外军舰船声磁监测主要做法及启示*

汤晓迪　程一超

(海军蚌埠士官学校　蚌埠　233012)



外军舰船声磁监测主要做法及启示*

汤晓迪程一超

(海军蚌埠士官学校蚌埠233012)

舰船声磁特征已成为现代海战中发现、识别和攻击舰艇的重要依据，是影响舰船生存能力和作战效能的重要特性参数。论文介绍了舰船声磁特性的定义及其影响，在此基础之上，进一步阐述了外军舰船声磁监测的主要做法及相关启示。

声磁特征;舰船生存能力;舰船声磁监测

Class NumberU665

1　引言

舰船声磁监测是指对舰船的声场、磁场等物理场特性进行收集与分析。岸基声磁监测站将监测换能器布放于军港出海航道，依托岸上电子设备对监测换能器接收声、磁信号进行处理，并将处理结果实时显示，以实现对进、出港舰船的声磁特性监测，及时对声磁异常舰船进行专项检测与维护，便于指挥机关随时掌握在役舰船工作状态，科学合理运用兵力。

2　舰船声磁特性及其影响

2.1舰船磁场特性及其影响

现代舰船的船体和上层建筑以及各种武器装备一般均由钢铁制成，即使是采用非磁性材料制造

船体的现代化扫雷舰艇及其它舰船也仍需要用钢铁或者低磁钢制造各种武器装备，这些钢铁或其他磁性材料制成的物体在地磁场中都会被磁化，在被地磁场磁化的舰船周围的空间里，存在着舰船磁场。

2.1.1舰船磁场定义

舰船磁场，是指由于舰船的出现所造成的周围空间磁场的增量。按照地磁场对舰船不同方向所进行的磁化，可将舰船总磁场分解为三部分：舰船垂直磁性、舰船纵向磁性、舰船横向磁性。上述三种磁性都各包括固定磁性与感应磁性两部分。

舰船固定磁性是在建造时期形成的，是舰船的剩磁，即使地磁场变为零，这部分磁性仍存在，在一定时期内可视作固定不变，故名固定磁性。由于各舰船在建造期间上述诸因素不尽相同，因此，各舰船的固定磁性是不同的。舰船在正常航行条件下，在一定的时间内，其固定磁性可以视为不变，但当船体受到强烈震动(如炮火射击、近距离水中爆炸等)、大风浪袭击及大规模修理后，或者长期更换基地至地磁场与原来有显著变化的地区时，固定磁性将发生显著的变化。

舰船在航行过程中，由于受地磁场感应磁化而形成的磁性叫做感应磁性，其大小和方向随当地地磁的数值成比例的变化[1～2]。

2.1.2舰船磁场对舰船的威胁

虽然舰船磁场属于弱磁场，但在舰船周围几十米甚至几百米的范围内都能发现其磁场的存在，这就导致舰船容易遭受装有磁引信的鱼、水雷等武器的攻击，也容易被磁性探测装置所发现。随着水中兵器的广泛使用，舰船受到的威胁也越来越大，因此舰船磁场特性越来越受到各个军事大国的注意。

舰船磁场对舰船的威胁主要来自于三个方面：磁引信水雷、航空磁探和水下磁探。

1)磁引信水雷

磁引信水雷是应用最早的一种非触发引信水雷。磁性水雷引信的主要工作方式是利用电磁感应原理进行工作。当舰船经过水雷附近或通过水雷上方时，造成引信的感应线圈棒中磁场的变化，线圈两引出线之间会产生一个微弱的感应电动势，该感应电动势经处理产生引爆信号，推动水雷爆炸电路工作，从而引爆水雷。

水雷在历次战争中扮演着重要的角色，发挥了巨大作用，成为海战中不可替代的武器装备。因此，为了降低磁性水雷的威胁，并提高舰船在浅海作战的生存能力，各国纷纷针对舰船磁场的特性进行深入研究，力求降低舰船自身磁场特性。

2)航空磁探

航空磁探是对潜确定攻击目标的主要手段。潜艇航行过程中，在地磁场的作用下形成固定磁场和感应磁场。潜艇自身的磁异常会引起地磁场的扰动，通过检测这种磁异常扰动可以对潜艇进行检测和跟踪。磁异探测就是用装载于飞机上的磁探仪接收潜艇的磁场信号，从而对潜艇进行准确定位，并依此解算出目标潜艇的运动要素，及其与飞机的相对位置等参数。与其他探潜设备相比，磁探仪具有不受水文气象条件限制、可以连续搜索、使用简单可靠、分类能力好、定位精度高等特点，是现代反潜飞机，尤其是固定翼反潜巡逻机普遍使用的反潜探测设备。装有高灵敏度磁探仪的飞机可在数百米高空之内探测到磁异信号，并对磁异信号进行分析，从而对潜艇展开攻击，给潜艇的作战和生存带来极大威胁。

磁探仪按其探头的安装位置分为两种：一种是固定式，探头固定在反潜机内的某个位置，一般安装在尾部的无磁性探杆内；另一种是拖曳式，探头通过缆绳拖曳在反潜机后方某个高度上。

3)水下磁探

水下磁探也已成为重要的探潜手段。由于潜艇消声技术的发展以及浅海复杂水声环境的影响，使得对潜艇的水声探测越来越困难。在继续提高水声探测能力的同时，许多国家，如日、俄、意等，已经将磁传感器阵列布防于海峡等重要航道，以探测噪声越来越低的潜艇。

2.2舰船噪声特性及其影响

舰船噪声是舰艇特别是水下潜艇暴露的主要信息源，也是水雷引信利用的重要特征。

2.2.1舰船噪声来源

舰船噪声主要包括机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声。舰船机械噪声的产生原因主要有不平衡的旋转部件，如不圆的轴或电机电枢；重复但不连续的工作部件，如齿轮、电枢槽；往复部件，如活塞；管道中的湍流，冷凝器排气；轴衬和轴颈上的机械摩擦等。螺旋桨噪声是由螺旋桨转动及舰船在水中航行引起的，螺旋桨产生的噪声同机械噪声有不同的源和不同的频谱，机械噪声产生在舰船内部，由各种传导和传播过程通过船壳辐射到海水中，而螺旋桨噪声产生在舰船外部。水动力噪声是不规则的和起伏的水流流过运动船只时产生流水动力噪声，不规则的流引起压力起伏，直接辐射出去，在远处形成声波，更重要的是它还会激励船体某些部分发生振动[3～4]。

2.2.2舰船噪声对舰船的影响

舰船的机械噪声和螺旋桨噪声是判断舰船类型的主要依据，舰船噪声级是影响被动声纳探测距离的主要因素。就海上探测装备而言，目前，美、日、台的海上侦察手段主要有反潜巡逻机、反潜直升机、海洋监视船以及布置于海底的SOSUS固定式水声监视系统等。其水声探测设备主要有SOSUS固定监视系统、SURTASS机动监测系统、声纳浮标、各种主被动舰(艇)载声纳。

为减少被敌发现和攻击的概率，现代舰船一般都采取减振降噪等控制物理场特征的措施，使其在出厂时满足一定的指标。但舰船的噪声特征在其使用过程中并不是固定不变的。主要机械设备磨损及故障、螺旋桨受损变形等因素都将导致噪声增大，严重影响舰艇的声隐身性能和声纳设备的使用效能。因此，做好舰艇机械装置的维护降低辐射噪声，减小噪声目标特性是保持舰艇声隐身性能，提高舰艇生命力的一项重要技术措施[5]。

3　外军声磁监测主要做法及启示

由于舰船在役期间其声、磁特性可变，如不经常检查，一般不易及时发现，指挥机关更不易及时掌握这些变化和异常。世界先进海军国家一般配置舰船声、磁或更多种物理场的监测系统，对在役舰船的声、磁等物理场特性进行监测，以随时掌握其声、磁等物理场状况，及时发现异常，有针对性地指导舰船进行必要的检测和维护，确保其声、磁等隐身性能的正常，保证其生命力和战斗力[6]。

3.1建立舰船物理场长期监测机制及全寿命管理体系

发达海军国家对于海军舰船，在从设计、建造到服役的全寿期内均进行物理场特征的管理，其中一个重要的环节就是对于包括舰船自身声场、磁场等多种物理场特征在内的监测与评估。其目的首先是通过监测与评估进行诊断，及时发现异常，及时维修，以保持舰船自身处于最佳技术和战术状态；其次，通过监测随时掌握自身物理场特征的状态和变化，针对已经发生的变化进行及时的专项检测与维护，降低自身在战斗中的危险性，确保舰艇的战斗力。

舰船物理场特性监测不同于特定条件下的检测，一般是在动态的环境或条件下，观测某种物理场特性的变化和异常。例如，舰船的振动噪声特性，通常是在造船厂向部队交付舰船的时候，通过指定的测试单位，根据已经建立的舰船振动噪声检测标准和规定的试验大纲进行检测，通过检验数据判定所造舰船是否达到规定的技术状态或建造指标要求，经检测合格后正式交付部队[7]。

由于实船噪声检测需要在特定的环境和海域条件下进行，需要测量船只的配合，耗费的人力、物力和时间较多，一般只在舰船建造完成出厂或大修后交付时进行。而舰船的振动噪声性能，随着舰船服役时间的延长，会向恶劣方向发生变化，往往服役时间越长，振动噪声性能越差。对于在役舰船的这些变化，只能依赖于日常持续性的监测，及时地发现是否出现变化和异常。舰船噪声特性的变异也涵盖于舰船内部的各种机械与电子设备，它们是舰船主要的振动噪声源。要抑制或排除这些振动噪声源对于舰船整体噪声性能指标的影响，就要时刻监测这些机械电子设备的运转情况，及时发现异常并采取相应的技术手段进行维护，才能时刻保证在役舰船的整体噪声性能处于最佳状态。这个过程不仅体现在舰船的振动噪声特性方面，也贯穿于电磁、水压、红外以及尾流等其他综合物理场特性的领域。

从宏观控制的角度出发，国外已将对在役舰船的物理场特性监测纳入到舰船隐身控制的闭环管理体系中[8]。

3.2研制舰船物理场监测系统实现视情维护

国外对舰船目标特征的监测与测量从二战后期即已开始。早期是获取舰船目标特征数据为声纳、鱼雷、水雷设计研制提供依据。随着这些探测和水中兵器技术的发展，对舰船自身性能便提出了更高的要求。20世纪60年代开始，美、苏等国开始进行舰船特别是潜艇的隐身技术研究，包括声隐身和磁隐身，使舰船的隐身性能大幅度提高。然而，声纳、鱼雷、水雷以及空间红外探测、磁探测技术也不断有新的突破，从而使舰船受到了利用声、磁、电、红外等多种手段对目标特征进行探测的装备的威胁，因此对舰船目标特征监测的物理参数也日趋多样化[9]。

二战后，西方各国对舰船物理场的测量研究更加重视，研制了多套舰船声、磁、水压等物理场综合数据采集系统。不再孤立地对组合引信所需要的声、磁、水压、电场等多种物理场进行测量研究，而更为关注的是将这些物理场作为一个整体来进行同点同时测量。

目前，美、英、意、俄等海军大国均在港口或航道上布放固定监测装置，在舰艇进出港的过程中进行舰船声、磁、水压以及电场等特性的监测，数据通过电缆或无线电传输到岸边实验室。这样既能及时发现舰船物理场异常，便于维护和控制舰艇出航，同时也能更多地获取航行状态下的舰艇物理场数据。由于固定式海底装置具有稳定可靠、受海浪海流影响小、测量重复性好、对兵力配合要求较低等特点，已被各国所广泛采用，当然这些优点的代价是高昂的先期投入及维持维护费用。

建立舰船物理场监测系统可以实现舰船物理场长期监测和视情维护。通过监测系统利用舰船进出航道的机会，对在役舰船进行全服役周期的监测，以便及时发现异常。对于出现异常的舰船，进一步通过专项检测查明异常原因，提出有针对性的措施，以保证在役舰船物理场隐身性能。如此形成视情维护机制，实现由定期维护向按需维护的转变，以最大可能充分发挥装备效能。

建立舰船物理场监测系统可低成本积累舰船物理场数据。舰船为了对抗来自空中、水中各种武器装备的探测，必须采取多方面的隐身防护措施，降低被探测和攻击的可能性，并通过自身平台背景的抑制，增加其探测装备的作用距离。为达此目的，必须在大量数据积累的基础上，深入研究各型舰船物理场特征的分布及变化规律，为舰船控制和降低其物理场特征、提高隐身性能提供依据[10]。

4　结语

未来的信息化海战，目标信息战是其主要形式。舰船物理场特性是舰船信息防卫的重要内容。为提高我军舰船的信息防卫能力，提高生存和作战能力，不但要发展舰船物理场特征的隐身技术，而且必须在服役期内对舰船实施全程的特征管理，即在舰船的设计、建造和服役的全寿期内，都应当对其物理场特征进行专项检测、日常监测和特征管理。通过对舰船物理场特征进行长期系统的跟踪监测和研究，可以发现和寻找舰船物理场特征规律，实现对我军舰船物理场特征有效管理和控制，这对于我军舰船适应现代战场环境是非常必要的，具有重大的军事价值和长远的战略意义[11]。

[1]张树,刘大明,刘胜道,等.舰船横向消磁技术初步研究[J].海军工程程大学学报，2015,37(2):37-41.

[2]衣军，张朝阳，虞伟乔.基于地磁模拟的潜艇感应磁场测量[J].上海海事大学学报,2015,36(1):61-64.

[3]高翠萍.舰船噪声源及控制措施[J].科技与管理，2012(3):11-13.

[4]朱成雷,魏强,郑超凡,等.水面舰船复合双层底结构隔振特性分析[J].噪声与振动控制,2015,35(1):12-17.

[5]姜建平,刘鹏伸,张国龙.舰船辐射噪声模拟技术实现方法研究[J].舰船电子工程,2015,35(4):86-89.

[6]伏捷.国外舰船声特征信号预测软件简介[J].噪声与振动控制,2013,2(1):37-40.

[7]徐杰.某新型舰消磁设备可靠性模型及计算[J].船电技术,2013,33(10):26-27.

[8]张卫东,余涛,田琬.美国密闭环境大气长期监测被动采样技术研究综述[J].舰船科学技术,2015,37(1):1-5.

[9]师于杰,任海刚.国外非声探潜与隐身技术发展趋势[J].舰船电子工程,2015,35(1):5-9.

[10]王晓侠,刘见华.舰船水下辐射噪声的控制分析[J].船舶,2013(1):36-39.

[11]苏强,王桂波,朱鹏飞,等.国外潜艇声隐身前沿技术发展综述[J].舰船科学技术,2014(1):1-9.

Main Practices and Implications of Foreign Acoustic Monitoring

TANG XiaodiCHENG Yichao

(Bengbu Naval Petty Officer Academy,Bengbu233012)

Acoustic and magnetic characteristics of warship has become an important basis for discovering,identifying and attacking warships in the modern naval battle.It’s also the important characteristic parameters for the influence of warship survivability and operational effectiveness.In this paper it introduces the definition and the influence of acoustic and magnetic characteristics.On this basis,it further elaborates on the main practices and implications of foreign acoustic monitoring.

acoustic and magnetic characteristics,warship survivability,warship acoustic monitoring

2016年3月1日,

2016年4月17日

汤晓迪,男,讲师,研究方向：水声探测及水声对抗。程一超,男,硕士,研究方向：水声探测及水声对抗。

U665DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.09.004