盾和弹之间的那点事(三十)

涂林峰

浅谈声制导方式

声制导也被称为声寻的制导，是利用声波作为目标辐射或反射信号的一种制导方式，分为主动声制导和被动声制导两大类型。我们知道，不管采取了哪种寻的制导方式，制导武器都要靠目标辐射或反射的某种信号能量未进行跟踪和导引。声波也是一种信号能量的传输，不过声波传输的是一种机械能，而电磁波传输的是电磁能，两者在物理上属于两种不同性质的能量传播。一般情况下，声制导不会用于对空导弹，因为声波在空气中的传播速度很慢，无法对高速目标进行跟踪和制导，也很难传输制导指令。声波在空气中的传播速度只有340米/秒左右，而现代飞机的飞行速度极快，巡航速度已经达到或超过音速，一些导弹类目标的飞行速度甚至远远超过了音速。很显然，利用声波去引导对空拦截导弹时，导弹只能瞄准高速运动目标身后的一个点，这种弹道模式也被称为“后置跟踪”弹道。这样，在导弹对付超音速目标时，它将永远无法击中目标，不管从哪个方向发动攻击，最终都会被目标甩在身后。当用于拦截弹道导弹时，还由于弹道导弹一般都会出现在大气层外，而声波无法在真空中传播，此时就只有电磁波可用了。

虽然声制导在空中的应用价值较小，却可以在水下大展身手。因为海水是电的导体，使电磁波在水下传输时的衰减速率非常高，难以用作信号的傳播媒介。而声波则正好相反，其在水中的传播衰减要小得多，频率越低衰减就越小，传播距离也越远。而且作为机械波，声波在液体介质中的传播比在气体介质中更有优势，它在水中的传播速度就比在空气中更快。声波在海水中的传播效率丝毫不亚于空气中的电磁波，如在深海中爆炸一个几千克的炸弹，在几万千米外还能接收到声信号。冷战时期，美国部署的海底固定声呐监听系统可以追踪到1000海里外的苏联潜艇。正是因为声波的这一特性，使其在军事领域的应用包括了水下探测、导航、通信、制导等多个方面，尤其在水面/空中反潜作战和潜艇攻防作战领域，声波更是可以大展身手。本篇主要针对声制导领域的相关话题进行探讨，其余如水下的“神盾”——声呐系统等话题以后再重点加以分析。

美国“无暇”号水声监听船

水面舰艇的声呐探测潜艇的示意图

由于海洋环境的复杂性和特殊性，声波在传播途中受到海水介质的不均匀分布和海面、海底的影响，会产生折射、散射、反射和干涉等现象，造成传播途径的改变，导致声波在海水中的传播特性与电磁波在空中的传播特性有很大的区别。声制导最主要的应用就是水中的兵器——鱼雷。自从鱼雷问世以来，各国海军都非常重视鱼雷的发展，并根据作战需求和各自的战术思想，选择了不同的技术道路对鱼雷进行发展。事实上，现代先进鱼雷无论是研发难度还是制造成本，非但不比导弹要低，反而要更胜一筹，能够设计制造鱼雷的国家数量远少于能够设计制造导弹的国家，原因就在于海洋水声环境的复杂性以及水下声制导的特殊性。虽然由于导弹技术的不断发展，使得鱼雷对于水面舰艇的重要性有所下降，但鱼雷仍然是各国海军最重要的武器之一，并且鱼雷在潜艇上的作用与地位目前仍然无可撼动。鱼雷的攻击全程基本上都在水下，对于隐蔽性要求极高的潜艇来说，从水下发射和制导的鱼雷是其进攻和自卫的主要武器。除老式的直航鱼雷外，现代鱼雷的制导方式主要可以分为4种：主动声自导、被动声自导、有线指令制导和尾流自导。先进的鱼雷型号往往采用这4种制导方式组成复合制导系统，比如尾流自导+声自导、线导+声自导或主/被动复合声自导等等。

反潜直升机上配备的声呐浮标

声自导鱼雷头部的感应基阵

主动/被动声自导鱼雷

声自导是一种最常见的鱼雷制导方式，它是利用水声技术自动搜索、跟踪和攻击目标，可以通过主动、被动声信号未实现对目标舰艇的探测与跟踪，并且可以在鱼雷的航程范围内对目标舰艇进行反复的搜索与跟踪，目标舰艇一旦被“缠”上，就很难摆脱攻击。声自导鱼雷可以分为被动声自导鱼雷（靠被动接收目标的噪声信号进行制导）、主动声自导鱼雷（通过鱼雷自身发射的脉冲声信号被目标反射后产生的回波进行制导）和主动/被动复合声自导鱼雷（主动、被动制导方式交替使用或同时使用）。其中主动声自导方式是通过鱼雷主动发射声信号以实现对目标的探测，而鱼雷由于自身的尺寸重量限制，难以配备大型低频声自导系统，因此其声自导系统的工作频段较高，而太高的频率会导致声波在水中的传播损耗增大，进而影响到鱼雷主动声自导系统的探测距离（频率越高则在介质中的传播损耗越大，这一点无论是对空中的电磁波还是水中的声波来说都是如此）。因此主动声自导鱼雷对目标的探测距离较近，比被动声自导鱼雷更近，其作用距离一般在几千米以内，而且还要受到外部水声环境因素的干扰与影响，导致作用距离进一步缩水。而被动声自导鱼雷则是利用了大部分舰艇（包括水面舰艇和水下潜艇）在航行时都会产生的噪声，而且航行速度越快，则噪声也就越大，而航行速度与机动性是大多数舰艇都追求的一个重要指标，因此其产生的噪声是很难完全避免的，除非是发动机停止工作并且抛锚不动的舰艇。尤其对水面舰艇来说，其航行噪声要远大于水下的潜艇，而且水面舰艇通常更重视水面以上的隐身技术（如雷达隐身和光学隐身），但对水下的声学隐身可以采取的控制措施却非常有限。对于潜艇类目标来说，其自身发出的噪声包括螺旋桨转动噪声、艇体与水流摩擦产生的噪声，以及潜艇发动机机械振动引起的噪声等多种类型的辐射噪声，因此需要同时采取多种噪声控制措施，多管齐下以提高潜艇整体的“声隐身”能力。

美国MK46轻型鱼雷采用主动/被动声自导方式

螺旋桨转动噪声是水面舰艇航行时的主要噪声来源之一

潜艇用大型声呐基阵

水面舰艇配备的反鱼雷声诱饵发射装置

潜艇上配备的拖曳声呐系统示意图

被动声自导鱼雷即是通过直接接收目标自身产生的噪声信号，从而对目标进行定位和跟踪，并引导鱼雷向目标发动精确攻击。由于主动声自导的声信号发射与接收是来回双程的，传输损耗大，而被动声自导对声信号的接收是单向单程的，因此被动声自导的作用距离要比主动声自导更有优势。但被动声自导由于是通过接收目标舰艇产生的噪声来进行制导的，因此其作用距离往往要取决于目标舰艇的噪声控制能力，而不是取决于自身的制导性能，而且被动声自导与其它被动制导方式一样，很容易被假信号源所欺骗。由于主动和被动声自导在单独使用时都存在一定的性能缺陷，因此目前的先进鱼雷型号大多采用了主动/被动复合声自导以提高整体的制导性能。这种鱼雷先利用被动声自导方式对目标舰艇进行较远距离上的搜索与跟踪，当接近目标舰艇后再利用探测精度更高的主动声自导方式对目标实施精确攻击。而不管是主动声自导还是被动声自导，其有效作用距离都是比较近的。一方面是因为鱼雷雷体的尺寸有限，导致了声自导系统的性能也受到限制;另一方面则是因为主动和被动声自导都属于寻的制导方式（声寻的制导），其继承了寻的制导体制作用距离偏近、更适合用于末制导阶段的特点。此外，声自导鱼雷的发展也遇到了越来越大的困扰，其所利用的水声信号同海洋环境噪声、鱼雷自噪声、人工干扰噪声、混响等混杂在一起，给声制导信号的提取和识别带来了很大的困难，尤其在鱼雷航速很高时这个问题会更严重。目前来说，主动、被动声自导方式主要用作鱼雷在近距离内的制导手段，如果想要提升鱼雷的远程攻击能力，就必须为鱼雷引入线导制导方式了。

线导鱼雷

线导的作用距离一般可以达到数十千米，远远超过鱼雷声自导系统的作用距离，鱼雷要实现对远距离舰艇的精确制导与打击，就必须采取线导的方式。线导鱼雷，就是通过一根细小的导线，把发射平台（如潜艇）与鱼雷连接起来，通过发射平台的声呐系统对目标进行探测与测量，并通过艇上火控系统利用导线向航行中的鱼雷发送制导指令，引导鱼雷接近被攻击的目标。线导实际上也是一种声制导方式，只不过用于探测目标与制导的声呐/声制导系统被安置在发射平台上，而不是装在鱼雷的雷体内。由于发射平台上一般可以配备体型更大、探测距离更远的大型低频声呐系统，或者功能更强悍的主/被動综合声呐系统，因此其对目标的探测能力远比鱼雷上自带的声自导装置更强大。线导鱼雷可以由发射平台的火控系统进行自动导引，也可以是有人参与的导引，因此线导是一种“人在回路”的导引手段，制导和打击方式较为灵活，抗干扰的能力也很强，甚至可以实现对目标的选择性攻击。

线导鱼雷发射想象图，可以看到雷尾有细细的导线与潜艇相连

线导鱼雷的导线具有较强的拉力和抗腐蚀能力。线导鱼雷发射后，发射平台的射控系统通过导线对航行中的鱼雷传输指令，控制鱼雷的航向、航速、航深、姿态：航行中的鱼雷则可以通过导线向发射平台回传自身的位置、运动状态等信息。发射平台根据探测到的目标舰艇运动参数并结合鱼雷自身的运动参数，进行相关的计算与处理后形成制导指令，再通过导线向鱼雷发送指令，将鱼雷导向目标。在远射程的大型鱼雷上，线导一般都会与声自导配合使用。当线导鱼雷进入声自导的作用距离后，就启动鱼雷的声自导系统，先以被动声自导方式进行较大范围内的搜索，发现目标后转入自动跟踪状态，在接近到目标舰艇一定的距离时转入主动声自导，对目标舰艇进行定位并发动最后的精确一击。此外，当线导鱼雷的导线断开或线导失控时，鱼雷仍可以自动转为声自导模式，完成对目标的跟踪与打击，前提是目标已处于声自导系统的探测范围之内。

正在为潜艇装填的美国MK48重型鱼雷，采用线导+ 主动/被动声自导复合制导方式

在通常情况下，线导鱼雷并不能仅凭借线导即实现对目标的精确攻击，而需要采取线导+声自导的串行复合制导方式。线导作用于鱼雷航行的前段和中段大部分航程内，声自导则作用于鱼雷航程末段的攻击阶段，两者配合才能使鱼雷实现对远距离目标的精确制导与打击。声自导的作用距离较近，但制导精度很高，线导的作用距离比声自导远，但制导精度较差，因此只有将两者结合才能解决探测距离和制导精度之间的矛盾。线导制导精度较差的原因在于，发射平台的声呐系统为了追求更远的探测距离，通常都会采用工作频段较低的低频声呐系统，低频声呐虽然可以极大的提高对目标的探测距离，但却是以牺牲探测精度为代价获得的。而且，海洋的水声环境非常复杂，发射平台的声呐系统由于离目标的距离较远，声波在海水中的传播往往存在着不可预知的环境因素影响，随着距离的增大这种影响会更加严重，这会导致声呐的探测精度下降，严重时甚至无法对目标有效探测。因此对于鱼雷的制导来说，线导只能作为远距离的粗略导引手段，一般只将鱼雷导引到目标附近的大致区域，然后由制导精度更高的声自导系统接手，以完成最后的精确攻击。

实际上，线导鱼雷的导线就相当于舰空导弹上配备的双向数据链系统，但鱼雷之所以采取了导线的形式（即有线指令制导），原因就在于水下航行的鱼雷是难以采用无线电通信技术的。而声波虽然非常适于水下传播，但传播速度又太慢了，即使声波在海水中的传播速度可以达到1450米/秒左右，大约相当于空气中传播速度的4倍，但这个速度用于远距离外的指令传输时仍然会存在很大的时延。事实上，不管鱼雷还是潜艇，对于各种水下装备来说，水中通信技术始终是难以逾越的一大技术难题。在无线电波和声波都指望不上的情况下，就有必要在发射平台与航行的鱼雷之间搭建一条专用的“信息传输通道”了——线导鱼雷的导线。

线导鱼雷最早使用的导线大都是铜线，缺点是重量大、体积大、抗拉力小、传输频带窄、信号衰减量大，而且线导鱼雷传输信号的衰减量和导线的长度成正比，导线越长信号衰减量也就越大，这就限制了线导鱼雷射程的进一步提升。随着技术的进步，现代线导鱼雷开始采用光纤作为导线。光纤导线的直径小、重量轻、信息传输量大、传输距离远，保密性和抗干扰能力也很强，是线导鱼雷的一大发展方向。一般来说，重型鱼雷由于射程较远（一般都在数十千米左右），因此大都采用了线导+主动/被动声自导的复合制导方式。而轻型鱼雷由于射程较近，通常都无需再采用线导方式，只利用鱼雷自身的主动/被动声自导系统即可实现对目标的打击。比如我国鱼-6重型鱼雷就采取了线导+主动/被动声自导+尾流自导的复合制导体制，鱼-7轻型鱼雷则只采取了主动/被动声自导方式。不过，目前国外也有部分轻型鱼雷引入了线导方式。

需要注意的是，线导对于鱼雷射程的提升并不是没有限制的，因为不管导线采用什么材料制造，几十千米长的导线累计起来，重量和体积也不是个小数目。好在线导鱼雷的导线是容纳在潜艇内部的，而不是在鱼雷雷体内。但由于鱼雷的水下航行速度相对较慢，攻击耗费时间极长，过远的射程不但在实战中的价值非常有限，而且还会导致水声探测/制导系统的复杂化。因此线导鱼雷最大射程的设定也应量力而行，现在的重型鱼雷最大射程一般都控制在数十千米左右。线导鱼雷的导线一般为直径小于1.2毫米的特制导线，具有较强的抗拉力和抗腐蚀性，平时存放在鱼雷及其发射装置的放线设备内，导线每秒可双向传输十余条指令。发射潜艇可以通过导线向航行中的鱼雷传输各种指令，比如航向指令可以及时改变鱼雷的航向，速度指令可以令鱼雷在高、中、低多个速度阶段进行选择航行，深度指令可以让鱼雷及时变换水深。当鱼雷接近目标时，可以通过指令启动鱼雷的声自导系统，对目标发动最终的精确打击。而线导鱼雷在航行中也可以通过导线向母艇反馈自身的航向、速度、深度等参数，这样不但可以提高鱼雷的攻击效果，有利于提高鱼雷的反应能力，并且有效减小了发射潜艇的制导负担。对于线导鱼雷来说，其既可以采取单雷射击，也可以采取多雷同时齐射的方式，发射潜艇上的火控系统能够同时引导多枚线导鱼雷对多个不同目标发动攻击，或者对同一个目标发动攻击。

我国水面舰艇发射轻型鱼雷

我国的某型常规潜艇通过鱼雷管来装填重型鱼雷

线导鱼雷可以与自身的声自导系统配合使用，如果鱼雷遭受干扰或未命中目标，则可以自动转回线导方式，发射潜艇控制鱼雷对目标进行二次搜索、攻击。而且线导鱼雷可以实现“发射后锁定”，即当发射潜艇遭遇危险时，可以在第一時间内抢先将鱼雷射出，然后再利用声呐系统精确测定目标参数，并通过导线对鱼雷进行指令修正和引导。这种方式有利于发射平台实施先发制人的打击，可提高鱼雷的攻击距离和打击灵活性，这对于反潜攻防作战来说往往是很关键的。

线导鱼雷使用的导线（封装状态）

潜艇在作战中使用主动声呐时会暴露自身的方位，因此现代潜艇为了追求隐蔽性，使用主动声呐的频率越来越少。而潜艇如果只使用被动声呐，就只能粗略探测目标的大致方位，无法精确测得目标的航速、距离、深度等发射鱼雷必需的攻击要素，或者耗费过多的时间。而线导鱼雷可以在潜艇初步判断出目标的大致方位、距离后即可发射，先以巡航速度接近目标，然后通过发射潜艇上的声呐系统对目标进行进一步测量后，再将目标的最新数据通过导线传送给航行中的鱼雷。此外，由于线导鱼雷是由发射平台直接进行操纵的，水声干扰对其不起作用，而敌方目标又难以直接对发射平台进行远距离干扰（这种干扰不仅效果有限，而且极易暴露目标自身），故而可以极大地提高鱼雷的抗水声干扰能力。而且鱼雷在线导引导时不受自身航行噪声的干扰，十分有利于提高鱼雷的攻击航速。

声呐显控台

潜艇上的鱼雷发射管

不过线导鱼雷的缺点也很明显。首先，线导鱼雷在达成攻击前，导线始终与发射平台相连，而鱼雷在水下的航速非常有限，攻击过程耗时很长，这段时间发射平台难以进行大幅度机动，等同于“自缚手脚”。发射平台如果提前切断导线，则鱼雷将提前进入声自导阶段，这可能会导致攻击失败。线导鱼雷的线缆如果缠在一起，或者被海底植物或岩石挂断，也会导致攻击失败。此外，在切断连接发射平台与鱼雷的导线之前，鱼雷发射管都是被占用的，而且发射平台配备的鱼雷发射管的数量都很有限，这导致单个发射平台很难发动“饱和攻击”。最后，线导鱼雷要求发射平台长时间控制鱼雷，如果在此期间遭到其它目标的攻击，要么发射平台会因为机动受限而难以进行规避，要么被迫提前切断导线而导致制导失败。因此，线导鱼雷更适合打击单独舰艇目标，或反潜实力不强的小型水面舰艇编队。当对方的水面舰艇编队具有强大的反潜能力时，潜艇在使用线导鱼雷发动攻击时就需要三思了。

【编辑/山水】