双基地声纳探测范围分析

　　被动声纳隐蔽性好,但探测能力依赖于目标的辐射噪声且难以对目标精确定位;主动声纳可以获得目标的精确位置等参数,但由于双程传播衰减使探测距离较短。若要将单基地主动声纳的探测距离增加20%,就要将发射机的功率提高约4·4倍[1],这不仅要求发射基阵的尺寸更大,而且也增加了声纳被敌方发现的可能性。双基地声纳在一定程度上综合了主动声纳和被动声纳的优点。收发分置后,接收基地远离发射基地,避开了发射基地平台的强噪声干扰,可以处于一个相对安静的环境中,具有较好的隐蔽性,同时优质因数较单基地声纳也有所改善。但也引入新的问题,如目标强度的变化、前向散射的影响、直达波的干扰等。双基地声纳是否可以扩大探测范围,究竟双基地声纳的探测能力相对于单基地来说有何变化、影响探测能力的因素有哪些,以及有关双基地声纳的配置原则等问题一直没有系统的研究。本文主要从声纳方程的能量关系出发,讨论在噪声限制情况下不同配置对双基地声纳探测范围的影响。为了简化分析,不失一般性地假设接收基地的主要背景干扰是海洋环境噪声;传播损失只考虑球面衰减且忽略吸收损失;暂时不考虑双基地声纳的分置角对目标特性的影响[1-2],也即假设目标强度在空间上均匀分布。

　　1　双基地声纳系统的探测范围

　　1·1　双基地平面上的几何关系

　　将发射基地(F)、接收基地(S)和目标(T)确定的平面,定义为双基地平面。在双基地平面上,双基地系统的配置如图1所示:发射基地和接收基地间的分置距离d称为基线长度;RR和RT分别为目标到接收基地和发射基地的距离;r为目标到基线中点的距离;θR和θT分别为目标相对于接收基地和发射基地的方位角,也称为目标视角。β=θR-θT称为基地分置角。定义基线方向为零方位方向,逆时针为正;ΔθR和ΔθT分别为接收基地和发射基地的半功率波束宽度。为了进一步进行数值分析,分别以发射基地、基线中点作为极点,以基线为极轴建立如图1所示的极坐标系1与坐标系2.

　　1·2　探测范围

　　收、发基地分置后,声波的传播路径发生变化,双基地声纳的声纳方程较单基地声纳也有所不同。噪声限制下双基地声纳方程为[2-4]

式中:SL为发射声源级;TS为目标强度;NLB为双基地声纳的噪声级;DI为指向性函数;DT为探测阈;TLT为声波从发射基地到目标处的传播损失;TLR为声波从目标到接收基地的传播损失。

　　定义与双基地声纳具有相同的发射和接收设备参数的单基地声纳为等效单基地声纳,将QB=SL-(NLB-DI)-DT定义为双基地声纳的优质因数,它反映了当TS=0时,双基地声纳可容许的最大传播损失。单基地声纳优质因数为QM,传播衰减为L,双基地声纳的优质因数与单基地声纳有如下关系: