外軍艦船聲磁監測主要做法及啟示*

湯曉迪　程一超

(海軍蚌埠士官學?！“霾骸?33012)

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外軍艦船聲磁監測主要做法及啟示*

湯曉迪程一超

(海軍蚌埠士官學校蚌埠233012)

艦船聲磁特征已成為現代海戰中發現、識別和攻擊艦艇的重要依據，是影響艦船生存能力和作戰效能的重要特性參數。論文介紹了艦船聲磁特性的定義及其影響，在此基礎之上，進一步闡述了外軍艦船聲磁監測的主要做法及相關啟示。

聲磁特征;艦船生存能力;艦船聲磁監測

Class NumberU665

1　引言

艦船聲磁監測是指對艦船的聲場、磁場等物理場特性進行收集與分析。岸基聲磁監測站將監測換能器布放于軍港出海航道，依托岸上電子設備對監測換能器接收聲、磁信號進行處理，并將處理結果實時顯示，以實現對進、出港艦船的聲磁特性監測，及時對聲磁異常艦船進行專項檢測與維護，便于指揮機關隨時掌握在役艦船工作狀態，科學合理運用兵力。

2　艦船聲磁特性及其影響

2.1艦船磁場特性及其影響

現代艦船的船體和上層建筑以及各種武器裝備一般均由鋼鐵制成，即使是采用非磁性材料制造

船體的現代化掃雷艦艇及其它艦船也仍需要用鋼鐵或者低磁鋼制造各種武器裝備，這些鋼鐵或其他磁性材料制成的物體在地磁場中都會被磁化，在被地磁場磁化的艦船周圍的空間里，存在著艦船磁場。

2.1.1艦船磁場定義

艦船磁場，是指由于艦船的出現所造成的周圍空間磁場的增量。按照地磁場對艦船不同方向所進行的磁化，可將艦船總磁場分解為三部分：艦船垂直磁性、艦船縱向磁性、艦船橫向磁性。上述三種磁性都各包括固定磁性與感應磁性兩部分。

艦船固定磁性是在建造時期形成的，是艦船的剩磁，即使地磁場變為零，這部分磁性仍存在，在一定時期內可視作固定不變，故名固定磁性。由于各艦船在建造期間上述諸因素不盡相同，因此，各艦船的固定磁性是不同的。艦船在正常航行條件下，在一定的時間內，其固定磁性可以視為不變，但當船體受到強烈震動(如炮火射擊、近距離水中爆炸等)、大風浪襲擊及大規模修理后，或者長期更換基地至地磁場與原來有顯著變化的地區時，固定磁性將發生顯著的變化。

艦船在航行過程中，由于受地磁場感應磁化而形成的磁性叫做感應磁性，其大小和方向隨當地地磁的數值成比例的變化[1～2]。

2.1.2艦船磁場對艦船的威脅

雖然艦船磁場屬于弱磁場，但在艦船周圍幾十米甚至幾百米的范圍內都能發現其磁場的存在，這就導致艦船容易遭受裝有磁引信的魚、水雷等武器的攻擊，也容易被磁性探測裝置所發現。隨著水中兵器的廣泛使用，艦船受到的威脅也越來越大，因此艦船磁場特性越來越受到各個軍事大國的注意。

艦船磁場對艦船的威脅主要來自于三個方面：磁引信水雷、航空磁探和水下磁探。

1)磁引信水雷

磁引信水雷是應用最早的一種非觸發引信水雷。磁性水雷引信的主要工作方式是利用電磁感應原理進行工作。當艦船經過水雷附近或通過水雷上方時，造成引信的感應線圈棒中磁場的變化，線圈兩引出線之間會產生一個微弱的感應電動勢，該感應電動勢經處理產生引爆信號，推動水雷爆炸電路工作，從而引爆水雷。

水雷在歷次戰爭中扮演著重要的角色，發揮了巨大作用，成為海戰中不可替代的武器裝備。因此，為了降低磁性水雷的威脅，并提高艦船在淺海作戰的生存能力，各國紛紛針對艦船磁場的特性進行深入研究，力求降低艦船自身磁場特性。

2)航空磁探

航空磁探是對潛確定攻擊目標的主要手段。潛艇航行過程中，在地磁場的作用下形成固定磁場和感應磁場。潛艇自身的磁異常會引起地磁場的擾動，通過檢測這種磁異常擾動可以對潛艇進行檢測和跟蹤。磁異探測就是用裝載于飛機上的磁探儀接收潛艇的磁場信號，從而對潛艇進行準確定位，并依此解算出目標潛艇的運動要素，及其與飛機的相對位置等參數。與其他探潛設備相比，磁探儀具有不受水文氣象條件限制、可以連續搜索、使用簡單可靠、分類能力好、定位精度高等特點，是現代反潛飛機，尤其是固定翼反潛巡邏機普遍使用的反潛探測設備。裝有高靈敏度磁探儀的飛機可在數百米高空之內探測到磁異信號，并對磁異信號進行分析，從而對潛艇展開攻擊，給潛艇的作戰和生存帶來極大威脅。

磁探儀按其探頭的安裝位置分為兩種：一種是固定式，探頭固定在反潛機內的某個位置，一般安裝在尾部的無磁性探桿內；另一種是拖曳式，探頭通過纜繩拖曳在反潛機后方某個高度上。

3)水下磁探

水下磁探也已成為重要的探潛手段。由于潛艇消聲技術的發展以及淺海復雜水聲環境的影響，使得對潛艇的水聲探測越來越困難。在繼續提高水聲探測能力的同時，許多國家，如日、俄、意等，已經將磁傳感器陣列布防于海峽等重要航道，以探測噪聲越來越低的潛艇。

2.2艦船噪聲特性及其影響

艦船噪聲是艦艇特別是水下潛艇暴露的主要信息源，也是水雷引信利用的重要特征。

2.2.1艦船噪聲來源

艦船噪聲主要包括機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲。艦船機械噪聲的產生原因主要有不平衡的旋轉部件，如不圓的軸或電機電樞；重復但不連續的工作部件，如齒輪、電樞槽；往復部件，如活塞；管道中的湍流，冷凝器排氣；軸襯和軸頸上的機械摩擦等。螺旋槳噪聲是由螺旋槳轉動及艦船在水中航行引起的，螺旋槳產生的噪聲同機械噪聲有不同的源和不同的頻譜，機械噪聲產生在艦船內部，由各種傳導和傳播過程通過船殼輻射到海水中，而螺旋槳噪聲產生在艦船外部。水動力噪聲是不規則的和起伏的水流流過運動船只時產生流水動力噪聲，不規則的流引起壓力起伏，直接輻射出去，在遠處形成聲波，更重要的是它還會激勵船體某些部分發生振動[3～4]。

2.2.2艦船噪聲對艦船的影響

艦船的機械噪聲和螺旋槳噪聲是判斷艦船類型的主要依據，艦船噪聲級是影響被動聲納探測距離的主要因素。就海上探測裝備而言，目前，美、日、臺的海上偵察手段主要有反潛巡邏機、反潛直升機、海洋監視船以及布置于海底的SOSUS固定式水聲監視系統等。其水聲探測設備主要有SOSUS固定監視系統、SURTASS機動監測系統、聲納浮標、各種主被動艦(艇)載聲納。

為減少被敵發現和攻擊的概率，現代艦船一般都采取減振降噪等控制物理場特征的措施，使其在出廠時滿足一定的指標。但艦船的噪聲特征在其使用過程中并不是固定不變的。主要機械設備磨損及故障、螺旋槳受損變形等因素都將導致噪聲增大，嚴重影響艦艇的聲隱身性能和聲納設備的使用效能。因此，做好艦艇機械裝置的維護降低輻射噪聲，減小噪聲目標特性是保持艦艇聲隱身性能，提高艦艇生命力的一項重要技術措施[5]。

3　外軍聲磁監測主要做法及啟示

由于艦船在役期間其聲、磁特性可變，如不經常檢查，一般不易及時發現，指揮機關更不易及時掌握這些變化和異常。世界先進海軍國家一般配置艦船聲、磁或更多種物理場的監測系統，對在役艦船的聲、磁等物理場特性進行監測，以隨時掌握其聲、磁等物理場狀況，及時發現異常，有針對性地指導艦船進行必要的檢測和維護，確保其聲、磁等隱身性能的正常，保證其生命力和戰斗力[6]。

3.1建立艦船物理場長期監測機制及全壽命管理體系

發達海軍國家對于海軍艦船，在從設計、建造到服役的全壽期內均進行物理場特征的管理，其中一個重要的環節就是對于包括艦船自身聲場、磁場等多種物理場特征在內的監測與評估。其目的首先是通過監測與評估進行診斷，及時發現異常，及時維修，以保持艦船自身處于最佳技術和戰術狀態；其次，通過監測隨時掌握自身物理場特征的狀態和變化，針對已經發生的變化進行及時的專項檢測與維護，降低自身在戰斗中的危險性，確保艦艇的戰斗力。

艦船物理場特性監測不同于特定條件下的檢測，一般是在動態的環境或條件下，觀測某種物理場特性的變化和異常。例如，艦船的振動噪聲特性，通常是在造船廠向部隊交付艦船的時候，通過指定的測試單位，根據已經建立的艦船振動噪聲檢測標準和規定的試驗大綱進行檢測，通過檢驗數據判定所造艦船是否達到規定的技術狀態或建造指標要求，經檢測合格后正式交付部隊[7]。

由于實船噪聲檢測需要在特定的環境和海域條件下進行，需要測量船只的配合，耗費的人力、物力和時間較多，一般只在艦船建造完成出廠或大修后交付時進行。而艦船的振動噪聲性能，隨著艦船服役時間的延長，會向惡劣方向發生變化，往往服役時間越長，振動噪聲性能越差。對于在役艦船的這些變化，只能依賴于日常持續性的監測，及時地發現是否出現變化和異常。艦船噪聲特性的變異也涵蓋于艦船內部的各種機械與電子設備，它們是艦船主要的振動噪聲源。要抑制或排除這些振動噪聲源對于艦船整體噪聲性能指標的影響，就要時刻監測這些機械電子設備的運轉情況，及時發現異常并采取相應的技術手段進行維護，才能時刻保證在役艦船的整體噪聲性能處于最佳狀態。這個過程不僅體現在艦船的振動噪聲特性方面，也貫穿于電磁、水壓、紅外以及尾流等其他綜合物理場特性的領域。

從宏觀控制的角度出發，國外已將對在役艦船的物理場特性監測納入到艦船隱身控制的閉環管理體系中[8]。

3.2研制艦船物理場監測系統實現視情維護

國外對艦船目標特征的監測與測量從二戰后期即已開始。早期是獲取艦船目標特征數據為聲納、魚雷、水雷設計研制提供依據。隨著這些探測和水中兵器技術的發展，對艦船自身性能便提出了更高的要求。20世紀60年代開始，美、蘇等國開始進行艦船特別是潛艇的隱身技術研究，包括聲隱身和磁隱身，使艦船的隱身性能大幅度提高。然而，聲納、魚雷、水雷以及空間紅外探測、磁探測技術也不斷有新的突破，從而使艦船受到了利用聲、磁、電、紅外等多種手段對目標特征進行探測的裝備的威脅，因此對艦船目標特征監測的物理參數也日趨多樣化[9]。

二戰后，西方各國對艦船物理場的測量研究更加重視，研制了多套艦船聲、磁、水壓等物理場綜合數據采集系統。不再孤立地對組合引信所需要的聲、磁、水壓、電場等多種物理場進行測量研究，而更為關注的是將這些物理場作為一個整體來進行同點同時測量。

目前，美、英、意、俄等海軍大國均在港口或航道上布放固定監測裝置，在艦艇進出港的過程中進行艦船聲、磁、水壓以及電場等特性的監測，數據通過電纜或無線電傳輸到岸邊實驗室。這樣既能及時發現艦船物理場異常，便于維護和控制艦艇出航，同時也能更多地獲取航行狀態下的艦艇物理場數據。由于固定式海底裝置具有穩定可靠、受海浪海流影響小、測量重復性好、對兵力配合要求較低等特點，已被各國所廣泛采用，當然這些優點的代價是高昂的先期投入及維持維護費用。

建立艦船物理場監測系統可以實現艦船物理場長期監測和視情維護。通過監測系統利用艦船進出航道的機會，對在役艦船進行全服役周期的監測，以便及時發現異常。對于出現異常的艦船，進一步通過專項檢測查明異常原因，提出有針對性的措施，以保證在役艦船物理場隱身性能。如此形成視情維護機制，實現由定期維護向按需維護的轉變，以最大可能充分發揮裝備效能。

建立艦船物理場監測系統可低成本積累艦船物理場數據。艦船為了對抗來自空中、水中各種武器裝備的探測，必須采取多方面的隱身防護措施，降低被探測和攻擊的可能性，并通過自身平臺背景的抑制，增加其探測裝備的作用距離。為達此目的，必須在大量數據積累的基礎上，深入研究各型艦船物理場特征的分布及變化規律，為艦船控制和降低其物理場特征、提高隱身性能提供依據[10]。

4　結語

未來的信息化海戰，目標信息戰是其主要形式。艦船物理場特性是艦船信息防衛的重要內容。為提高我軍艦船的信息防衛能力，提高生存和作戰能力，不但要發展艦船物理場特征的隱身技術，而且必須在服役期內對艦船實施全程的特征管理，即在艦船的設計、建造和服役的全壽期內，都應當對其物理場特征進行專項檢測、日常監測和特征管理。通過對艦船物理場特征進行長期系統的跟蹤監測和研究，可以發現和尋找艦船物理場特征規律，實現對我軍艦船物理場特征有效管理和控制，這對于我軍艦船適應現代戰場環境是非常必要的，具有重大的軍事價值和長遠的戰略意義[11]。

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[2]衣軍，張朝陽，虞偉喬.基于地磁模擬的潛艇感應磁場測量[J].上海海事大學學報,2015,36(1):61-64.

[3]高翠萍.艦船噪聲源及控制措施[J].科技與管理，2012(3):11-13.

[4]朱成雷,魏強,鄭超凡,等.水面艦船復合雙層底結構隔振特性分析[J].噪聲與振動控制,2015,35(1):12-17.

[5]姜建平,劉鵬伸,張國龍.艦船輻射噪聲模擬技術實現方法研究[J].艦船電子工程,2015,35(4):86-89.

[6]伏捷.國外艦船聲特征信號預測軟件簡介[J].噪聲與振動控制,2013,2(1):37-40.

[7]徐杰.某新型艦消磁設備可靠性模型及計算[J].船電技術,2013,33(10):26-27.

[8]張衛東,余濤,田琬.美國密閉環境大氣長期監測被動采樣技術研究綜述[J].艦船科學技術,2015,37(1):1-5.

[9]師于杰,任海剛.國外非聲探潛與隱身技術發展趨勢[J].艦船電子工程,2015,35(1):5-9.

[10]王曉俠,劉見華.艦船水下輻射噪聲的控制分析[J].船舶,2013(1):36-39.

[11]蘇強,王桂波,朱鵬飛,等.國外潛艇聲隱身前沿技術發展綜述[J].艦船科學技術,2014(1):1-9.

Main Practices and Implications of Foreign Acoustic Monitoring

TANG XiaodiCHENG Yichao

(Bengbu Naval Petty Officer Academy,Bengbu233012)

Acoustic and magnetic characteristics of warship has become an important basis for discovering,identifying and attacking warships in the modern naval battle.It’s also the important characteristic parameters for the influence of warship survivability and operational effectiveness.In this paper it introduces the definition and the influence of acoustic and magnetic characteristics.On this basis,it further elaborates on the main practices and implications of foreign acoustic monitoring.

acoustic and magnetic characteristics,warship survivability,warship acoustic monitoring

2016年3月1日,

2016年4月17日

湯曉迪,男,講師,研究方向：水聲探測及水聲對抗。程一超,男,碩士,研究方向：水聲探測及水聲對抗。

U665DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.09.004