基于假雷目标拖曳系统的水声对抗试验方案设计

杨小芳, 陈子铨, 何文翔, 文 波

(上海船舶电子设备研究所，上海 201108)

随着鱼雷智能化技术的快速发展，鱼雷已成为现代舰艇面临的主要威胁之一，如何提高舰艇的鱼雷防御能力已成为各国海军水下防御研究的重点。水声对抗主要是利用水声设备和器材，诱骗、干扰敌方声制导鱼雷的探测与攻击，以免遭受敌方鱼雷的攻击，从而提高自身的生存能力[1-5]。

假雷目标拖曳系统可以代替真实鱼雷、靶场操雷等目标完成水下模拟攻击和近距离穿越试验，而无需在传统靶场实施实雷对抗试验，因此可以节省大量的人力、时间和试验经费，是针对水声对抗器材湖上性能测试、阶段指标考核及训练等的安全、廉价的试验设备。

现详细介绍假雷目标拖曳系统的组成及工程流程，阐述水声对抗试验方案设计，主要包括总体布置方案、测试方案及试验验证等内容。

1 假雷目标拖曳系统

1.1 系统组成

假雷目标拖曳系统主要用于水声对抗器材湖上性能测试、阶段指标考核及其他相关拖曳试验。其总体组成如图1所示。

图1 假雷目标拖曳系统组成

系统由干端设备、牵引小艇、湿端设备3个部分组成。干端设备主要包括试验趸船、控制机柜、电动绞车及导引装置等。试验趸船为系统绞车的安装平台、系统工作的操作平台，并为系统提供电力需求；控制机柜用于完成系统相关参数的设定、系统相关数据的显示及应急操作控制；电动绞车及导引装置用于完成拖曳缆索、牵引小艇、定深拖鱼、假雷目标等设备的布放、回收及打捞。牵引小艇前端通过拖曳缆索与绞车连接，尾部悬挂湿端设备，其上加装有全球定位系统(global position system，GPS)天线及相关测试设备，用于假雷目标高速近距离穿越时与水声对抗器材样机距离信息的读取与预报，确保试验航次过程的安全。湿端设备主要包括定深拖鱼与假雷目标，定深拖鱼用于控制假雷目标的水下深度，根据需要通过调整牵引小艇尾部拖曳缆索的长度来控制拖鱼的深度，进而控制假雷目标的水下深度；假雷目标前端连接定深拖鱼，电动绞车通过拖曳缆索拖动牵引小艇从而带动拖鱼和假雷目标一起以速度V运动，假雷目标在运动中保持水平悬浮状态。此外系统还需电瓶船的辅助作业，其主要用于试验前湿端设备的布放(将定深拖鱼、假雷目标连同小艇拖曳至航次试验起始位置)，航次试验结束后湿端设备的打捞及人员的通勤与指挥。

1.2 系统工作流程

假雷目标拖曳系统通过电瓶船的辅助作业将湿端设备布放至试验起始位置，并在辅助电瓶船站位人员的指挥下开展拖曳试验，其工作流程如图2所示，具体工作流程如下。

图2 系统工作流程

(1)试验前系统相关准备工作：①导引装置的安装；②绞车上电试车；③各设备间拖曳缆索的连接与固定；④牵引小艇、定深拖鱼以及假雷目标吊装入水；⑤试验站位(绞车站位、小艇站位及电瓶船站位)人员就绪，至此完成准备工作。

(2)绞车松闸，电瓶船将假雷目标连同拖鱼、牵引小艇一并拖曳至试验起始位置，准备试验。

(3)辅助电瓶船指挥人员完成各试验站位准备情况确认后，绞车上电开始试验直至小艇达到离趸船的安全距离后停止试验。

(4)试验结束后，辅助电瓶船需返航完成假雷目标、拖鱼的打捞作业并重复步骤(2)、步骤(3)，开始下一航次的拖曳试验。

2 试验方案设计

2.1 总体布置方案

为缩短试验周期，节约试验经费，需对试验方案进行总体布置设计，具体布置方案如图3所示。

图3 试验总布置方案示意图

除假雷目标拖曳系统外，为达到水声对抗器材样机湖上性能测试及相应指标考核的目的，需在系统拖曳试验航路一侧(与系统拖曳轨迹相距L)布置一艘测试船，船首与船尾分别抛锚将其固定，其上搭载有水声对抗测试平台。水声对抗器材样机由船尾布置入水，同时将测试电缆引入到测试平台，根据试验情况实时监控水下假雷目标。在完成水声对抗器材样机的布放后记录其GPS坐标位置，作为牵引小艇GPS监测参考点，防止牵引小艇、假雷目标与样机或测试船相撞。

根据试验需要，并通过辅助电瓶船的调整保证牵引小艇、假雷目标可以以不同距离L高速穿越水声对抗器材样机，并尽可能保持近距离穿越。试验航路区间设定在50～600 m，并根据电动绞车的工作特性设置有加速区、匀速区及减速区。

2.2 试验测试方案

2.2.1 水声对抗测试方案

系统假雷目标与533 mm口径真实鱼雷保持一致，并具有一定的尺度外形，其主要由真实鱼雷自导头及配重舱段组成。

假雷目标头部目标强度与真实鱼雷一致，正横方向目标强度比真实鱼雷更小，此外本系统的拖曳航速远未达到实雷攻击时的高航速，但项目组研制的水声对抗器材样机仍能对假雷目标进行有效的探测与跟踪。因此本假雷目标对抗测试方案能替代对实雷或操雷的对抗测试，其具体对抗测试方案内容包括：①首先利用标准目标强度球进行静态测试，估算作用距离；②随后将水声对抗器材样机由船尾布置入水，同时将测试电缆引入到测试平台；③辅助电瓶船指挥开始拖曳试验，根据试验情况实时监测水下假雷目标；④最后将采集到的水下假雷目标数据进行读取与分析，并与小艇穿越GPS数据进行对比。

2.2.2 湿端设备水下姿态分析与深度测试

由于假雷目标外形尺寸与实雷仍有一定的差距，因此在设计完成后，需计算其重力、重心、浮力、浮心及静姿态角(静水中横倾角φ≤2°，纵倾角α≤5°)，如果静姿态角不满足要求，则需通过增加重块或浮块来调节，从而保证假雷目标高速拖曳的稳定性和良好姿态[6-8]。系统中假雷目标由定深拖鱼牵引着，其水下深度由定深拖鱼控制，通过安装在假雷目标尾部的深度传感器实时采集试验过程中的深度信息，待航次试验结束后进行数据读取与分析，为后续航次试验所需深度信息提供指导。

定深拖鱼采用流线型配重设计，水中流体阻力小、水中姿态稳定，系统拖曳时能保持在一定的深度，通过调整拖曳缆索的长度从而控制定深拖鱼的深度，以满足水声对抗器材样机对假雷目标不同深度的测试要求。类似分析参看文献[9-10]。

2.2.3 GPS穿越距离测试

假雷目标距离位置信息可通过牵引小艇GPS坐标位置实时读取，具体实现过程如下。

依总布置方案，确定测试船与水声对抗器材样机布放入水的GPS坐标位置，以此为参考在进行湿端设备布放时牵引小艇应实时预报穿越距离，并通过辅助电瓶船调整湿端设备的布放起始位置。试验中牵引小艇穿越水声对抗器材样机GPS坐标位置监测图如图4(a)所示，图中圆心为水声对抗器材样机GPS坐标参考点。

系统在拖曳过程中牵引小艇始终与假雷目标保持在同一垂直平面内或同一直线上，牵引小艇的位置信息可以真实地反映假雷目标的位置信息，牵引小艇穿越水声对抗器材样机的最近距离即是假雷目标穿越的最近距离。通过加装在牵引小艇上的GPS终端设备实时采集GPS坐标位置信息，并通过相关应用软件进行数据读取，并与水声对抗器材样机探测的假雷目标距离位置信息进行对比与分析。图4(b)所示即为某航次试验过程的距离时间曲线。

图4 GPS穿越距离测试

3 实航试验验证

为验证基于假雷目标拖曳系统的水声对抗试验方案的有效性，项目组于试验外场进行了实航拖曳试验，具体试验布置、试验测试情况如图5所示，图示航次试验在电动绞车的拖曳下，牵引小艇带着湿端设备成功完成水声对抗器材样机的近距离穿越。相关测试数据如图6所示，由图6可知，假雷目标的水下探测与跟踪数据与牵引小艇近距离穿越数据具有较好的符合性。

图5 实航动态试验现场

图6 实航试验数据对比

经实航试验验证，提出的水声对抗测试方案、假雷目标水下姿态分析与深度测试方案及GPS距离测试方案在试验组织实施过程中具有较强的可操作性，可推广应用于其他类似的拖曳试验。试验过程需注意的是：为防止湿端设备、拖曳缆索与对抗器材样机、测试船及锚绳发生缠绕或碰撞，须考虑试验当日气象因素对辅助电瓶船与牵引小艇的影响，包括降雨、风速、风向等，其对辅助电瓶船的作业、牵引小艇的在线测试具有较大的影响。

4 结论

(1)假雷目标拖曳系统设备简单可靠、操作简便可行，具有良好的可操性与实用性。

(2)通过电动绞车拖曳假雷目标高速近距离穿越水声对抗器材样机的试验方案，既可模拟实雷或操雷水下攻击和近距离穿越试验，又可对水声对抗器材样机的性能进行测试与考核，解决了水声对抗器材样机对抗来袭实雷或操雷近距离穿越湖上试验的难题，同时还可以节省大量的人力、物力及项目研制经费，缩短研制周期。