潜射反舰鱼雷制导方式判别方法研究∗

胡 平 张林森 刘 凯唐 勇

（1.海军工程大学舰船与海洋学院 武汉 430033）（2.海军工程大学兵器工程学院 武汉 430033）（3.武汉东湖学院机电工程学院 武汉 430212）

1 引言

潜射反舰鱼雷主要有直航、声自导、尾流自导、线导等方式，鱼雷不同制导方式的工作原理不同，水面舰艇鱼雷防御时对抗器材的选择和机动决策也不同，因而准确判别来袭鱼雷的制导方式，是有效防御来袭鱼雷的必要前提［1～2］。

防御不同制导方式鱼雷时使用的对抗器材一般不同。鱼雷声自导一般工作在中高频段，需要使用中高频的水声对抗器材；潜射反舰鱼雷线导时主要依靠潜艇声纳探测水面舰艇信息并通过导线发送给鱼雷，潜艇声纳一般工作在较低频段，因而水面舰艇需要使用低频对抗器材。鱼雷尾流自导装置一般采用超声波检测舰艇气泡尾流，且其作用距离近，一般需要采用模拟尾流对抗器材或者硬拦截对抗器材［3］。直航鱼雷不采用任何自导方式，一般需要使用硬拦截对抗器材。当然，对声自导和线导工作的鱼雷也可采用硬拦截对抗器材［4］。

防御不同制导方式鱼雷时的机动方法一般也不同。水面舰艇航速增大时辐射噪声大幅增加，因而防御被动声自导鱼雷时不宜采用加速机动的方式；舰艇高速机动时辐射噪声和尾流大幅增强，将严重影响鱼雷主动声自导的探测效果，因而对抗主动声自导鱼雷时可加速机动；防御线导工作的鱼雷时需要采用声干扰器干扰潜艇声纳，并在潜艇声纳的被干扰扇面内高速机动；尾流自导鱼雷无法判断目标舰艇的舷别，防御尾流自导鱼雷应采用大转向机动，使鱼雷跨舷［5～6］。由上述分析可知，若制导方式判断错误，则导致使用错误的对抗器材或者机动方案，不仅浪费对抗器材，而且遗误战机导致防御失败。

2 传统判别方法分析

传统鱼雷制导方式判别方法主要有频谱分析方法、频谱分析+数据库比对方法、情报信息+危险优先的方法等。

2.1 传统频谱分析方法

传统水面舰艇鱼雷报警声纳一般只能通过鱼雷航行的辐射噪声对来袭进行识别报警，鱼雷辐射噪声主要包括机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声等［7］。因为辐射噪声主要受动力推进装置影响，与制导方式无关，依靠传统声纳LOFAR图和DEMON图的频谱分析只能实现鱼雷与潜艇、鱼群等真伪目标的类间识别，不能实现鱼雷制导方式判别。

2.2 频谱分析+数据库比对

依靠频谱分析结合数据库的方式，可识别出鱼雷某一型号（如MK48鱼雷或SUT鱼雷），但受鱼雷噪音频谱的相似性、水声信息传递的模糊性影响，且该方法需要庞大的数据库支持，因而可实现性较差［8］。另外，随着鱼雷制导技术的发展，一枚鱼雷上集成了线导、声自导、尾流自导和惯导装置，反舰时可使用直航、声自导、尾流自导、线导+声自导、线导+尾流自导中的任何一种。即便识别鱼雷的型号（如MK48鱼雷或SUT鱼雷），又难以判定其使用何种制导方式。

2.3 情报信息+危险优先的方法

由于水下防御可获取的信息较少，实际水下防御作战中多采用基于情报信息+危险优先的方法［9］。但是情报信息仅能定位到作战对象为某型潜艇，通常一型潜艇可发射多种型号的鱼雷，每一种鱼雷又有多种制导方式，因而通过情报信息难以判别鱼雷制导方式。实际对抗过程中，通常将潜射反舰鱼雷当做威胁最大的线导+末制导鱼雷，同时使用多种对抗器材。文献指出，尽管当前世界主要海军国家的潜射鱼雷已基本实现了线导+末制导，但在某些战术条件下，潜艇对水面舰艇攻击时，将具备线导+末制导能力的鱼雷作为自导鱼雷或直航鱼雷使用的可能仍很大。因此舰艇在发现潜射鱼雷来袭时，一概而论地认为是线导+末制导太粗略。即便某型鱼雷使用线导+末制导方式，某一时刻只是以线导、声自导和尾流自导中一种制导方式为主，将多型对抗器材同时使用不仅造成资源浪费，而且可能导致相互干扰。而且由于对抗各种制导方式鱼雷的最优机动方案不同，上述方法也不利于机动方案的制定。实际上，潜艇使用鱼雷反舰时，一般会综合分析目标航速、目标航向和目标距离，水文条件、海况等级、海深信息等战术要素，综合以上要素确定反舰鱼雷的制导方式。水面舰艇鱼雷防御时，根据这些因素反推潜艇的作战方案，则可有效判别潜射来袭鱼雷的制导方式。

本文综合水面舰艇鱼雷防御和潜艇鱼雷攻击两方面，提出综合使用鱼雷频谱特征、鱼雷攻击态势、海洋环境信息、舰艇导航信息、潜艇相关信息等战术信息，提出一种基于频谱分析+作战态势的鱼雷制导方式判别方法，可大幅提高来袭鱼雷制导方式的判别准确率。

3 制导方式判别方法分析

3.1 目标频谱特征信息

目标频谱特征是指能够依靠鱼雷报警声纳接收的数据，进行LOFAR谱和DEMON等频谱分析技术直接获得的，并能客观反映其所属类型的目标固有信息。

1）鱼雷变速次数

直航鱼雷一般采用固定提前角导引法射击，因此鱼雷出管稳定后，其航速和航向一般是固定的。声自导鱼雷通常设计为双速制，一般在攻击过程中会实施一次变速，但也可能不变速。线导鱼雷一般设计为双速制甚至三速制，其航速可由潜艇实时控制，为了兼顾快速攻击和低噪声航行，鱼雷航行过程中可能多次变速［10］。

鱼雷一般通过动力推进装置转速改变实现航速变化，且鱼雷多种速度的差值一般较大，因此航速变化时会导致机械噪声和螺旋桨噪声的线谱和调制谱频率产生明显的变化，鱼雷报警声纳通过DEMON和LOFAR信号处理可提取鱼雷航速变化信息。若鱼雷航行过程中变速超过三次，一般可认为是线导鱼雷；若鱼雷航行过程中未变速，则直航鱼雷的可能性较大。

2）鱼雷寻的信号

反舰用主动声自导鱼雷和主动声尾流自导鱼雷都需发射主动声信号，通过分析回波特征判断舰船目标或者舰船尾流，其中声自导鱼雷寻的信号频率范围一般为几十千赫兹，尾流自导鱼雷寻的信号一般在几百千赫兹［11］。

现代水面舰艇专用鱼雷报警声纳的应用，使得检测来袭鱼雷主动声信号的能力大大增强。如果鱼雷报警声纳侦察到来袭鱼雷的中高频主动声自导信号，则可判断该雷正处于声自导阶段，若能探测到来袭鱼雷的超声主动信号，则可判断鱼雷正处于尾流自导阶段。

3.2 鱼雷攻击态势

1）鱼雷发射距离

自导鱼雷和直航鱼雷发射时，需要精确解算目标运动要素，受目标散布误差影响，一般发射距离不可能太远。线导鱼雷发射时不需要目标运动要素解算，只需要稳定的目标方位信息，因而发射距离大幅增加［12］。

近年来，随着声纳技术和信号处理技术的发展，被动声纳对目标距离的估计精度越来越高，主动声纳对鱼雷的定位距离也越来越远。鱼雷报警后，可估计鱼雷的与水面舰艇的距离，若鱼雷距离较远，可确定鱼雷为线导鱼雷，若鱼雷距离较近，则可判断鱼雷为直航鱼雷或自导鱼雷。

2）鱼雷发射数量

被动声自导鱼雷齐射时存在互导问题，因而一般不采用齐射；主动声自导一般采用双雷齐射，以覆盖目标运动要素误差；尾流自导鱼雷可单雷攻击也可双雷齐射；直航鱼雷命中率较低，一般采用双雷或者三雷齐射。线导鱼雷一般命中率较高，一般采用单雷攻击，但一般潜艇也具备双雷线导攻击同一条水面舰艇的能力。

水面舰艇鱼雷防御时，若发现来袭鱼雷为三雷或更多鱼雷齐射时，可判断为直航鱼雷。若仅有一条鱼雷，则可能为线导，若两条鱼雷齐射，则自导的可能性较大。受鱼雷报警声纳孔径限制，若要分辨出齐射的多条鱼雷，需要鱼雷较近，因而鱼雷报警后，可能先判断为一条鱼雷，随着鱼雷距离接近可能判断为多条鱼雷。

3）鱼雷搜索弹道

潜射鱼雷一般可采用直航、声自导、尾流自导和线导方式。潜艇鱼雷线导射击目的是将鱼雷送到水面舰艇附近，使得自导装置对目标舰艇有较高的发现概率，鱼雷出管且状态稳定后，线导鱼雷一般采用三点一线导引法，直航鱼雷采用固定提前角导引法，声自导鱼雷一般按照有利提前角法导引，尾流自导鱼雷一般瞄准有效尾流的中点。

水面舰艇鱼雷防御时，鱼雷报警后，声纳被动处理可对鱼雷目标进行航迹拟合，鱼雷与水面舰艇接近到一定范围后，声纳主动工作可以跟踪鱼雷弹道。因而对鱼雷目标进行弹道估计和方位变化率分析，可通过鱼雷弹道特征判别其制导方式。

3.3 海洋环境信息

1）水文信息

恶劣水文条件下，潜艇声纳对水面舰艇的作用距离大幅下降，一般仍能满足鱼雷线导的要求；恶劣水文条件下，反舰鱼雷主动声自导能力基本丧失，被动声自导作用距离大幅下降。尾流自导距离较近，水文条件对其自导距离影响不大，直航鱼雷则完全不受水文条件影响［13］。

因而恶劣水文条件下，水面舰艇遭到潜射主动声自导鱼雷攻击的可能性较小，直航鱼雷、尾流自导、线导的可能性较大。

2）海况信息

高海况下，由于海浪冲击，舰船尾流与正常海水界面变的模糊，尾流自导鱼雷可探测的有效尾流距离变小；另外，高海况下海洋环境噪声增大，导致声自导探测距离下降；高海洋环境噪声潜艇声纳对水面舰艇探测距离也减小，但一般仍能满足对鱼雷进行线导的要求；直航鱼雷则完全不受海况条件影响。

因而高海况条件下，水面舰艇来袭鱼雷为尾流自导鱼雷和声自导鱼雷的可能性较小，直航鱼雷和线导的可能性较大。

3）海深信息

受鱼雷离艇安全性和自身负浮力的影响，鱼雷出管后都有一个非稳态的下沉阶段。为保证线导不断线，线导装置艇上部分金属软管会下垂一定深度，远距离线导时，导线也会下沉几十米。因而发射线导鱼雷时，一般要求海深超高一定深度。直航鱼雷和自导鱼雷对海深范围适应能力更强。

因而在浅海作战时，如水深小于某值，水面舰艇来袭鱼雷为线导鱼雷的可能性较小，为直航鱼雷和自导鱼雷的可能性较大。

3.4 本舰航行信息

1）本舰航速信息

水面舰艇低速航行或停泊时，辐射噪声强度和尾流强度较小，被动声自导和尾流自导鱼雷检测距离近，因而不适合使用被动声自导和尾流自导攻击，而主动声自导鱼雷和直航鱼雷可攻击停泊状态和低速航行的水面舰艇［14］。

因而，可根据水面舰艇自身航速判断来袭鱼雷的制导方式，水面舰艇航速小于某值时，一般可排除来袭鱼雷为被动声自导和尾流自导方式。

2）本舰航向信息

自导鱼雷和和直航鱼雷射击时必须准确解算目标舰艇的运动要素。潜艇一般使用被动声纳跟踪目标，解算目标运动要素时需要目标舰艇匀速直航，且潜艇必须进行机动。若水面舰艇机动频度较大，潜艇的目标运动要素解算一般需要较长时间甚至难以收敛，此时潜艇使用直航鱼雷或者自导鱼雷攻击水面舰艇目标时比较困难。但若潜艇能对水面舰艇进行稳定测向并判断目标处于鱼雷射程范围内，则可使用线导方式射击。

水面舰艇鱼雷防御时，若本舰机动频度较高，变速变向幅度较大，则来袭鱼雷为线导发射的可能性较大。

3.5 敌潜艇活动信息

1）敌潜艇主动探测信号

使用被动声纳解算目标运动要素需要比较苛刻的条件，在必要的情况下，潜艇可能使用声纳主动工作或者雷达主动工作方式测量水面舰艇的方位、距离、航向和航速等信息，而后发射自导鱼雷或直航鱼雷，并迅速撤离战场。因而水面舰艇鱼雷报警前，若发现潜艇的主动声纳信号和主动雷达信号，则可以排除鱼雷线导方式的可能性。

2）敌潜艇位置信息

水面舰艇鱼雷报警后，若通过本舰声纳或邻舰声纳发现鱼雷报警方位附近有潜艇，则一般可判断鱼雷是由该潜艇发射的。若鱼雷报警前能探测到该方位有鱼雷出管的瞬态噪声信号，则同样可以将该鱼雷和潜艇关联。分析该潜艇与本舰的距离，即可判别该鱼雷的发射方式。

4 结语

本文综合利用了潜艇发射反舰鱼雷时考虑的因素，以及水面舰艇鱼雷防御决策方法，提出频谱分析+战场态势的判别方法，通过分析可得到以下结论：

1）该方法扩展了传统的频谱分析方法，可分析鱼雷变速次数和鱼雷寻的信号，进而判别鱼雷制导方式。

2）该方法利用的频谱特征、鱼雷攻击态势、海洋环境信息、本舰导航信息总是可以获得，敌潜艇信息较容易获取，因而可行性较强。

3）该方法输出结果是动态变化的，随着信息的积累，后续结论可能会推翻之前结论，这与证据积累效应和人类思维方式相同。

4）某些方法不能确定鱼雷为某种制导方式，却可以排除某种制导方式缩小证据空间，多次使用排除法即可确定鱼雷制导方式。

综上，本文提出的基于频谱分析+作战态势的水面舰艇对来袭鱼雷判别方法，具有较好的可行性与实用性，识别概率较大，识别结果可信度高，能够为水面舰艇鱼雷防御的战术决策提供支撑，有效提高水面舰艇生存能力。