基于不同考核层次的鱼雷反水声对抗试验方法

2016-10-13 02:45齐立新吴建岚
水下无人系统学报 2016年3期
关键词:诱饵水声鱼雷

齐立新,吴建岚

(中国人民解放军91388部队,广东 湛江,524022)

基于不同考核层次的鱼雷反水声对抗试验方法

齐立新,吴建岚

(中国人民解放军91388部队,广东 湛江,524022)

针对鱼雷反水声对抗战技指标和功能考核以及反水声对抗作战能力评估2个不同的考核层次需求,提出了在规定条件下通过实航试验验证鱼雷反水声对抗战技指标和功能,在战术背景下以全武器系统使用为前提通过实航试验和仿真试验相结合的手段进行鱼雷反水声对抗作战能力评估的试验方法,并在2种试验方法中明确了试验保障条件需求、试验实施流程和试验结果评估标准或方法。该试验设计思想可直接服务于面向战技指标和作战能力双重考核评估目的下的鱼雷定型试验工程实践,所提出的方法科学合理,试验方案经济可行,可为未来鱼雷反水声对抗试验鉴定工作提供有益参考。

鱼雷;战技指标和功能;作战能力;反水声对抗

0 引言

随着鱼雷技术的飞速发展,其智能化程度越来越高,杀伤力越来越大,航程越来越远,目标舰艇面临的威胁随之加重[1]。为了有效防御鱼雷攻击,目标舰艇通过战术机动、发射投放各种水声对抗装备等措施,摆脱来袭鱼雷的探测、跟踪和攻击,提高自身的生存概率,无形中促进了水声对抗技术的发展。现代鱼雷反潜作战,是对鱼雷在复杂海洋水声环境下、对抗条件下作战能力的极大考验。因此,在鱼雷研制过程中,需考虑对多种水声对抗器材的目标识别、反水声对抗功能和鱼雷反对抗能力的设计。

为促进新型鱼雷尽快装备部队形成战斗力,鱼雷试验不能限于战技指标和功能性的考核,对抗条件下的反水声对抗能力试验与评估的地位和重要性显得越来越重要[2]。如何在试验过程中,既考核鱼雷反水声对抗战技指标和功能,又就对抗条件下鱼雷的反水声对抗作战能力进行有效评估,是试验设计中面临的新课题。文中将鱼雷反水声对抗试验划分为反水声对抗战技指标和功能考核、反对抗作战能力试验与评估2个考核层次,以轻型智能反潜鱼雷为例,分别依据不同试验考核层次下对应的试验目的进行试验方案设计和试验结果评估标准制定,为鱼雷反水声对抗试验理论研究拓展思路,为鱼雷试验工程实施提供指导和参考。

1 鱼雷反水声对抗战技指标和功能考核

鱼雷的反水声对抗措施主要通过自导系统来实现,鱼雷自导系统能够对抗目标潜艇施放的人工干扰器材,如气幕弹、宽带噪声干扰器、扫频干扰器、自航式声诱饵和固定式声诱饵的干扰[3]。

轻型智能反潜鱼雷具备在一定距离识别气幕弹、宽带噪声干扰器和诱饵为假目标的能力,并且能够通过反水声对抗弹道来规避或者穿过水声对抗器材的弹道或所在位置,最终探测捕获到真实目标潜艇。

1.1试验考核目的

考核轻型智能反潜鱼雷对气幕弹、宽带噪声干扰器、扫频干扰器、自航式声诱饵和固定式声诱饵的识别功能、识别距离和对抗功能。

1.2试验实施方案和基本要求

1.2.1试验项目设置

不同的水声对抗器材可以单独也可组合使用以对抗鱼雷。单独使用对抗器材的优点是试验结果评估简单,直接规避了在对抗器材联合使用时因对抗器材相互之间声干扰造成试验无效的风险,且能够分别回答鱼雷针对某个干扰器材是否具有识别与反对抗功能,但直接造成试验经济成本过高,试验实施周期延长。

在此,尽量优化试验方案设计,联合使用水声对抗器材,具体试验项目如下。

1) 鱼雷对抗气幕弹+宽带噪声干扰器+自航式声诱饵攻击潜艇试验。

2) 鱼雷对抗气幕弹+扫频干扰器+固定式声诱饵攻击潜艇试验。

试验项目中,主要综合考虑鱼雷航程、试验海区深度、干扰器材的发射/投放时机、目标潜艇机动时机、水下目标(目标潜艇、鱼雷和对抗器材)位置信息的测量等试验要素。

1.2.2试验兵力及装备需求

1) 试验兵力

试验兵力需求主要包括鱼雷发射平台、目标潜艇或水声对抗器材布放工作母船。

鱼雷发射平台由水面作战舰艇担任,一般为配备鱼雷反潜武器系统的驱护舰1艘。

目标潜艇为某型潜艇 1艘,可发射多种水声对抗器材,配备合作声信标,可配合水下弹道测量设备完成其航迹测量。

水声对抗器材布放工作母船1~2艘,若所选潜艇未配备鱼雷研制任务书规定的能够对抗的多种水声对抗器材,为提高试验效率,降低试验安全风险,在试验中采用潜艇试验的同时,可选择水声对抗器材布放工作母船协助完成对抗器材的布放工作。

2) 被试鱼雷

被试鱼雷为全航程轻型智能反潜鱼雷,一是便于满足在一个航路中发射布放多种对抗器材,二是给鱼雷提供充分的识别对抗工作时间。被试鱼雷装备合作声信标,可配合水下弹道测量设备完成鱼雷航迹的测量。

3) 水声对抗器材

水声对抗器材包括气幕弹、宽带噪声干扰器、扫频干扰器、自航式声诱饵和固定式声诱饵。除气幕弹外,其余水声对抗器材均配备合作声信标或其他示位设备,可配合水下弹道测量设备完成水声对抗器材的位置或航迹信息测量。

1.2.3试验测控需求

1) 水下弹道测量设备

为便于进行对抗试验试后处理和结果评判,同时为避免单独依靠鱼雷内记数据一旦在试验出现故障或意外时无法进行结果评判或故障定位,要求试验全过程各水下兵力和装备全工作过程可测量,在试验时,将目标潜艇、鱼雷和水声对抗器材的航迹及定点位置(如固定式声诱饵)信息利用测量设备进行全程测量。

2) 时统系统

为便于试后数据处理和结果评估,要求水面、水下各参试兵力及装备采用同一时间标准,在试验前利用时统系统进行统一授时。

1.2.4试验海区及水文条件选择

自冷战以来,从全世界鱼雷反潜作战发展趋势来看,包含美国在内的西方发达国家,不再将深海条件下的反潜作战方式作为关注的焦点,浅海条件下反潜作战能力的发展已经成为全世界海军面临的共同难题,目前轻型智能反潜鱼雷的技术瓶颈就是浅海强混响和强噪声干扰下的自导检测问题[4-5],因此,在鱼雷反水声对抗试验时,必须将试验海区深度及水文条件作为试验设计的关键因素进行考虑。

在此试验中,要求浅海条件和深海条件下均进行一定条次的反水声对抗试验,由于我国周边近海几乎全为浅海,因此,浅海条件下反水声对抗试验条次数的比重要相对深海条件下的反水声对抗试验比重加大。

浅海靠近海岸,水文条件常年基本属恶劣状态,加之受近岸航行的舰船及海洋自噪声、界面混响和体积混响的影响,未来海军反潜作战在浅海基本是恶劣水文条件[6],因此,反水声对抗试验要加大浅海恶劣水文条件下的考核力度,同时兼顾中等水文条件和良好水文条件。

1.2.5试验实施过程

由于是反水声对抗战技指标和功能考核,在试验时尽量要求在标准条件下,按照以下 2条原则进行试验。

1) 要求鱼雷与每种对抗器材均有声接触的机会,且各种水声对抗器材之间不能相互产生声干扰,尤其是声诱饵不能接收到噪声干扰器的噪声干扰信号后对其进行应答。

2) 鱼雷在丢失真实潜艇目标信号后,目标潜艇的机动能够保证鱼雷再搜索过程中还有搜索到目标潜艇的机会,这是与鱼雷反水声对抗功能试验及反水声对抗能力试验最大的区别。

“鱼雷对抗气幕弹+宽带噪声干扰器+自航式声诱饵攻击潜艇试验”项目实施方法如下:

1) 目标潜艇以 6~8 kn航速航行,水面舰利用反潜武器系统探测手段或者水下弹道测量手段得到的目标潜艇运动要素信息装定鱼雷射前参数,在D点发射鱼雷;

2) 潜艇声呐在发现来袭鱼雷后,依次在A,B,C点发射气幕弹、自航式声诱饵和宽带噪声干扰器[2],自航式声诱饵在联合模式下工作,当噪声干扰器发射后,目标潜艇进行转向并加速航行,直至鱼雷停车浮起;

3) 该试验项目在深海和浅海各实施一定条次,具体试验条次数服从全部试验任务统筹。

具体试验航路见图1[7]。

图 1 鱼雷对抗气幕弹+宽带噪声干扰器+自航式声诱饵攻击潜艇试验航路图Fig.1 Test route chart of a torpedo counteracting gas curtain bomb + wide band noise jammer + mobile acoustic decoy to attack a submarine

“鱼雷对抗气幕弹+扫频干扰器+固定式声诱饵攻击潜艇试验”项目实施方法如下:

1) 目标潜艇以 6~8 kn航速航行,水面舰利用反潜武器系统探测手段或者水下弹道测量手段得到的目标潜艇运动要素信息装定鱼雷射前参数,在D点发射鱼雷;

2) 潜艇声呐在发现来袭鱼雷后,依次在A,B,C点发射气幕弹、固定式声诱饵和扫频干扰器,在扫频干扰器发射后,目标潜艇按照图 1所示航向进行转向并加速航行[8-9],直至鱼雷停车浮起,或者由水声对抗器材工作母船吊放固定式声诱饵和扫频干扰器进行试验;

3) 该试验项目在深海和浅海各实施一定条次,具体试验条次数服从全部试验任务统筹。

具体试验航路见图2。

图 2 鱼雷对抗气幕弹+扫频干扰器+固定式声诱饵攻击潜艇试验航路图Fig.2 Test route chart of a torpedo counteracting gas curtain bomb + swept jammer + fixed acoustic decoy to attack a submarine

1.2.6试验结果评估标准

1) 鱼雷对抗气幕弹+宽带噪声干扰器+自航式声诱饵攻击潜艇试验项目

鱼雷航行正常,且能正确识别出气幕弹、宽带噪声干扰器和自航式声诱饵为假目标后执行了反水声对抗弹道,最终自导发现并捕获到目标潜艇,该试验合格;若鱼雷不能识别出水声对抗器材为假目标,航程耗尽时仍未捕获到目标潜艇,试验不合格,具体未识别或对抗哪种对抗器材可依据鱼雷内记信息及水下弹道测量设备和对抗器材内记信息进行评判并针对该对抗器材进行加试。

2) 鱼雷对抗气幕弹+扫频干扰器+自航式声诱饵攻击潜艇试验项目

鱼雷航行正常,且能正确识别出气幕弹、扫频干扰器和固定式声诱饵为假目标后执行了反水声对抗弹道,最终自导发现并捕获到目标潜艇,该试验合格;若鱼雷不能识别出水声对抗器材为假目标,航程耗尽时仍未捕获到目标潜艇,试验不合格,具体未识别或对抗哪种对抗器材可依据鱼雷内记信息及水下弹道测量设备和对抗器材内记信息进行评判并针对该对抗器材进行加试。

2 鱼雷反对抗作战能力试验与评估

2.1试验目的

检验目标潜艇在单独或组合使用水声对抗器材且进行战术机动条件下,鱼雷完成反水声对抗并能够命中目标潜艇的能力,在此简化为鱼雷在对抗条件下的命中概率试验与评估。

2.2实航试验

2.2.1实航试验项目设置

试验项目中,综合考虑鱼雷航程、鱼雷速制、目标潜艇航速、试验海区深度、海洋水文气象条件、鱼雷攻击态势、目标潜艇的水声对抗器材使用和机动战术、水下目标(目标潜艇、鱼雷和对抗器材)位置信息的测量等试验要素。要求目标潜艇采用自身装备的声呐探测来袭鱼雷,水声对抗系统解算目标运动要素并自动装定水声对抗器材发射参数,发射对抗器材同时,按照水声对抗战术进行战术机动,规避鱼雷攻击[10]。

试验项目具体可设置如下。

1) 浅海恶劣水文攻击低速潜艇目标对抗试验。

该试验项目细化为

a) 鱼雷射距: 大射距、小射距和中等射距;

b) 目标潜艇舷角: 大舷角、舷角和正横方向;

c) 鱼雷速制选择: 高速或低速。

2) 浅海良好水文攻击低速潜艇目标对抗试验。

具体项目的细化同“浅海恶劣水文攻击低速潜艇目标对抗试验”。

以上2个试验项目在整个鱼雷反水声对抗能力试验中的条次比例相对较大,具体原因同1.2.4。

3) 深海条件攻击潜艇目标对抗试验

该试验项目细化为

a) 水文条件: 良好水文、中等水文和恶劣水文;

b) 目标潜艇航速: 低速、中速和高速,发现来袭鱼雷前以低速航行为主;

c) 鱼雷射距: 大射距、小射距和中等射距;

d) 目标潜艇舷角: 大舷角、舷角和正横方向;

e) 鱼雷速制选择: 高速或低速。

2.2.2实航试验兵力及装备需求

1) 试验兵力

试验兵力需求主要包括鱼雷发射平台、目标潜艇。

鱼雷发射平台由水面作战舰艇担任,一般为配备鱼雷反潜武器系统的驱护舰1艘。

目标潜艇为某型潜艇 1艘,可发射多种水声对抗器材,目标潜艇配备合作声信标,可配合水下弹道测量设备完成目标潜艇的航迹测量。

2) 被试鱼雷

轻型智能反潜鱼雷,要求具有与战雷相同的航程,便于在一个航路中多种对抗器材发射布放和鱼雷识别对抗的工作时间需求。被试鱼雷装备合作声信标,可配合水下弹道测量设备完成鱼雷航迹的测量。

3) 水声对抗器材

水声对抗器材包括气幕弹、宽带噪声干扰器、扫频干扰器、自航式声诱饵和固定式声诱饵。除气幕弹外,其余水声对抗器材均配备合作声信标或其他示位设备,可配合水下弹道测量设备完成水声对抗器材的位置或航迹信息测量。

2.2.3实航试验测控需求

1) 水下弹道测量设备

为便于进行对抗试验试后处理和结果评判,同时为避免单独依靠鱼雷内记系统记录数据一旦在试验出现故障或意外时无法进行结果评判或故障定位,要求试验全过程各水下兵力和装备全工作过程可测量。在试验时,将目标潜艇、鱼雷和水声对抗器材的航迹及定点位置(如固定式声诱饵)信息利用测量设备进行全程测量。

2) 时统系统

为便于试后数据处理和结果评估,要求水面、水下各参试兵力武器系统及装备采用同一时间标准,在试验前利用时统系统进行统一授时。

3) 试验海区环境及目标特性测量设备

用于测量试验海区深度、试验海区声速梯度分布、海底底质地貌测量、鱼雷和对抗器材自导频段内海洋环境噪声、目标潜艇和对抗器材的辐射噪声和声学反射特性测量。全部测量数据为后续进行鱼雷反水声对抗能力仿真试验进行数据储备,声速梯度分布测量也可直接服务与实航试验。

4) 目标潜艇水声对抗系统和鱼雷作战平台武器系统数据录取设备

目标潜艇水声对抗系统数据录取设备用于对来袭鱼雷进行探测及运动要素解算及对抗器材射前参数设定进行数据录取,便于进行试后结果评判。鱼雷作战平台武器系统用于对目标潜艇进行探测、目标运动要素解算和武器系统射击诸元装定等参数进行记录,便于进行试后结果评判。

2.2.4实航试验实施过程

鱼雷作战平台水面搜索目标潜艇,按照一定射距和舷角发射反潜鱼雷攻潜,目标潜艇发现来袭鱼雷后,水声对抗系统根据解算的来袭鱼雷运动要素进行系统自动解算,解算水声对抗器材的发射实机、发射航向等信息,发射水声对抗器材后按照潜艇防御作战战术进行战术机动,直至鱼雷航程停车浮起,试验结束。

水下弹道测量设备全程测量目标潜艇、鱼雷和水声对抗器材的航迹(或位置)信息。

2.2.5实航试验结果评估标准

在某条次的鱼雷攻击试验中,若鱼雷航行正常,能正确识别出水声对抗器材为假目标后且执行了反水声对抗弹道,最终自导发现并捕获到目标潜艇,计鱼雷命中目标1次;若目标潜艇对抗措施有效,鱼雷最终未命中目标潜艇,则计鱼雷命中目标次数为0,最终统计鱼雷命中目标的次数。

实航试验结束后,采用点估计的方式对鱼雷对抗条件下命中概率即反水声对抗作战能力进行评估。

2.3仿真试验

在鱼雷实航试验中,鱼雷命中目标1次,不能说明此次鱼雷的命中概率为1。同时,采用有限的实航试验条次数进行命中概率的点估计,虽然可直接服务于作战使用,但试验结果的置信度不高,加之在实航试验中将影响试验结果的各种因素和变量考虑进去,将全部设想的作战情形进行实航试验,必然造成试验条次数大量增加,试验经济成本无法承受,且试验周期过长。因此,考虑仿真试验方法,最终采用实航和仿真 2种手段相结合的方式进行鱼雷反水声对抗作战能力评估。

2.3.1反水声对抗能力仿真试验思路

仿真试验的具体思路为,每进行1条次鱼雷的实航反水声对抗试验,则将实航试验测量的试验海区水文条件、目标环境特性、海底底质及地貌等信息回灌至仿真试验系统,对该条次实航试验在一定仿真精度要求下进行仿真试验[11],评估该实航试验条次的命中概率。

同时,可在实航试验条次其他条件不变的前提下,改变若干个变量,比如将目标潜艇的航速由原来的3 kn改为5 kn,将原来的90°攻击舷角改为125°攻击舷角进行仿真试验,得出不同试验条件下鱼雷对抗条件下的命中概率值。在进行仿真试验的过程中,利用仿真及实航数据可对仿真试验系统的模型进行验证和修正。

2.3.2仿真试验系统构成

在此采用半实物仿真方式实现鱼雷反水声对抗能力评估[12]。仿真试验系统主要由轻型反潜鱼雷、自导仿真接口计算机、仿真主计算机、鱼雷自导耦合对接装置、鱼雷内部信息综合接口、鱼雷运动模拟转台、深度模拟器、鱼雷供电模拟器、鱼雷舵角测量装置、鱼雷模拟发控装置、声自导目标与环境数字仿真子系统、水声对抗仿真子系统、仿真综合操作显控台、仿真试验数据库、仿真试验数据采集系统、仿真试验数据处理与结果评估系统等构成,其中各模块及子系统通过网络通信子系统联接通信。具体结构如图3所示[13-15]。

图3 鱼雷反水声对抗仿真试验系统Fig.3 Simulation test system for acoustic counter-countermeasure of a torpedo

2.3.3仿真试验系统工作原理和工作过程

按照图3所示结构将仿真试验系统各模块和子系统进行联接,在仿真综合操作显控台输入鱼雷射前目标类型、目标距离、目标方位、目标航速、目标航行深度、试验海区声速梯度分布、海底底质、海底地貌、试验海区海况等初始输入信息[16],试验初始输入信息通过网络通信子系统分别对应输入到各模块和子系统,鱼雷模拟发控装置给出鱼雷发射信号、深度模拟器、鱼雷供电模拟器和舵角测量装置以及鱼雷运动模拟转台开始工作,鱼雷通过内部信息综合接口和网络通信子系统交换信息,自导头段通过对接装置进行信号对接,并通过自导仿真接口计算机和网络通信子系统及声自导目标与环境数字仿真子系统进行信息交互,在鱼雷发射后一定时间,按照实航试验时对抗器材发射参数设定情况,在仿真综合操作显控台输入对抗器材发射时间、发射航向或位置信息,试验过程中,仿真试验系统依据需要访问仿真试验数据库,仿真试验数据采集系统实时进行试验过程数据采集,在仿真试验结束后,仿真试验数据处理与结果评估系统计算出鱼雷命中概率结果并传送至仿真综合操作显控台,直至鱼雷航程耗尽,通过仿真综合操作显控台中止仿真试验,其余各设备关机,仿真试验结束[17-18]。

同时,可在每一条次的仿真试验中,不施放水声对抗器材,仿真得出鱼雷的命中概率,便于通过有无对抗条件下鱼雷命中概率的变化来表征鱼雷的反水声对抗能力。

2.3.4仿真试验结果评估

1) 针对实航试验进行的仿真结果评估

每进行一条次的实航对抗试验,则将试验时测量的目标运动要素、目标类型、试验海区深度、试验海区海底地貌、试验海区海底底质、海况等信息输入仿真试验系统,给出实航试验每条次的命中概率。

2) 针对实航试验扩展的仿真试验结果评估

将实航试验时其余测量数据不变,单纯改变1~2个或者更多个参数输入仿真试验系统,得到实航试验所不能覆盖条次的仿真试验结果,给出每条次鱼雷对抗条件下命中概率。

3) 仿真试验结果综合评估

按照 2.2.5实航试验结果评估标准的方法,不采用仿真得到的具体命中概率信息,而是采用仿真结果中鱼雷最终是否命中目标的结果信息,并以点估计的方式,评估鱼雷反水声对抗条件下命中概率的点估计值。

3 结束语

文中将鱼雷反水声对抗试验划分为战技指标和功能考核、反鱼雷作战能力考核与评估这2个考核层次,按照各自需求进行了试验方法研究和方案设计,提出了通过仿真试验和实航试验相结合的手段进行鱼雷反水声对抗作战能力评估的思想,并给出了仿真试验体系的构架,明确了仿真试验系统的工作原理和工作过程,以及鱼雷反水声对抗作战能力评估的方法,可为未来面向作战能力评估的试验工程实施提供参考。但在反水声对抗能力试验中,仍存在以下几个具体问题有待后续深入研究。

1) 实航试验和仿真试验样本量的设置问题

由于影响试验结果的试验因素和变量较多,如鱼雷的自导方式、鱼雷航速、目标航速、目标方位、试验海区深度、试验海区海况、水文条件等,难以单纯用正交设计、均匀设计等思想或者2种设计思想的结合来明确样本量,这是试验设计学科的难点问题,也是行业内多年未解决的技术瓶颈。

2) 仿真试验系统的仿真逼真度问题

仿真试验系统的逼真度从根本上决定了仿真试验结果的置信度[19]。

若仿真试验系统逼真度不高,仿真试验结果基本没有参考意义,甚至会将实航试验结果颠覆。因此,在仿真试验系统建设过程中,要从底层每个模型和每个子系统做好仿真系统的模型校核、验证与确认等方面的工作。

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(责任编辑: 许妍)

Test Methods for Acoustic Counter-Countermeasure of Torpedo Based on Different Evaluation Grade

QI Li-xin,WU Jian-lan
(91388thUnit,The People′s Liberation Army of China,Zhanjiang 524022,China)

On the basis of different evaluation grade,two different test methods for acoustic counter-countermeasure of a torpedo were designed.The first method verifies the tactical and technical indexes and function of acoustic counter-countermeasure of a torpedo via sea trial,and the second method evaluates the torpedo operational capability of acoustic counter-countermeasure evaluation based on combination of sea trial and simulation test.The support conditions and implementation procedures of the tests,as well as the method or standard for evaluation of test results,were presented.The design ideas of the two tests can be applied to finalizing test of a torpedo for evaluating both tactical/technical indexes and operational capability of acoustic counter-countermeasure,and the implement procedures of the proposed test methods are economical and feasible.This study may provide a reference for test and evaluation of acoustic counter-countermeasure of a torpedo.

torpedo;tactical and technical index and function;operational capability;acoustic counter-countermeasure

TJ631.2;TB56

A

1673-1948(2016)03-0227-08

10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.013

2016-02-16;

2016-03-09.

齐立新(1967-),女,高级工程师,主要研究方向为武器仿真试验总体.

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