張寶華

（海軍裝備部，北京，100841）

國外艦用魚雷報警聲吶發(fā)展綜述

張寶華

（海軍裝備部，北京，100841）

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

艦艇；魚雷報警聲吶；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”作為軍隊七大科學(xué)技術(shù)重點領(lǐng)域之一，其中又把對魚雷的有效防御列為美海軍重點研究的第六項主要目標，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”號巡洋艦（未裝備水聲對抗設(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抗能力。2010 年3月，韓國海軍“天安”號護衛(wèi)艦遭到魚雷攻擊而沉沒，由此，韓國軍方計劃斥巨資為現(xiàn)役艦船裝備引誘魚雷偏離方向的聲學(xué)誘餌系統(tǒng)（屬水聲對抗系統(tǒng)），這一事件再次引發(fā)了各國海軍對反魚雷裝備發(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，如采用共形陣或拖曳陣、自適應(yīng)信號處理、低頻寬帶發(fā)射等新技術(shù)，使魚雷的作用距離更遠，智能化水平越來越高；魚雷設(shè)計開始充分考慮降噪，使魚雷自噪聲大幅度降低，同時利用自噪聲監(jiān)控裝置，實現(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，單純采用軟對抗器材難以提高對新型魚雷的對抗效能，應(yīng)進一步發(fā)展硬對抗武器實現(xiàn)對魚雷的攔截和摧毀。但是，硬對抗武器需要魚雷報警聲吶能夠提供魚雷目標的準確方位和距離等位置信息，因此魚雷報警聲吶應(yīng)在進一步提高被動探測和識別報警性能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對魚雷的主動探測和精確定位。

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別威脅，直到上世紀80年代初魚雷威脅的嚴重性才受到重視，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）、拖曳式魚雷探測聲吶（AN/SLR-24）、火箭助飛式對抗器材（MK-36 SRBOC發(fā)射裝置）。

在魚雷探測與識別方面，美國重點發(fā)展了具有多傳感器魚雷識別和報警處理能力的AN/SLX-1 MSTRAP裝置。該裝置可同時接收艦載、機載等多平臺聲吶數(shù)據(jù)，通過聯(lián)合處理來完成對來襲魚雷的綜合定位和識別報警，具有對魚雷目標的檢測、識別、報警和定位功能，并可給出威脅指數(shù)評估和戰(zhàn)術(shù)使用建議。

美國自上世紀末開始新一代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，對來襲魚雷進行主動探測，并為硬殺傷武器提供目標位置。

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

接收陣包括被動接收陣和主動接收陣，可以檢測威脅平臺的主動發(fā)射聲、魚雷發(fā)射產(chǎn)生的瞬態(tài)信號、魚雷發(fā)射的主動信號、魚雷航行輻射噪聲和魚雷反射目標回波信號。

（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，TAIR拖曳在HPS后方，其中柔性聲源與接收陣間的擴展纜長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電子公司UE（Ultra Electronics）利用Cleveland（LPD-7）作為試驗平臺，證明其系統(tǒng)對魚雷目標的檢測識別和定位性能遠超過設(shè)計預(yù)期，并預(yù)計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]

德國魚雷探測與報警設(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，以主被動聯(lián)合方式工作，其工作頻率經(jīng)優(yōu)化后可對尾流區(qū)魚雷進行探測，具備全方位探測范圍，可對10 km外的來襲魚雷進行準確探測，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、對抗方案決策、對抗效果分析評估等部分。

2003年春，德國海軍對該設(shè)備性能進行了驗證，包括對魚雷進行主被動聯(lián)合探測和識別、對尾流的魚雷進行了探測等專項試驗。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現(xiàn)對尾流自導(dǎo)魚雷的識別和定位。

2.3 法國[3]

法國“戴高樂”航母和大型驅(qū)護艦裝備的是SLAT反魚雷系統(tǒng)，其典型配置是“信天翁”被動拖曳式魚雷報警聲吶。該聲吶以被動工作方式為主，探測距離10 km，并可對艦殼聲吶進行數(shù)據(jù)融合，警戒范圍360°。SLAT系統(tǒng)的主要特點：可在較大的舷側(cè)扇面內(nèi)提供實時的左右舷分辨能力；提供兩級魚雷報警信息，分別對來襲魚雷的預(yù)報警和確認后的識別報警；接收陣可以單獨拖曳使用，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主要面對國外市場。Sonar 2170/Sea Sentor是一部快速反應(yīng)軟殺傷魚雷防御系統(tǒng)，可完成對來襲魚雷目標的檢測、識別、定位及戰(zhàn)術(shù)建議。該聲吶可以識別所有已知魚雷，包括帶有先進對抗措施的魚雷、非聲引信尾流自導(dǎo)魚雷等。Sonar 2170/Sea Sentor的核心是被動魚雷檢測、識別、定位（TDCL）模塊，主要由被動拖曳接收陣、聲對抗柔性拖體AN/SLQ-25A、發(fā)射誘餌等組成。韓國天安號事件后，UE公司在Sonar 2170/Sea Sentor基礎(chǔ)上開始積極研發(fā)主動TDCL模塊來應(yīng)對更加安靜的電動力魚雷，同時研發(fā)輕型陣以安裝小型艦船，并配置聲吶浮標進行綜合處理，為潛艇魚雷防御系統(tǒng)進行改進設(shè)計。

2.5 俄羅斯

俄羅斯的大中型水面艦上裝備了主動魚雷報警聲吶，該聲吶由艦殼基陣、電子設(shè)備和顯控臺組成,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魚雷進行多層次的軟硬對抗。

2.6 以色列

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

拖線陣和拖曳誘餌在同一電纜上進行拖曳，與本艦距離500 m，艦船離開港口后即可進行系統(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以外距離上完成對來襲魚雷目標的探測和識別。

3 魚雷報警技術(shù)發(fā)展要點

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

3.1 對魚雷信息的多層次感知技術(shù)

通過各種傳感器手段，對來襲魚雷進行多層次的信息感知，實現(xiàn)遠程的探測與報警、中程的位置估計、近程的精確定位，從而獲得完整的魚雷信息圖像，為使用軟硬器材進行綜合對抗提供魚雷目標的準確信息支持。為了解決對來襲魚雷的遠程探測和報警、中等距離上的被動定位、近距離上的主動探測與定位等問題，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)境信息的信號處理新技術(shù)，以提高被動探測距離；（2）采用基于艦殼聲吶和拖曳聲吶的聯(lián)合探測、目標運動分析（TMA）處理、多線陣被動三維定位等新技術(shù)，以提高被動定位的距離和精度；（3）采用單晶材料發(fā)射換能器，增大發(fā)射功率，實現(xiàn)全向探測，以提高主動探測和定位性能，重點提高對艉部的探測能力；（4）采用高分辨率自適應(yīng)空間處理算法、基于目標特征的目標關(guān)聯(lián)和跟蹤算法等，提高本艦機動時對魚雷目標的跟蹤性能。

3.2 尾流自導(dǎo)魚雷探測與跟蹤技術(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附近進入艦船的尾流區(qū)，并開始跟蹤尾流、追擊目標（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）。當尾流自導(dǎo)魚雷進入尾流區(qū)（或尾流下方）后，水聲對抗系統(tǒng)必須具備對魚雷的探測和跟蹤能力。

3.3 編隊聯(lián)合探測技術(shù)

為了通過編隊內(nèi)多平臺相互協(xié)同處理，以實現(xiàn)對魚雷的聯(lián)合探測，應(yīng)建立編隊水聲專用數(shù)據(jù)鏈，對編隊內(nèi)各艦艇的聲吶裝備以及目標探測信息進行數(shù)據(jù)共享，并完成對魚雷的報警方位與距離的數(shù)據(jù)融合。

對多個平臺觀測到的多個目標采用目標關(guān)聯(lián)算法，對跟蹤波束數(shù)據(jù)進行特征分析，利用提取的多維特征構(gòu)造觀測向量，通過比較特征相似度來判斷目標間相關(guān)性，為編隊魚雷防御提供統(tǒng)一目標態(tài)勢。

3.4 連續(xù)波主動聲吶（CAS）魚雷探測技術(shù)

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

CAS是一種收發(fā)同時工作，在掃描周期內(nèi)發(fā)射連續(xù)信號，從而完成對目標主動探測的新型聲吶。CAS工作時可將目標視為被動聲目標，輻射連續(xù)聲信號。與傳統(tǒng)的脈沖式主動聲吶相比，CAS具有以下幾方面潛在優(yōu)勢：對目標進行連續(xù)聲波照射，將有效提高檢測概率，對抗目標閃爍；可有效降低目標信息間隙，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)境下的虛警目標數(shù)量；可減少對海洋環(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；可進行小型化設(shè)計，適裝性更強。

4 結(jié)束語

未來水面艦應(yīng)具備對各種來襲魚雷的遠距離探測報警和定位能力、軟硬器材聯(lián)合的多層次對抗能力和編隊聯(lián)合對抗能力。魚雷報警聲吶是水面艦艇水下自防御系統(tǒng)的重要組成部分，是所有對抗手段實施的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，其發(fā)展目標是實現(xiàn)對各類型魚雷的遠程全向探測和報警，以及中、近程的主被動定位，為軟硬對抗武器的使用提供完整、準確的魚雷目標信息。

[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.