0 引　言

现代海战中，潜艇普遍利用被动声呐对水面舰艇进行跟踪和运动要素解算，并遥控线导鱼雷进行远距离攻击，对水面舰艇造成巨大威胁^[1]。为对抗潜艇声呐的跟踪和定位，水面舰艇通常发射噪声干扰器，通过宽带噪声降低潜艇声呐的接收信噪比^[2]，对潜艇形成一定的干扰区域，水面舰艇趁机在该区域内进行机动规避，从而摆脱潜艇跟踪^[3-4]。

由于噪声干扰器对潜艇声呐的干扰区域受敌我装备性能、海洋环境和战场态势等因素影响^[5]，仅根据干扰器的频带范围和噪声谱级，指挥员很难估算干扰区域，因而难以制定科学的机动方案。

本文采用干扰扇面和探测距离缩减率评价干扰器对潜艇声呐的干扰效果^[6-7]。分别表示潜艇声呐被干扰后，无法探测到水面舰艇的角度范围，以及探测距离的缩减值与未被干扰时探测距离的比值。在潜艇声呐对水面舰艇探测原理分析的基础上，探讨了噪声干扰器对潜艇声呐干扰效果的分析方法，仿真典型态势下噪声干扰器对潜艇声呐的干扰区域，并分析了对声呐干扰扇面和探测距离缩减率随态势的变化。

1 声呐探测原理

潜艇声呐主要通过被动接收水面舰艇的辐射噪声实现目标的探测、识别及跟踪，此时声呐的背景噪声主要为自噪声，对应被动声呐方程为：

$S{L_d} - TL(r) - NLs + DI = DT\text{，}$

(1)

其中：SL_d为水面舰艇辐射噪声；TL（r）为传播损失；r为潜艇与水面舰艇的距离；NLs，DI和DT分别为潜艇声呐自噪声、指向性指数和检测阈。

良好水文条件下，传播损失一般按照球面扩展加吸收损失估算^[8]：

$TL(r) = 20\lg r + \alpha r \times {10^{ - 3}}\text{，}$

(2)

$\alpha = 0.102{f^2}/(1 + {f^2}) + 40.7{f^2}/(4100 + {f^2})\text{。}$

(3)

其中：f为工作频率，kHz；α为海水吸收系数，dB/km；r为传播距离，km。

2 对声呐干扰原理

一般情况下，水面舰艇发射噪声干扰器对抗潜艇声呐时，干扰器处于潜艇声呐探测水面舰艇的波束主瓣内，态势如图1所示。

对于潜艇声呐，干扰器噪声为各向异性，干扰器对潜艇声呐形成的背景噪声为：

$N{L_j} = S{L_j} - TL({R_2}) + DI + 20\lg b(\theta )\text{，}$

(4)

其中：SL_j为干扰器噪声级；R₂为干扰器与潜艇的距离；TL（R₂）为干扰噪声的传播损失；b（θ）为归一化指向性函数，可得DI+20lgb（θ）为潜艇声呐不同波束上的指向性增益。

潜艇声呐自噪声为NL_s，干扰器在潜艇声呐处形成的噪声为NL_j，潜艇声呐被干扰时，其背景噪声为二者能量之和NL，即 $NL{\rm{ = }}10\lg ({10^{NLs/10}} + {10^{NLj/10}})$ ，可得此时潜艇声呐探测水面舰艇的被动声呐方程为：

$S{L_d} - TL(r) - NL + DI \geqslant DT\text{。}$

(5)

由此，干扰器对声呐的干扰扇面满足：

$\begin{split}20\lg b(\theta ) \leqslant 10\lg ({10^{(S{L_d} - TL(r) + DI - DT)/10}} - {10^{N{L_s}/10}}) - \\S{L_j} + TL({R_2}) - DI\text{。}\end{split}$

(6)

分析可知，干扰器位于水面舰艇和潜艇连线上时，干扰效果最好，潜艇声呐探测距离最小，此时干扰器对潜艇声呐形成的背景噪声为：

$N{L_j} = S{L_j} - TL({R_2}) + DI\text{。}$

(7)

则干扰下潜艇声呐的探测距离r由下式确定：

$\begin{split}10\lg ({10^{(S{L_d} - TL(r) + DI - DT)/10}} - {10^{N{L_s}/10}}) -\\ S{L_j} + TL({R_2}) \geqslant DI\text{。}\end{split}$

(8)

干扰下潜艇声呐探测距离缩减率为：

$\rho = ({R_{sd}} - r)/{R_{sd}}\text{。}$

(9)

其中R_sd为潜艇声呐未被干扰时对水面舰艇的探测距离。

分析可知，干扰扇面和探测距离缩减率受潜艇声呐的指向性和自噪声级、干扰噪声级、水面舰艇辐射噪声级、干扰器与潜艇的相对位置等参数影响。

3 仿真结果分析

假设干扰器噪声级超过水面舰艇辐射噪声6 dB。干扰器入水时，位于潜艇声呐波束主瓣内，潜艇和水面舰艇航速分别为8kn和14kn^{[9, 10]}，相对位置如图1所示。

图2为潜艇声呐归一化波束指向性图，图3为干扰器对潜艇声呐的干扰区域，其中圆弧AEB为未被干扰时声呐可探测区域，虚线处为干扰后潜艇声呐在各方向上的最大探测距离，虚线至圆弧AEB之间的区域为声呐被干扰的区域，该区域潜艇无法探测到水面舰艇。由图可知，水面舰艇距潜艇10 km时，干扰器对潜艇声呐干扰扇面∠COD为27°，对水面舰艇的掩护弧长为4.7 km。

若干扰器噪声级比水面舰艇大10 dB时，对潜艇声呐干扰扇面达60°，对水面舰艇的掩护弧长为10.5 km，如图3所示。

随态势推移，潜艇与干扰器距离减小，与水面舰艇距离增大，相对位置变化如图5所示。干扰器噪声级比水面舰艇大6 dB时，对潜艇的干扰扇面变化如图6所示，可知水面舰艇与潜艇距离大于10 km时，干扰扇面大于27°，二者距离大于12.5 km时，干扰扇面达到180°。

随态势推移，干扰器对声呐探测距离的影响如图7和图8所示，若未被干扰，潜艇可全程探测到水面舰艇，被干扰后，潜艇对水面舰艇探测距离小于1.6 km，声呐探测距离缩减率大于84%。

仿真结果表明，使用噪声干扰器可大幅降低潜艇声呐对水面舰艇的探测距离，并对潜艇声呐产生较大的干扰扇面，为水面舰艇机动规避摆脱潜艇跟踪提供了较好条件。

4 结　语

本文分析了潜艇声呐对水面舰艇探测原理，探讨了噪声干扰器干扰潜艇声呐的效果分析方法。仿真了典型态势下的干扰区域，计算了干扰扇面和探测距离缩减率，并分析了干扰扇面和探测距离缩减率随态势的变化，仿真结果表明噪声干扰器可大幅降低潜艇声呐对水面舰艇的探测能力，为水面舰艇规避潜艇声呐探测的机动决策提供了有力支持。