斯”潛艇多次使用德制聲自導(dǎo)魚雷攻擊英國的驅(qū)、護(hù)艦，均被英艦使用的拖曳式聲誘餌和聲干擾器成功執(zhí)行誘騙和干擾，無一命中。此次海戰(zhàn)結(jié)果表明，要提高水面艦艇的生存能力，必須提高反魚雷水聲對(duì)抗能力。2010 年3月，韓國海軍“天安”號(hào)護(hù)衛(wèi)艦遭到魚雷攻擊而沉沒，由此，韓國軍方計(jì)劃斥巨資為現(xiàn)役艦船裝備引誘魚雷偏離方向的聲學(xué)誘餌系統(tǒng)（屬水聲對(duì)抗系統(tǒng)），這一事件再次引發(fā)了各國海軍對(duì)反魚雷裝備發(fā)展的高度重視[1]。

近年來，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，以及水下作戰(zhàn)需求的不斷變化，魚雷技術(shù)也正在經(jīng)歷快速發(fā)展和變革，越來越強(qiáng)調(diào)復(fù)雜環(huán)境下的作戰(zhàn)生存能力。這體現(xiàn)在魚雷自導(dǎo)聲吶功能不斷增強(qiáng)，如采用共形陣或拖曳陣、自適應(yīng)信號(hào)處理、低頻寬帶發(fā)射等新技術(shù)，使魚雷的作用距離更遠(yuǎn)，智能化水平越來越高；魚雷設(shè)計(jì)開始充分考慮降噪，使魚雷自噪聲大幅度降低，同時(shí)利用自噪聲監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)自噪聲濾除，從而獲得了更好的隱蔽攻擊能力；攻擊水面艦艇的魚雷多采用基于線導(dǎo)、聲自導(dǎo)和尾流自導(dǎo)的組合自導(dǎo)方式。因此，隨著魚雷向低噪聲、智能化發(fā)展，單純采用軟對(duì)抗器材難以提高對(duì)新型魚雷的對(duì)抗效能，應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展硬對(duì)抗武器實(shí)現(xiàn)對(duì)魚雷的攔截和摧毀。但是，硬對(duì)抗武器需要魚雷報(bào)警聲吶能夠提供魚雷目標(biāo)的準(zhǔn)確方位和距離等位置信息，因此魚雷報(bào)警聲吶應(yīng)在進(jìn)一步提高被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別報(bào)警性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)魚雷的主動(dòng)探測(cè)和精確定位。

2 國外現(xiàn)狀

2.1 美國

冷戰(zhàn)期間美國將反艦導(dǎo)彈視為水面艦艇的最高級(jí)別威脅，直到上世紀(jì)80年代初魚雷威脅的嚴(yán)重性才受到重視，開始發(fā)展水面艦魚雷防御系統(tǒng)（SSTD：Surface Ship Torpedo Defence）。SSTD系統(tǒng)包括：拖曳式聲誘餌（AN/SLQ-25系列）、拖曳式魚雷探測(cè)聲吶（AN/SLR-24）、火箭助飛式對(duì)抗器材（MK-36 SRBOC發(fā)射裝置）。

在魚雷探測(cè)與識(shí)別方面，美國重點(diǎn)發(fā)展了具有多傳感器魚雷識(shí)別和報(bào)警處理能力的AN/SLX-1 MSTRAP裝置。該裝置可同時(shí)接收艦載、機(jī)載等多平臺(tái)聲吶數(shù)據(jù)，通過聯(lián)合處理來完成對(duì)來襲魚雷的綜合定位和識(shí)別報(bào)警，具有對(duì)魚雷目標(biāo)的檢測(cè)、識(shí)別、報(bào)警和定位功能，并可給出威脅指數(shù)評(píng)估和戰(zhàn)術(shù)使用建議。

美國自上世紀(jì)末開始新一代SSTD的研究工作，在突破一些關(guān)鍵的基礎(chǔ)性技術(shù)之后，自2004年開始以現(xiàn)有SSTD系統(tǒng)的軟對(duì)抗能力為基礎(chǔ)，研制新型AN/WSQ-11魚雷防御系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)備主要包括：

（a）大功率聲源HPS（High Powered Source）

采用柔性水平拖曳聲源（FTS），在保留AN/SLQ-25A聲誘餌軟殺傷功能的基礎(chǔ)上，發(fā)射大功率聲信號(hào)，對(duì)來襲魚雷進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，并為硬殺傷武器提供目標(biāo)位置。

（b）接收陣TAIR（Tripwire Acoustic Intercept Receiver）

接收陣包括被動(dòng)接收陣和主動(dòng)接收陣，可以檢測(cè)威脅平臺(tái)的主動(dòng)發(fā)射聲、魚雷發(fā)射產(chǎn)生的瞬態(tài)信號(hào)、魚雷發(fā)射的主動(dòng)信號(hào)、魚雷航行輻射噪聲和魚雷反射目標(biāo)回波信號(hào)。

（c）反魚雷魚雷CCAT（Canistered Countermeasure Set Anti-Torpedo）

AN/WSQ-11系統(tǒng)中濕端采用一體化設(shè)計(jì)，TAIR拖曳在HPS后方，其中柔性聲源與接收陣間的擴(kuò)展纜長91 m，主纜長610 m。本艦20 kn航速下系統(tǒng)可在20min內(nèi)完成布放，聲源功放模塊集成在拖曳系統(tǒng)中。

2006年4 月，美國海軍和英國超級(jí)電子公司UE（Ultra Electronics）利用Cleveland（LPD-7）作為試驗(yàn)平臺(tái)，證明其系統(tǒng)對(duì)魚雷目標(biāo)的檢測(cè)識(shí)別和定位性能遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)預(yù)期，并預(yù)計(jì)AN/WSQ-11系統(tǒng)于2011年開始大量裝備美國海軍艦船，作為專用魚雷報(bào)警聲吶，可有效提高AN/SQQ-89A（V）作戰(zhàn)系統(tǒng)的魚雷防御性能。

2.2 德國[2]

德國魚雷探測(cè)與報(bào)警設(shè)備由中頻艦殼聲吶、緊湊型拖曳陣列聲吶以及偵察聲吶等組成，以主被動(dòng)聯(lián)合方式工作，其工作頻率經(jīng)優(yōu)化后可對(duì)尾流區(qū)魚雷進(jìn)行探測(cè)，具備全方位探測(cè)范圍，可對(duì)10 km外的來襲魚雷進(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)，并發(fā)布預(yù)警信息。該系統(tǒng)的決策反應(yīng)模塊主要包括控制發(fā)射、聲吶控制、魚雷信息融合、威脅判斷、對(duì)抗方案決策、對(duì)抗效果分析評(píng)估等部分。

2003年春，德國海軍對(duì)該設(shè)備性能進(jìn)行了驗(yàn)證，包括對(duì)魚雷進(jìn)行主被動(dòng)聯(lián)合探測(cè)和識(shí)別、對(duì)尾流的魚雷進(jìn)行了探測(cè)等專項(xiàng)試驗(yàn)。結(jié)果表明：聯(lián)合利用多聲吶信息，并采用特殊算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)尾流自導(dǎo)魚雷的識(shí)別和定位。

2.3 法國[3]

法國“戴高樂”航母和大型驅(qū)護(hù)艦裝備的是SLAT反魚雷系統(tǒng)，其典型配置是“信天翁”被動(dòng)拖曳式魚雷報(bào)警聲吶。該聲吶以被動(dòng)工作方式為主，探測(cè)距離10 km，并可對(duì)艦殼聲吶進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，警戒范圍360°。SLAT系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：可在較大的舷側(cè)扇面內(nèi)提供實(shí)時(shí)的左右舷分辨能力；提供兩級(jí)魚雷報(bào)警信息，分別對(duì)來襲魚雷的預(yù)報(bào)警和確認(rèn)后的識(shí)別報(bào)警；接收陣可以單獨(dú)拖曳使用，也可以安裝在艦載拖曳線列陣或者聲誘餌的尾端，以共用已有的拖纜和絞車。

2.4 英國[4]

英國UE公司研制的Sonar 2170/Sea Sentor是典型水面艦魚雷防御系統(tǒng)，于2005年開始裝備英國海軍艦艇，Sea Sentor主要面對(duì)國外市場(chǎng)。Sonar 2170/Sea Sentor是一部快速反應(yīng)軟殺傷魚雷防御系統(tǒng)，可完成對(duì)來襲魚雷目標(biāo)的檢測(cè)、識(shí)別、定位及戰(zhàn)術(shù)建議。該聲吶可以識(shí)別所有已知魚雷，包括帶有先進(jìn)對(duì)抗措施的魚雷、非聲引信尾流自導(dǎo)魚雷等。Sonar 2170/Sea Sentor的核心是被動(dòng)魚雷檢測(cè)、識(shí)別、定位（TDCL）模塊，主要由被動(dòng)拖曳接收陣、聲對(duì)抗柔性拖體AN/SLQ-25A、發(fā)射誘餌等組成。韓國天安號(hào)事件后，UE公司在Sonar 2170/Sea Sentor基礎(chǔ)上開始積極研發(fā)主動(dòng)TDCL模塊來應(yīng)對(duì)更加安靜的電動(dòng)力魚雷，同時(shí)研發(fā)輕型陣以安裝小型艦船，并配置聲吶浮標(biāo)進(jìn)行綜合處理，為潛艇魚雷防御系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2.5 俄羅斯

俄羅斯的大中型水面艦上裝備了主動(dòng)魚雷報(bào)警聲吶，該聲吶由艦殼基陣、電子設(shè)備和顯控臺(tái)組成,為“蟒蛇”魚雷防御系統(tǒng)提供精確的來襲魚雷位置信息，并利用火箭助飛式聲誘餌和火箭深彈對(duì)魚雷進(jìn)行多層次的軟硬對(duì)抗。

2.6 以色列

對(duì)抗現(xiàn)代魚雷的防御系統(tǒng)（ATDS ：Advanced Torpedo Defence System ）具備分層對(duì)抗能力。該系統(tǒng)由魚雷探測(cè)拖線陣（TDTA：Torpedo Detection Towed Array）和ATC-2型拖曳誘餌組成。TDTA完成對(duì)魚雷目標(biāo)的遠(yuǎn)距離探測(cè)，拖曳誘餌可發(fā)射聲信號(hào)對(duì)魚雷進(jìn)行近距離定位，也可以發(fā)射特殊或普通應(yīng)答信號(hào)誘騙魚雷，直至其燃料耗盡。

拖線陣和拖曳誘餌在同一電纜上進(jìn)行拖曳，與本艦距離500 m，艦船離開港口后即可進(jìn)行系統(tǒng)配置。拖線陣為8 m長袖珍型線陣，32陣元，工作頻率為10～3000 Hz，可在5 km以外距離上完成對(duì)來襲魚雷目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別。

3 魚雷報(bào)警技術(shù)發(fā)展要點(diǎn)

從國外艦用魚雷報(bào)警聲吶的發(fā)展?fàn)顩r以及發(fā)展規(guī)劃可以看出，國外已將在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)各種來襲魚雷的全航程信息感知技術(shù)作為艦用水聲對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。

3.1 對(duì)魚雷信息的多層次感知技術(shù)

通過各種傳感器手段，對(duì)來襲魚雷進(jìn)行多層次的信息感知，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的探測(cè)與報(bào)警、中程的位置估計(jì)、近程的精確定位，從而獲得完整的魚雷信息圖像，為使用軟硬器材進(jìn)行綜合對(duì)抗提供魚雷目標(biāo)的準(zhǔn)確信息支持。為了解決對(duì)來襲魚雷的遠(yuǎn)程探測(cè)和報(bào)警、中等距離上的被動(dòng)定位、近距離上的主動(dòng)探測(cè)與定位等問題，涉及的主要研究包括：（1）采用多線陣、矢量水聽器或矢量光纖水聽器線陣等形式的拖曳線列陣以及基于環(huán)境信息的信號(hào)處理新技術(shù)，以提高被動(dòng)探測(cè)距離；（2）采用基于艦殼聲吶和拖曳聲吶的聯(lián)合探測(cè)、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析（TMA）處理、多線陣被動(dòng)三維定位等新技術(shù)，以提高被動(dòng)定位的距離和精度；（3）采用單晶材料發(fā)射換能器，增大發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)全向探測(cè)，以提高主動(dòng)探測(cè)和定位性能，重點(diǎn)提高對(duì)艉部的探測(cè)能力；（4）采用高分辨率自適應(yīng)空間處理算法、基于目標(biāo)特征的目標(biāo)關(guān)聯(lián)和跟蹤算法等，提高本艦機(jī)動(dòng)時(shí)對(duì)魚雷目標(biāo)的跟蹤性能。

3.2 尾流自導(dǎo)魚雷探測(cè)與跟蹤技術(shù)

尾流自導(dǎo)魚雷是大中型水面艦艇面臨的最主要水下威脅。尾流自導(dǎo)魚雷一般在尾流中點(diǎn)附近進(jìn)入艦船的尾流區(qū)，并開始跟蹤尾流、追擊目標(biāo)（18 kn航速水面艦的尾流區(qū)一般在艦后800～1200 m左右的距離范圍）。當(dāng)尾流自導(dǎo)魚雷進(jìn)入尾流區(qū)（或尾流下方）后，水聲對(duì)抗系統(tǒng)必須具備對(duì)魚雷的探測(cè)和跟蹤能力。

3.3 編隊(duì)聯(lián)合探測(cè)技術(shù)

為了通過編隊(duì)內(nèi)多平臺(tái)相互協(xié)同處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)魚雷的聯(lián)合探測(cè)，應(yīng)建立編隊(duì)水聲專用數(shù)據(jù)鏈，對(duì)編隊(duì)內(nèi)各艦艇的聲吶裝備以及目標(biāo)探測(cè)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，并完成對(duì)魚雷的報(bào)警方位與距離的數(shù)據(jù)融合。

對(duì)多個(gè)平臺(tái)觀測(cè)到的多個(gè)目標(biāo)采用目標(biāo)關(guān)聯(lián)算法，對(duì)跟蹤波束數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，利用提取的多維特征構(gòu)造觀測(cè)向量，通過比較特征相似度來判斷目標(biāo)間相關(guān)性，為編隊(duì)魚雷防御提供統(tǒng)一目標(biāo)態(tài)勢(shì)。

3.4 連續(xù)波主動(dòng)聲吶（CAS）魚雷探測(cè)技術(shù)

魚雷探測(cè)聲吶（TDS）需要快速反應(yīng)，完成對(duì)威脅目標(biāo)的精確探測(cè)、識(shí)別和定位，因此需要發(fā)展主動(dòng)魚雷報(bào)警聲吶。由于魚雷目標(biāo)強(qiáng)度低，傳統(tǒng)脈沖式聲吶需要足夠聲源級(jí)，因此系統(tǒng)規(guī)模龐大、成本較高、尺寸重量不利于拖曳，同時(shí)影響海洋生物。發(fā)展魚雷探測(cè)聲吶需要構(gòu)建一種功率較低、結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低的探測(cè)系統(tǒng)。連續(xù)波主動(dòng)聲吶（CAS）就是一個(gè)較好的選擇。

CAS是一種收發(fā)同時(shí)工作，在掃描周期內(nèi)發(fā)射連續(xù)信號(hào)，從而完成對(duì)目標(biāo)主動(dòng)探測(cè)的新型聲吶。CAS工作時(shí)可將目標(biāo)視為被動(dòng)聲目標(biāo)，輻射連續(xù)聲信號(hào)。與傳統(tǒng)的脈沖式主動(dòng)聲吶相比，CAS具有以下幾方面潛在優(yōu)勢(shì)：對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)聲波照射，將有效提高檢測(cè)概率，對(duì)抗目標(biāo)閃爍；可有效降低目標(biāo)信息間隙，脈沖式聲吶信息更新速率為掃描重復(fù)周期，而CAS的信息更新可以是連續(xù)的，從而改善跟蹤性能；可有效抑制淺海環(huán)境下的虛警目標(biāo)數(shù)量；可減少對(duì)海洋環(huán)境的影響，與脈沖式聲吶相比，CAS可以將相同能量以更低的峰值功率發(fā)射出去；可進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，適裝性更強(qiáng)。

4 結(jié)束語

未來水面艦應(yīng)具備對(duì)各種來襲魚雷的遠(yuǎn)距離探測(cè)報(bào)警和定位能力、軟硬器材聯(lián)合的多層次對(duì)抗能力和編隊(duì)聯(lián)合對(duì)抗能力。魚雷報(bào)警聲吶是水面艦艇水下自防御系統(tǒng)的重要組成部分，是所有對(duì)抗手段實(shí)施的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，其發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)各類型魚雷的遠(yuǎn)程全向探測(cè)和報(bào)警，以及中、近程的主被動(dòng)定位，為軟硬對(duì)抗武器的使用提供完整、準(zhǔn)確的魚雷目標(biāo)信息。

[1] DAVID EWING. Pre-emptive defence:guarding against the modern torpedo[J]. Jane’s International Defence Review, 2011.

[2] S BENEN H. Surface vessel toepedo detection with a combined sonar system[C]. UDT, 2005.

[3] 張寶華, 杜選民. 水面艦艇魚雷防御系統(tǒng)綜述[J]. 船舶工程, 2003, 25(4):17-19.

[4] ULTRA ELECTRONICS LIMITED. White paper: surface ship torpedo defence(SSTD)[R]. 2003.