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傻大黑粗?现代化鱼雷可远比我们想象的“聪明”

2021-01-22  图书馆收...

鱼雷

是一种海战兵器,它即可从飞机上发射,也可从潜艇、军舰上发射,鱼雷自十九世纪诞生直到二战前都都是无制导能力的直航鱼雷(其实在一战、二战中使用的绝大部分鱼雷也是直航鱼雷,没有制导装置,只有极少数有音响制导,但是这种音响制导鱼雷需要目标发出很大声响),尽管如此,直航式鱼雷依旧凭借其威力大、航速快、行踪隐蔽的特点,迅速成为海战中的“尖刀利刃”。由于直航式鱼雷上没有自导装置和非触发引信,因此通常采用多雷齐射的方式用来提高命中率,发射场面十分壮观。

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二战之后,军用舰艇的机动性和航速得到了飞速发展,无制导的直航式鱼雷已经很难命中目标了,于是各国纷纷开始研制声自导式鱼雷,然而随着声自导鱼雷的发展遇到的问题越来越多——声自导所利用的水声信号同海洋环境、鱼雷自身的噪声以及人工干扰所发出的声音混杂在一起,这给信号的提取和识别带来了困难,尤其在鱼雷航速很高时更是如此,这就要求声自导鱼雷向着智能化方向发展。

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为了提高鱼雷的智能化水平,研制全新的鱼雷自导技术是关键,而近年来人们关注并展开研究的鱼雷自导技术主要有以下几个方面:

尾流自导与尾流边界自导技术

人们通过研究船舶尾流场的特性进一步研究有效尾流跟踪系统,在发展尾流声自导的同时,关注并开发全新的光、热、磁尾流自导系统,而尾流边界自导技术与尾流自导的不同之处就在于其自导系统是探测和跟踪尾流的边界,试验论证也表明其比尾流自导技术更有效(前苏联的65型等鱼雷都较好地利用了尾流技术,美国只有MK 45F鱼雷采用了尾流自导技术,但并未普及。此外瑞典的TP61系列鱼雷具有线导/被动声自导功能,同时也具有尾流自导功能)。

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▲俄罗斯专为美国航母“订制”的超重型650mm尾流自导鱼雷,其装药量相比普通的533mm直径鱼雷要多出许多,航母被一旦被击中基本失去航行能力

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目前只有反舰鱼雷运用尾流自导技术,由于尾流自导技术属于非声自导,不受水文条件的影响,同时可贴近水面快速航行,因此对于水面舰艇来说有着较大威胁,而且船舶尾流难以伪造,想要干扰尾流自导鱼雷就比较困难。尾流自导鱼雷航速高,噪音大,隐蔽性差,但由于其是从舰艇尾部展开追踪,处于声呐的盲区之内,而且尾流的消失也需要时间,因此水面舰船对尾流自导鱼雷实施干扰和规避等都很难奏效。

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拖曳线列阵鱼

目前声自导鱼雷检测低频和远辐射目标的能力较弱,因此增大鱼雷声自导作用距离的方式之一就是提高鱼雷自导系统对微弱信号的检测及处理能力,有效抑制噪音,特别是降低自导系统自身的工作频率(通常是20~40Hz)。由于水介质对于这一频段声波的吸收较大,限制了作用距离,而要降低工作频率则需要加大声学基阵尺寸,但是鱼雷头部的空间十分有限,为了大幅度提高声自导作用距离,摆脱鱼雷本体尺寸的限制,关键就是要实现声学基阵和雷体的分离。

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而拖曳线列阵鱼雷就是其实现方式之一,因为线列阵远离鱼雷本身,因此鱼雷自噪声几乎没有,再加上鱼雷是远距离发起攻击,鱼雷自导的工作环境就相对安静。如果鱼雷以低速搜寻目标,鱼雷自噪声和辐射噪声就会大为减弱(拖曳线列阵鱼雷工作频率通常可降至5Hz以下,这样不但可以使声传播衰减更少,还可以对目标的辐射噪音的低频成分进行线谱检测),这对于鱼雷跟踪目标和隐蔽自身十分有利。

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拖曳线列阵鱼雷可以做到“发射后不管”,即本舰发射鱼雷后可快速机动到其他位置,由鱼雷自动去搜寻目标。美国的Regal轻型鱼雷就采用了拖曳线列阵技术,改型鱼雷工作频率可低至2Hz以下,以被动方式工作,不受高频信号影响,自导信号传输距离可达5公里以上。

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光纤制导鱼雷

目前各军事大国装备的重型鱼雷大都采用了线导+主/被动声自导方式,大大提高了鱼雷的抗干扰和目标搜索能力,但是线导中所使用的导线大都是铜线,其缺点是导线重、体积大、抗拉力小、传输频带窄、信号衰减量大,同时线导鱼雷的信号衰减和导线长度成正比,导线越长,信号衰减就越大,这也就限制了线导鱼雷的射程,随着光纤传输信息技术在通信领域内的成功应用,科研人员开发出了以光纤代替普通铜导线用于鱼雷的设计方案。

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法国F21 光纤+主/被动声呐复合制导重型鱼雷

光纤制导技术率先由瑞典的TP2000鱼雷采用,而已经服役的意大利黑鲨鱼雷也同样采用了光纤制导。采用光纤制导的鱼雷可将自导信号传输到作战舰艇上处理,使鱼雷自导信息处理能力和智能化水平大幅提升。而随着光导集成电路、光纤水听器以及光学信号处理方法的发展,极有可能在不远的将来实现全光自导技术,使自导系统在信息处理速度和抗干扰能力上有质的提升。

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鱼雷目标识别技术

水下电子战的出现对于鱼雷的抗干扰能力提出了很高的要求,海战中各型作战舰艇通常会使用气幕弹、噪音干扰器以及各类诱饵来干扰鱼雷,从而降低鱼雷捕捉到目标的几率,而目标识别技术是反干扰决策的主要依据,是目前鱼雷自导技术研究的主要方向之一,其亦被美国列入国防关键技术。

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目标的提取、分类和压缩是目标识别的关键技术,目标特征的提取和识别有很多方式,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。

傻大黑粗?现代化鱼雷可远比我们想象的“聪明”

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。

傻大黑粗?现代化鱼雷可远比我们想象的“聪明”

总结来说

鱼雷制导技术是鱼雷智能化道路上的核心内容,也是鱼雷研制中的难点。对于现代战争而言,由于作战舰艇大量装备了不同类型的干扰设备以对抗来自鱼雷的攻击,因此各国专家都十分重视对先进水声对抗技术的研究。由此我们也能推测未来海战就是一场对抗与反对抗,探测与反探测的较量。因此鱼雷制导系统除了必须具有自导作用距离远、搜索扇面大、导引精度高之外,更为重要的是具有较强的抗自然干扰,尤其是抗人工干扰的能力,同时能够更有效地攻击目标要害部位和薄弱环节。

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青岛海军博物馆放置的我国鱼-1型鱼雷

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