劉志浩 施建禮 趙祚德

（海軍潛艇學(xué)院 青島 266071）

1 引言

魚雷自導(dǎo)作用距離受多種因素制約，其中海水的聲吸收作用對自導(dǎo)距離有著重要影響。在理想水文條件中，聲傳播損失主要由波陣面的擴(kuò)展而引起的幾何衰減，介質(zhì)粘滯、熱傳導(dǎo)及其他弛豫過程引起的吸收損失，海水中泥沙、氣泡、浮游生物等懸浮粒子以及介質(zhì)不均勻性引起的散射損失三部分組成。通過改變聲吸收系數(shù)可以改變聲信號的傳播損失，進(jìn)而改變魚雷的自導(dǎo)作用距離。

2 海水對聲信號的吸收

引起聲強(qiáng)在介質(zhì)中的衰減可以歸納為以下三個方面：擴(kuò)展損失、吸收損失和散射［1～3］。理想介質(zhì)中，沿矢徑r方向傳播的球面波TL可表示為

在介質(zhì)中，由于吸收和散射引起的傳播損失經(jīng)常同時出現(xiàn)，當(dāng)平面波傳播微元距離dx后，聲強(qiáng)降低為dI，dI應(yīng)和聲強(qiáng)I和dx成正比。聲吸收引起的傳播損失等于吸收系數(shù)乘上傳播距離，在聲球面擴(kuò)散模型中，總的傳播損失為

只考慮均勻介質(zhì)中的經(jīng)典吸收時，吸收有兩種原因引起：α＝αη＋αk。αη為介質(zhì)切變粘滯的聲吸收系數(shù)；αk為介質(zhì)的熱傳導(dǎo)聲吸收系數(shù)。實(shí)際中吸收數(shù)值遠(yuǎn)大于經(jīng)典吸收系數(shù)αη＋αk，它們之間差值為超吸收。由于超吸收主要與海水中鹽離子的弛豫頻率有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)公式中衰減與聲波頻率的平方成正比，此文中不對超吸收因素作深入描述。

3 自導(dǎo)魚雷捕獲目標(biāo)概率

對于聲自導(dǎo)魚雷，自導(dǎo)作用距離是影響其性能的一個重要指標(biāo)。在其他因素不變的情況下，自導(dǎo)作用距離越大，魚雷的捕獲概率越高。并且相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)仿真證明了自導(dǎo)作用距離對魚雷捕獲概率的影響［4～5］。

目標(biāo)運(yùn)動到命中點(diǎn)時，由于運(yùn)動要素存在誤差，將會散布在命中點(diǎn)一定范圍內(nèi)。同樣，由于魚雷運(yùn)動也存在一定的散布，其自導(dǎo)半徑邊緣也會散布在命中點(diǎn)附近。在命中點(diǎn)做垂直于目標(biāo)和魚雷相對移動線的垂線PP′軸，魚雷扇面邊緣點(diǎn)（相當(dāng)于魚雷）的散布在PP′軸上呈正態(tài)分布，用概率誤差可表示為

同樣，目標(biāo)在軸上的散布為：

將PT（X）和Pm（X）兩個正態(tài)分布進(jìn)行綜合相當(dāng)于對兩者概率誤差進(jìn)行綜合，有

這樣可以把扇面邊緣上的點(diǎn)看做沒有散布，只是目標(biāo)具有概率誤差為Es的散布。把扇面與目標(biāo)接觸點(diǎn)左右兩側(cè)的扇面投影到PP′軸上，得到S1、S2即為相對搜索寬度。顯然只要目標(biāo)出現(xiàn)在S1、S2遮蓋的范圍內(nèi)，自導(dǎo)扇面就能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。因此自導(dǎo)魚雷水平面內(nèi)的捕獲概率就是目標(biāo)出現(xiàn)在［S1，S2］中的概率，即有

其中ρ＝0.47694。

該式即為求解自導(dǎo)魚雷是平面內(nèi)捕獲概率的基本關(guān)系式［6～7］。垂直面內(nèi)捕獲概率計算公式與水平面內(nèi)相似，但由于自導(dǎo)魚雷垂直面內(nèi)搜索寬度很寬，魚雷和目標(biāo)在垂直面上散布誤差有限，因此魚雷在垂直面內(nèi)捕獲概率一般為100%。在許多要求不是很嚴(yán)格的地方，考核自導(dǎo)魚雷捕獲概率往往只需計算水平面的捕獲概率即可，這樣的處理結(jié)果與實(shí)際情況差別不大［8］。

4 聲吸收系數(shù)對捕捉概率及自導(dǎo)作用距離影響的仿真分析

在聲源級、檢測閾等參量不變的條件下，魚雷自導(dǎo)系統(tǒng)的作用半徑與傳播損失有關(guān)，傳播過程中損失越大，則魚雷自導(dǎo)的作用距離越短。假設(shè)只改變海水聲吸收系數(shù)，其他因素保持不變，若使自導(dǎo)系統(tǒng)能檢測到信號，則根據(jù)聲納方程可知傳播過程中聲信號的衰減應(yīng)保持不變。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量，海水中聲吸收系數(shù)為0.13dB／km［9～10］。仿真過程中α取值由0.13dB／km～10.13dB／km，模擬通過添加鹽類、混濁物等因素增大聲吸收系數(shù)；在α＝0.13dB／km條件下，自導(dǎo)作用距離為r1，在聲吸收系數(shù)為α2的條件下，其自導(dǎo)作用半徑應(yīng)滿足

由魚雷捕捉目標(biāo)概率公式知其捕捉概率受自導(dǎo)半徑影響，自導(dǎo)半徑變化對目標(biāo)捕捉概率情況如圖1所示。

由前文論述知，仿真聲吸收系數(shù)對捕捉概率影響應(yīng)保持傳播損失不變，假設(shè)α1為0.13，改變聲吸收系數(shù)α2取值由0.13dB／km～10.13dB／km，初始自導(dǎo)作用距離分別為r＝1km，r＝2km，r＝3km，則隨著吸聲系數(shù)α2的變化，衰減損失的變化為圖2所示。

圖1 捕捉概率隨自導(dǎo)半徑變化關(guān)系

圖2 自導(dǎo)距離衰減損失隨聲吸收系數(shù)和初始自導(dǎo)距離變化關(guān)系

由圖1可知，自導(dǎo)半徑在500m～1300m范圍內(nèi)對目標(biāo)捕捉概率影響較大，超出該范圍后影響較小。由圖2可知，由于聲吸收系數(shù)的改變，魚雷自導(dǎo)作用距離衰減隨聲吸收增大而不斷增大，在3dB／km處衰減速度相對降低。且自導(dǎo)半徑越大，衰減損失越大。

5 結(jié)語

影響魚雷捕捉目標(biāo)概率的因素有很多，作戰(zhàn)中魚雷的實(shí)際自導(dǎo)距離和捕捉效果根本無法獲得。本文通過仿真聲吸收系數(shù)對聲自導(dǎo)魚雷作用距離影響，得到的結(jié)論對實(shí)際作戰(zhàn)有有一定意義，尤其是對水下平臺的防御有著較大參考價值，當(dāng)作戰(zhàn)平臺受敵來襲聲自導(dǎo)魚雷攻擊時，可以通過技術(shù)手段改變局部地區(qū)海水聲吸收系數(shù)，降低其自導(dǎo)半徑，從而達(dá)到“隱身”效果［11］。雖然文中部分?jǐn)?shù)據(jù)是通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)獲得，但是仿真過程仍存在假定的參數(shù)，文中結(jié)論還需試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

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