制导鱼雷
进攻性水中兵器
制导鱼雷是能准确导向、命中目标的进攻性水中兵器,其功能主要由制导与控制系统完成。自二战期间德国使用"声王“被动声自导鱼雷开始,鱼雷的发展实现了由直接瞄准武器向制导武器的转变,拉开了高科技应用于鱼雷制导控制系统的序幕。近些年,电子技术、电子工程以及计算机技术迅猛发展,各种控制理论、数字导航技术突飞猛进,使得鱼雷制导和控制技术各自都有了长足的进步。鱼雷制导方式的发展呈现多样化,已经不再满足于自导单一导引,通常是几种制导方式的联合使用,控制本身越来越趋向智能化发展。
鱼雷发展的初始阶段是由直航雷开始的。随着科学技术的发展和各种制导技术的应用,直航鱼雷已经远不能满足现代海战的需要,但其具有成本低、航速不受限制、抗干扰能力强等优点,在水声对抗手段日趋完善的今天,对于配备了先进火控系统的发射平台,它仍有用武之地,特别是基于超空泡技术下的超高速直航鱼雷,在作战时使得敌方舰艇无法规避,具有很强的威慑力。
随着现代海战环境的变化以及各种反鱼雷技术的应用,要在复杂的海洋条件下以及各种反水声器材的干扰下精确导向目标,这就对鱼雷的制导与控制系统提出了新的要求,如降低鱼雷自噪声、提高自导作用距离,鱼雷自导向智能化方向发展,捷联惯性导航技术在鱼雷控制中的应用,加速制导与控制一体化发展等。
发展历程
鱼雷发展的初始阶段是由直航雷开始的。随着科学技术的发展和各种制导技术的应用,直航鱼雷已经远不能满足现代海战的需要,但其具有成本低、航速不受限制、抗干扰能力强等优点,在水声对抗手段日趋完善的今天,对于配备了先进火控系统的发射平台,它仍有用武之地,特别是基于超空泡技术下的超高速直航鱼雷,在作战时使得敌方舰艇无法规避,具有很强的威慑力。
自导鱼雷的出现,使得鱼雷制导控制发生了质的飞跃,但在自导鱼雷发展的初级阶段,自导系统只能区分目标位置处于鱼雷的左右上下,而不能给出目标的确切方位。此时当导与控制的关系仅在于自导指今引发控制状本的改变 彼此之间相对独立控制 系统处子被支配地位。20纪60-70年代 当自导能提供目标方位值时,自是系统与控制系统出联系大大加强,并且有了角速度方位角的比例系数及间操时间等重要的联系参数,使得能够根据目标方位的量值来控制鱼雷的运动。因此,为了设计高精度的鱼雷,就必须全面考虑自导和控制问题,充分的设计和优化联系自导和控制的参数,这也就是后来的制导控制整体设计思想。
70年代以后出现了线导加自导鱼雷。线导的出现是对自导作用距离有限,和远程方案搜索发现概率很低的弥补,是在特定条件下提高导引精度的一种新措施,是制导整体用想新的补充,线导装置能够充分利用发射平台上的火控系统的优良性能、在远距离上发射鱼雷、缩短鱼雷武器系统的反应时间,并能够将鱼雷导引到目标散布区,然后再利用声自导或尾流自导等进行搜索和跟综目标,提高了搜索概率和导引精度,在线导的过程中,需要同时对目标和鱼雷定位,而依靠声呐系统定位鱼雷是很困难的,因此在实际应用中鱼雷的运动信息可以依靠自身的控制系统回传到发射平台,提高了火控系统对干扰信号的识别能力。如鱼雷在自导导引过程中出现导引失误,线导可随时加以修正,提言了攻击的确性。
武器类别
声自导型
声自导技术,由于声波较其他各种辐射形式在海水中的传播损失最小,抗干扰性最好。因此,水声场作为控制场(自导系统可以工作的物理场包括:磁场电场、水声场、热场等,能反映物理场的一定作用被称为控制场)的鱼雷自导技术,被称为声自导技术。绝大多数的现代自导鱼雷都属于声自导鱼雷。声自导技术又分为:主动声自导、被动声自导和主、被动联合声自导,利用自导系统主动发出水声信号并经目标反射回来的信号引导鱼雷攻击的被称为主动声自导;利用目标本身产生的水声信号引导鱼雷攻击的被称为被动声自导;能够利用主动声自导和被动声自导按照一定的程序交替进行工作,引导鱼雷进行攻击的被称为主、被动联合声自导。
从声自导的交战特点上来看,被动声自导的特点是适合攻击高速目标,而且在鱼雷自辐射噪声较低的情况下,具有良好的攻击隐蔽性,但是抗干扰能力差而且无法有效应对静音或者低噪声目标;主动声自导的特点是通过制导系统的波形设计和回波分析,能够具有良好的抗干扰能力,可以攻击静音或者低噪声目标,而且目标定位准确,命中精度高,但是隐蔽性差,系统复杂;主、被动联合声自导具有以上两种制导方式的优点,但是如何有效进行两种制导方式的交替工作和信号处理需要在丰富的鱼雷使用实战经验基础上进行恰当处理和算法优化。
线导型
线导鱼雷,就是通过一根细小的导线,把发射平台(如潜艇)与鱼雷连接起来,通过发射平台的声呐系统对目标进行探测与测量,并通过艇上火控系统利用导线向航行中的鱼雷发送制导指令,引导鱼雷接近被攻击的目标。线导实际上也是一种声制导方式,只不过用于探测目标与制导的声呐/声制导系统被安置在发射平台上,而不是装在鱼雷的雷体内。由于发射平台上一般可以配备体型更大、探测距离更远的大型低频声呐系统,或者功能更强悍的主/被动综合声呐系统,因此其对目标的探测能力远比鱼雷上自带的声自导装置更强大。线导鱼雷可以由发射平台的火控系统进行自动导引,也可以是有人参与的导引,因此线导是一种“人在回路”的导引手段,制导和打击方式较为灵活,抗干扰的能力也很强,甚至可以实现对目标的选择性攻击。
尾流追踪型
尾流自导技术,鱼雷自导系统可以利用水面舰船尾流场的声、磁、热等特性,具有良好的抗干扰性能(水面舰船尾流和尾流外海水特性有很大不同,且不易模拟)。目前的尾流自导技术主要是根据尾流与尾流外海水在声阻抗上的差异和尾流与海面在声散射特性上的差异,主要用于对水面舰船进行攻击。现代尾流自导技术也主要分为被动尾流自导和主动尾流自导两种形式:被动尾流自导是通过检测水面舰船尾流的声异常、磁异常或者热异常等特性,发现尾流并且操纵鱼雷沿尾流进行蛇行跟踪,结构简单,工程上较容易实现。
主动尾流自导是依据水面舰船尾流的声反射或者声散射特性,自导头周期性地向水中辐射声信号(超声短脉冲),从而检测到水面舰船尾流的存在(自导头对接收波束进行处理,在输出的尾流混响超过检测门限并且大于某一数值后,则判定检测到了尾流),实施攻击,自导头结构较复杂,成本较高,抗干扰能力强。
相关套件
2008年5月14日,雷神公司官方网站发布消息说,该公司日前成功演示了能够制导鱼雷滑翔飞行的“鸬鹚”装置。据悉,“鱼鹰”实际上是一套附加在MK54轻型鱼雷上的飞行引导装置,可令执行猎潜任务的P-8A“海神”多用途海上飞机或P-3“猎户座岸基反潜机在高空发射鱼雷,精确打击目标。整个“鱼鹰”装置了一组侧翼,一组控制部件,一套由全球定位系统(GPS)和惯性制导系统结合而成的精确制导系统。
发展趋势
随着现代海战环境的变化以及各种反鱼雷技术的应用,要在复杂的海洋条件下以及各种反水声器材的干扰下精确导向目标,这就对鱼雷的制导与控制系统提出了新的要求。
降低鱼雷自噪声,提高自导作用距离
由于鱼雷自身噪声会降低自导装置的听测距离,因此,目前各国都在致力于降低鱼雷的噪声,使鱼雷工作在一个安静的环境中。目前主要采取的措施有:变速制,降低自导搜索目标阶段的鱼雷航速,以降低鱼雷航行噪声。提高鱼雷雷体表面的光洁度和流体性能,降低鱼雷流体噪声。采用隔振和软安装,降低主机运行时的机械噪声。雷头硫化层延伸,延迟湍流在雷头上产生的位置,降低噪声对自导换能器的影响。采用低噪声推进系统,如高速 (大于45 kn) 时采用泵喷推进器等。
鱼雷自导向智能化方向发展
鱼雷白导智能化成是指对目标的识别和分类 里以对抗自然于扰,特别是人工工扰器材对鱼雷自是的透感 这是它区到于传统的用连续回波个数确认目标的不同之外 这里短弃了将目标看成一个简单反射体或质点的传统观念,立了把目标还原为复杂的几何结构的观点,通过对目标信号的细微结构进行深入的分析、利用。通过运算得到其特征量,信噪比越大可信度越高。
在实际应用中,可以采用以目标尺度及阵位作为识别依据的应用时空分技术,还可以应用多散射中心理论,用目标款"亮点”区分目标,或者将自导发射信号和接收信号作为网络的输入和输出看待,求其特征值,然后进行分类和识别,还可以对回波信号进行变换,求其特征值进行分类和识别。
以上技术的发展为鱼雷自导的智能化发展提供了有力的保障 必将大大提高鱼需在反水责对抗由的作战能力。
捷联惯性导航技术在鱼雷控制中的应用
现代重型远程鱼雷为了实现对目标的精确导引和攻击,需要精确的雷位信息。捷联惯性导航系统具有完全自主、敏感航行体运动信息量大的特点,因而成为现代鱼雷敏感组件的首选产品[2)。我国现自行研制的几款鱼雷不同程度的应用了捷联惯性导航技术,大大改善了鱼雷的航行控制精度,因此,深入研究捷联惯性导航技术必将带来鱼雷控制质的飞跃。
加速制导与控制一体化发展
随着现代科技的发展以及鱼雷作战环境的改变,要保证鱼雷本身的高精度导引和高效作战能力,仅仅依靠单一的制/导方式已经不能满足现代海战的需要。在鱼雷设计思想上简单的考虑自导系统、线导系统、控制系统已经严重地制约了鱼雷技术本身的发展,面向制导与控制一体化、制导与总体一体化,使鱼雷自导线导技术、控制技术、总体技术以及舰船火控系统形成有机的整体,鱼雷发展将会出现崭新的局面。
目录
概述
发展历程
武器类别
声自导型
线导型
尾流追踪型
相关套件
发展趋势
参考资料