国外鱼雷及自导技术现状与发展趋势

国外鱼雷及自导技术现状与发展趋势

近年来,人们关注并展开研究的鱼雷自导技术主要集中在以下几方面:

●尾流自导技术和尾流边界自导技术。通过深入研究舰船尾流场的特性进一步研究有效的尾流跟踪系统,在发展声尾流自导的同时,关注开发新型物理场的磁尾流、热尾流和光尾流自导系统。尾流边界自导(Wake-Nibbling)与尾流自导的不同之处在于,其自导系统是探测和跟踪尾流的边界。据称它比尾流自导更有效。

●光纤制导技术。瑞典的TP2000鱼雷率先使用光纤制导,即将服役的意大利“黑鲨”鱼雷的光纤已达60 km。采用光纤制导技术可将自导信号转输到作战艇上来处理,使鱼雷自导信息处理能力和智能化水平大幅度提高。光纤水听器的突破,光学信号处理方法及光导集成电路的发展,将有可能实现“全光自导系统”,使自导系统的信息处理速度和抗干扰性能有一大的飞跃。

●自导声成像技术。主要研究自导声成像的原理和方法、声成像自导系统框架、阵列结构信号处理方法及图像信息的提取和识别等。旨在能由目标回波信号重构目标图像,这将大大增强鱼雷自导目标识别的能力,反对抗能力以及鱼雷精确制导和命中要害部位的能力。

●宽频带声自导系统。宽频带声自导可提取目标的更多信息,减少海洋信道及混响的影响,有利于目标参数精确估计、目标识别及鱼雷反对抗。主要研究小型宽频带换能器、宽频带阵列处理、宽频带信号处理技术以及宽频带自导系统。

●自导多目标定位及跟踪技术。为了实现鱼雷对航母编队的攻击,自导应能对多个目标进行高分辨的定位,估计目标参数,并自动选择跟踪所要攻击的目标。

●鱼雷反对抗技术。面对繁多的干扰和对抗鱼雷的器材及手段,如何采取有效的反对抗措施,排除干扰,命中目标,这是关系到鱼雷“生存”的关键技术。

在鱼雷自导系统发展中特别值得一提的是两雷两技术,即拖曳线列阵鱼雷和光尾流自导鱼雷以及低频声自导技术和目标识别技术。

拖曳线列阵鱼雷

现有体制声自导鱼雷检测低频和远距离辐射声目标能力弱,因此增大鱼雷声自导作用距离的主要途径是提高其自导系统对微弱信号检测及信号处理能力,有效抑制噪声,特别是降低自导系统工作频率(通常在20~40 kHz)。水介质对这一频段声波吸收较大,从而限制了自导作用距离。通常降低工作频率需要加大声学基阵尺寸,而鱼雷头部容积有限。为大幅度提高鱼雷自导作用距离,摆脱鱼雷本体尺度空间的限制,关键是实现声学基阵与雷体分离。

拖曳线列阵鱼雷是实现方式之一。该雷由于线列阵远离鱼雷自噪声,且鱼雷远距离实施攻击,鱼雷自导工作环境相对安静。鱼雷以低速搜索目标,鱼雷自噪声和辐射噪声相对大为减弱,因而有利于鱼雷隐蔽搜索和跟踪目标。拖曳线列阵工作频率可降至5kHz以下,一来可使声传播衰减更小,二来目标辐射噪声一般低频成分更多,可进行线谱检测。

发展拖曳线列阵鱼雷符合欧美“发射后不管”,即本艇发射鱼雷后可快速机动的作战理念。美国Regal轻型鱼雷采用了拖曳线列阵技术,该线列阵导引鱼雷直至声自导捕获目标后解脱。其工作频率可低至2 kHz以下,以被动方式工作,不受高频噪声干扰,自导作用距离可达5000 m以上。另据资料介绍,采用雷体侧面配置的低频声自导基阵和声接收面与雷体共形技术,鱼雷自导工作频率可降至10kHz 以下,自导作用距离达3 000m以上。

光尾流自导鱼雷

基于尾流光学探测的自导鱼雷脱离了自导中常用的声场,而以光场变化进行尾流探测。因光波波长远小于声波波长,故光对尾流气泡场及涡流场更为敏锐,从而能更有效地探测舰船尾流场及潜艇涡流场的存在。这意味光尾流比声尾流有更远的尾流自导作用距离,且很难被干扰和欺骗,使所有基于声学特征的干扰及对抗的水声器材完全失效。光尾流自导鱼雷是一全新意义上的极远程自导鱼雷,发展这种鱼雷具有战略意义。

低频声自导技术

对于安静型目标,鱼雷探测能力更弱。降低自导系统工作频率,采用低频声自导可有效提高自导作用距离。一方面舰艇辐射噪声低频成分丰富,易检测;同时工作在低频段可限制介质的吸收,减小声波的传播衰减,从而提高声自导作用距离。低频声自导技术的最新研究成果是矢量声传感器及其信号处理技术。据报道,俄罗斯已将矢量声传感器用于水中兵器。美海军曾在1997年的“声矢量传感器及其应用讨论会”上把这一领域的研究推向了新的阶段。矢量声传感器(即声压、声强流组合传感器)可同时测得目标声压和振速信息,从而测得目标及方位,也就是说用矢量声传感器可替代大基阵,为实现低频声自导和提高自导作用距离提供了新思路和新技术。

目标识别技术

美国已将其列为国防关键技术之一。水下电子战的出现对鱼雷提出了反对抗要求。海战中舰艇使用各类噪声干扰器、各种诱饵和气幕弹等,对鱼雷攻击实施干扰和对抗,从而降低鱼雷捕捉目标的概率。目标识别是反对抗决策的主要依据,是鱼雷自导技术研究的重要方向之一。

目标特征提取、压缩与分类是目标识别的关键技术。目标尺度特征提取和识别方法很多,但都有其局限性。利用多信息、多特征、多方法的融合和互补,实现目标综合识别是一个重要技术方向。基于这一思想,采用宽频带技术,展宽自导工作频带,获取更多目标特征信息;采用前视、旁视、底视基阵组合方式,提供多种信息参量;充分利用目标尾流特征等,可在鱼雷内建立相应的目标特性数据库。当鱼雷在航行过程中监测到有效回波时,依据已有的目标特性数据库和获取的目标回波强度等连续性的信息,对目标回波信号的结构特征进行分析,寻求某种判别特征,如特征谱线、特征回波亮点、回波相位特征和回波过零点分析结果等,对真假目标及目标要害部位进行识别,从而使鱼雷有选择地打击目标的要害部位。为进一步提高目标识别能力和识别精度,专家和学者们在人工神经网络、人工智能模式识

别专家系统、模糊逻辑推理等新理论新技术上开展了大量研究。美国防部的“风暴计划”将重点支持人工神经网络在自动目标识别等4个领域的应用,对高阶神经网络、投影寻踪学习网络、随机矢量型函数高阶神经网络及其在目标特征量提取和分类中的应用开展研究,已取得了重要进展。