水声对抗技术与水声对抗器材.docVIP

水声对抗技术与水声对抗器材 80年代以来,由于潜用声纳技术、鱼雷制导技术及计算机等技术的飞速发展,水声对抗受到各国海军的高度重视,因为它不仅是提高各种战舰和潜艇自身生存能力的重要措施,而且水声干扰与水声反干扰的技术、水声诱骗与水声反诱骗的技术等的发展给作战能力的提高带来很大的益处。为了适应水声对抗的需要,许多水声对抗技术应运而生。水声对抗技术渗透到装备的发展中,使水声对抗在各种有关的技术与装备的发展中得以体现与实施。水声对抗(Acoustic Warfare,AW),广义的讲是海战的对抗;狭义的讲是舰艇、潜艇与反舰、潜兵力之间的对抗。对抗双方用水声技术所完成的发现、反发现、跟踪、反跟踪、识别、反识别、攻击、反攻击等的过程,是水声对抗的广义内涵。1水声对抗技术的基本发展过程自从出现了声纳和鱼雷之后,由于攻击者要千方百计地命中目标,而被攻击的目标或被跟踪的对象要千方百计地规避或隐藏起来,所以所需的水声对抗技术便迅速发展起来。水声对抗技术的发展过程可以映射出声纳和鱼雷发展的不同阶段,水声对抗技术分为三个阶段:第一阶段是直接式干扰和掩护技术。在这阶段中,因为鱼雷是直航雷且声纳是作用距离较近的跟踪单目标的模拟声纳,所以一般的低频干扰器只要入水到适当位置,就可对实施跟踪的声纳产生干扰。早期使用的气幕弹也可对实施跟踪的声纳产生干扰而达到掩护本舰的目的。第二阶段是声诱骗技术。在这阶段中,鱼雷使用了声自导,且声纳是作用距离较远的跟踪多目标的数字声纳。因此,一般的直接干扰和掩护技术远远不能满足水声对抗的需要,这就要求水声对抗技术尽快启用声诱骗技术,为的是诱骗鱼雷和声纳去跟踪假目标。第三阶段是智能化水声对抗技术。在这阶段中,因为鱼雷声自导使用了智能化技术且声纳是作用距离远的人工智能声纳,所以上述的第一阶段和第二阶段的水声对抗技术已不能适应水声对抗的发展需要。所谓智能化水声对抗技术就是将威胁报警、干扰、诱骗及硬杀伤有机地融合在一起的技术。这种技术如果能成功使用,则在威力较强的现代鱼雷和现代声纳面前会使水声对抗的作用更能充分有效地发挥。当鱼雷声自导智能化及声纳智能化后所需的水声对抗技术也必须是智能化的。所谓鱼雷声自导智能化是鱼雷声自导在识别、记忆和攻击选择中更能做到智能化;所谓声纳智能化是声纳在发现、识别、跟踪和攻击过程中能有效地做到人机结合并使声纳本身的功能更能充分发挥作用,使声纳本身能更好地将人的意志与目标和环境的现实相结合。我们说鱼雷声自导智能化和声纳智能化是装备使用者的企盼,不是立刻就能达到的。从发展趋势看,无论是鱼雷声自导智能化还是声纳智能化,都应是由初级阶段向高级阶段逐步发展的,是逐步走向更高级的阶段。水声对抗技术的智能化实际上为的是使水声对抗的过程与效果更能满足水声对抗的根本要求,能更容易得到使作战满意的水声对抗效果。在通常的情况下,作战与对抗的根本目的是消灭对方而保存自己,但是由于战场情况的变化以及敌我双方态势的变化又造成了我们的作战结果事与愿违。当我们的作战结果事与愿违时,加强水声对抗措施是赢得作战胜利的重要方面。2水声对抗技术的基本内容2.1海洋水文条件的利用与反利用2.1.1海洋水文条件的利用根据声波在海水中的传播特点,利用海洋水文条件,合理选择潜艇的航速、航向、深度,是潜艇进行水声对抗的一个重要方面。它可以有效地降低反潜兵力的探测效果,取得机动、规避的主动权。作为潜艇指挥员,如果能够了解产生声影区的条件和熟悉活动海区的水温梯度(如等温层、强负梯度、跃变层等)的分布情况,并能善于应用这些条件,就能大大地提高潜艇活动的隐蔽性以及提高自己水声设备的探测效果。为避免敌方声纳搜索,应按以下原则利用海洋水文条件:(1)为避免敌方声纳搜索,可采取加大航行深度,增加反潜兵力搜索的几何盲区;(2)利用海底反射和深海声道传播特点,侦听、侦测,以期掌握海面情况;(3)大风大浪天气的海洋噪声,往往能掩盖潜艇的潜航噪声,利用这种环境通过防潜封锁区;(4)利用“跃变层”。实际上,在大多数海区,一年的大部分时间都存在“跃变层”,应利用它高速逃逸。所谓“跃变层”,又称为“温跃层”,有人也称它为“液体海底”。它是指海水温度随深度急剧变化的一个水层,通常这一水层较薄,它将海水分成上下水温截然不同的两层。这一水层有利于潜艇的隐蔽,而不利于水声设备的观察。如无“跃变层”,可利用强负梯度水层高速突破。所谓强负梯度水层,是指温度随深度下降达0.1/m以上,因而声速也就随深度下降很快,所以声波弯向海底,不利于水声设备的观测,减少了水声设备的观测距离。2.1.2海洋水文条件的反利用海洋水文条件的反利用就是妨碍潜艇利用海洋水文条件进行机动规避。潜艇可以利用“跃变层”隐蔽自己,而水面舰艇和反潜飞机如果采用一般的水声侦察设备就很难搜听到“跃变层”以下的潜艇。作为水声搜潜设备,为了利用声波在水中传播的新途径,提高发现潜艇的距离,大量使用了拖曳变深声纳,它不仅可以充分利用海洋水文条件(和潜艇相似),而且还可以工作在“跃变层”以下,以便发现潜藏于“跃变层”以下的潜艇。2.2水声干扰水声干扰一般可以分为人为干扰和自然干扰两种。人为干扰,又可以叫做有意干扰,也就是有目的地对水声设备进行的干扰。自然干扰,又可以叫做无意干扰,它主要是指深海中的潮汐、波浪和地震等引起的海洋噪声的干扰。在近海和港湾锚地,除了上述的海洋噪声之外,还有陆地上的工业噪声和水下的生物噪声所形成的干扰。我们这里所指的干扰是人为干扰,它的目的是破坏对方水声观察设备和声制导武器的正常工作,使其水声观察设备迷茫,声制导武器失控。按照产生干扰的方式,原则上可以分为消极干扰、积极干扰两种。2.2.1消极干扰消极干扰又称为无源干扰,它是利用本身并不发射声波的物体对声波的吸收或反射而形成的对敌方水声观察设备和声制导武器的干扰,包括缩小潜艇的水声特征(潜艇防护层)和使用气幕弹等。2.2.2积极干扰积极干扰又叫有源干扰。它的目的是发出一定的干扰波束压制对方水声设备,使其不能正常工作。要达到上述的目的,必须同时满足:干扰波的频率要能对准水声接收设备的工作频率,且干扰波的强度要超过目标回波的强度。只有这样才能破坏对方水声观察设备和声制导武器的正确工作,达到干扰的目的。因此积极干扰是由专门的干扰机发射一定频率范围、一定功率的声波所进行的干扰。压制性干扰机是以发射大功率宽频带的干扰噪声,使敌方水声接收设备饱和而不能正常工作为目的而设计的。目前所见的压制性干扰机就是噪声干扰器,它通常由两大部分组成,即侦察接收部分和释放干扰部分,如图1所示。图1压制性干扰机示意图侦察接收部分的接收换能器将敌方水声设备所发射的声波信号接收后,转换成电信号送至放大器进行放大,再将放大了的信号送至分析设备,自动分析信号的有关参数,如工作频率、脉冲持续时间、脉冲周期等,最后将这些参数输入释放干扰部分的控制设备去控制发射机,发射相应的干扰声波,通过发射换能器辐射出去,形成对对方水声接收设备的积极干扰。某些简单的噪声干扰器没有侦察接收部分。2.3水声反干扰上述的水声干扰是指人为干扰,所以这里的水声反干扰也是指反人为干扰。它的目的是通过各种技术手段和组织措施来对抗对方的水声干扰,保证自己的水声观察设备能正常工作,声制导武器不失控。水声反干扰的技术手段如下:(1)提高主动声纳的发射功率。当对方使用噪声干扰器时,其干扰噪声功率掩盖了潜艇的回波,造成我主动声纳迷茫。如果提高主动声纳的发射功率,使潜艇回波功率等于或大于干扰噪声的功率时,就可以保持我主动声纳的探测能力。另外,增加发射功率可以提高主动声纳的作用距离,在一定程度上弥补了潜艇防护层对声波吸收所造成的声能损失。(2)使用窄波束接收且尽量减少接收副瓣。接收波瓣越窄,它所能接收到的干扰噪声能量就越小,声纳的抗干扰能力也就越强。(3)使用多频率声纳。因为噪声干扰器发射的干扰噪声所能占据的频率范围有限,同时干扰噪声在所占据的干扰频带内的能量分布也不可能是均匀的,所以使用多频率的声纳,利用改变主动声纳的工作频率可以躲开或者减弱噪声干扰器的干扰。3常规水声对抗器材简介3.1吸声防护层缩小潜艇的水声特征采用吸声防护层。所谓缩小潜艇的水声特征,就是在潜艇的外表上覆盖一层对声波具有吸收能力的防护层,以降低潜艇对声波的反射本领。这种措施早在第二次世界大战时就采用过。当时是以橡胶制成不同形状的吸声防护层贴敷在潜艇的艇壳上。主要有以下3种:(1)楔形吸声防护层:以不同尺寸的楔形吸声橡胶块组成。每块长约20cm。它的吸声性能并不坏,但增加了潜艇的重量和流体阻力,影响了潜艇的航行性能,所以后来又出现了表面光滑的谐振吸声防护层。(2)光滑谐振吸声防护层:采用多孔的橡胶制成光滑的谐振吸声防护层。辐射到这种防护层上的声波在谐振层的气腔壁中谐振,使部分声能转换为热能散发掉,而所能反射回去的声能仅为一小部分。(3)光滑双层吸声防护层:由两层2 mm厚的橡胶合成。外层是光滑的,里层有大小不同(直径28mm)的圆孔,这些圆孔组成的气腔可以吸收声波振动的能量,使反射回去的声能显著减少。橡胶防护层的共同缺点是机械强度差,易受某些海洋生物的附着而降低吸声性能,同时它的造价高,也增加了潜艇的重量,影响了潜艇的航行性能,所以没有延续下来。3.2用气幕弹实施消极干扰与掩护气幕弹是利用其对声波的反射而形成对敌方水声观察设备的干扰,以达掩护自己的目的。气幕弹是由弹簧、铝外壳、药柱等组成的。铝外壳的作用是保护药柱,而弹簧是利用自己弹力把气幕弹散射开来。化学药柱与海水作用后所形成的大量气泡可用来反射和吸收对方所发射的声波,以构成“割断”对方声纳观察的“屏障”。气幕弹的主要性能如下:(1)气幕弹产生的气泡有很好的反射能力,反射系数可大于0.9,其反射的波形与舰艇尾流和潜艇十分相似;(2)气泡有很好的隔声效果,潜艇可以利用气幕弹来掩护自己;(3)产生气泡的过程和气泡爆破噪声并不显著;(4)气幕弹产生气泡的反射能力可按要求的时间持续。3.3噪声干扰器3.3.1噪声干扰器的特点噪声干扰器是以频率覆盖水声设备的接收通频带、以功率掩盖目标回波的一种压制性干扰器材。接收通频带是指接收设备所接收的频率范围,只要是回波信号的频率处在这个频率范围内,接收机都能够收到,在这个频率范围以外的任何信号,接收机就收不到(并不是绝对的收不到,这里是指收到的信息较弱,只有信号的频率偏离通频带太远时才完全收不到)。因此,噪声干扰器要想干扰水声接收设备,使其迷茫,就必须使干扰噪声所占据的频率范围能覆盖整个的接收通频带,无论回波信号处在接收通频带内的哪一个频率上,都可以被噪声干扰掉。只有这样,才能使水声接收设备在整个接收通频带上都遭受干扰,失去正常工作的能力。3.3.2噪声干扰器的结构噪声干扰器是早在第二次世界大战期间就装备使用的一种消耗性自持式干扰器材,目前虽有改变,但基本形式未变。它的用途是对抗回声站搜索和声自导鱼雷。它的一般结构如图2所示:(1)浮力调整器:它有两个作用,一个是保持干扰器在水中基本成竖直状态;二是使干扰器保持在预定的深度上,相当于一个定深器。它可由化学药物和一个压力推动的阀组构成。当海水由小孔进入与化学药物接触时,产生气体,这些气体增多则浮力增加,大量排出气体则浮力减小。当产生的气体与排出的气体相等时,干扰器就保持在原定的深度上。当化学药物用完后不再产生气体时,则此装置自动沉人海底。(2)海水电池:供给整个装置的能源,保证装置持续工作。(3)电子设备:是产生干扰噪声信号的发生器和放大器。(4)记录器和励磁机:这是重发型干扰器,即回声重发器所具备的。它把接收到的主动声信号放大后,记录在转磁鼓上,放大后又连续或断续地转发回去,使主动声纳或主动声自导鱼雷收到多次的回波干扰,难以分辨目标。当没有收到主动信号时,则干扰器仍发宽带或调频噪声。一般的噪声干扰器没有这种装备。(5)蓄电池:供给高压电源。(6)换能器:接收主动声信号和辐射干扰噪声信号。3.3.3噪声干扰器的分类及其作用噪声干扰器可以分为自控的和非自控的两种。自控干扰器同电源装在同一个壳体内,在开始工作前,将它投掷出去,它将按时工作。其主要目的是使对方水声观察中断、声制导武器失控。它又可以分为自航式的和非自航式的两种。非自航式自控噪声干扰器将留在布设地点,在预定的深度上工作,作用时间较短,又叫漂泊式干扰器。自航式干扰掩护区大。3.3.3.1模拟干扰机用来制造某些假信号的迷惑敌方声纳接收设备,达到以假乱真目的(欺骗干扰机),可分为:(1)回音重发器-主要欺骗回声声纳(类似回答式干扰机)。每收到敌方的声波信号,便重发回去一个信号,是“被动式欺骗干扰机”。(2)噪声模拟器-主要欺骗噪声声纳。可以模拟潜艇的噪声,以诱骗敌方的噪声声纳的跟踪或噪声制导鱼雷的攻击。噪声可由噪声发生器直接产生或由潜艇录音下来放大后通过换能器发出去,它不需要收到任何声信号,就可对敌方的声纳干扰。所以称主动的欺骗干扰机。(3)潜艇模拟器将回音重发器,噪声模拟器结合起来,既可模拟潜艇回声又能模拟潜艇噪声,还可模拟潜艇的磁场和尾流。潜艇模拟器的结构复杂,造价高,一般不用。但可作为反潜训练的假目标,一次使用后可以收回。所以这种模拟器是有一定的发展意义的。4结束语自从出现了声纳和鱼雷之后,由于攻击者要千方百计地命中目标,而被攻击的目标或被跟踪的对象要千方百计地规避或隐藏起来,所以所需的水声对抗战术与水声对抗技术便迅速发展起来。水声对抗技术的发展是为了满足水声对抗需要而发展的,但水声对抗技术的发展又给水声对抗战术的发展创造了一个大舞台。当声纳处于模拟信号处理阶段、只能跟踪单目标且作用距离比较近的时候,水声对抗的战术自然简单;当声纳处于数字信号处理阶段、可以跟踪多目标且作用距离比较远时,水声对抗的战术自然复杂;当鱼雷是直航雷靠触发引信攻击时,水声对抗的战术主要是早