艦艇聲納技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展分析*

張　巍

(海軍駐葫蘆島431廠軍事代表室　葫蘆島　125004)

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艦艇聲納技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展分析*

張巍

(海軍駐葫蘆島431廠軍事代表室葫蘆島125004)

摘要聲納是利用聲波在水下的傳播特性，通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測(cè)和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。最后論述了艦艇聲納技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展分析。

關(guān)鍵詞艦艇; 聲納技術(shù); 發(fā)展分析

Class NumberTN97

1引言

聲納是利用水中聲波進(jìn)行探測(cè)、定位和通信的電子設(shè)備。聲納是各國(guó)海軍進(jìn)行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、分類(lèi)、定位和跟蹤；進(jìn)行水下通信和導(dǎo)航，保障艦艇、反潛飛機(jī)和反潛直升機(jī)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和水中武器的使用。本文就聲納技術(shù)、發(fā)展動(dòng)向、發(fā)展分析等作進(jìn)一步的探討[1]。

2聲納技術(shù)

聲納是利用聲波在水下的傳播特性，通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測(cè)和通訊任務(wù)的電子設(shè)備[2]。

2.1聲納裝置

聲納裝置一般由基陣、電子機(jī)柜和輔助設(shè)備三部分組成。

1)基陣由水聲換能器以一定幾何圖形排列組合而成，其外形通常為球形、柱形、平板形或線列行，有接收基陣、發(fā)射機(jī)陣或收發(fā)合一基陣之分。

2)電子機(jī)柜一般有發(fā)射、接收、顯示和控制等分系統(tǒng)。輔助設(shè)備包括電源設(shè)備，連接電纜，水下接線箱和增音機(jī)，與聲納基陣的傳動(dòng)控制相配套的升降、回轉(zhuǎn)、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等裝置，以及聲納導(dǎo)流罩等。

3)換能器是聲納中的重要器件，它是聲能與其它形式的能如機(jī)械能、電能、磁能等相互轉(zhuǎn)換的裝置。它有兩個(gè)用途:一是在水下發(fā)射聲波，稱(chēng)為發(fā)射換能器，相當(dāng)于空氣中的揚(yáng)聲器；二是在水下接收聲波，稱(chēng)為接收換能器，相當(dāng)于空氣中的傳聲器。換能器在實(shí)際使用時(shí)往往同時(shí)用于發(fā)射和接收聲波，專(zhuān)門(mén)用于接收的換能器又稱(chēng)為水聽(tīng)器。換能器的工作原理是利用某些材料在電場(chǎng)或磁場(chǎng)的作用下發(fā)生伸縮的壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)。

2.2聲納分類(lèi)

聲納的分類(lèi)可按其工作方式、裝備對(duì)象、戰(zhàn)術(shù)用途、基陣攜帶方式和技術(shù)特點(diǎn)等分類(lèi)方法分成為各種不同的聲納。例如按工作方式可分為主動(dòng)聲納和被動(dòng)聲納；按裝備對(duì)象可分為水面艦艇聲納、潛艇聲納、航空聲納、便攜式聲納和海岸聲納等。

1)主動(dòng)聲納:主動(dòng)聲納技術(shù)是指聲納主動(dòng)發(fā)射聲波照納目標(biāo)，而后接收水中目標(biāo)反射的回波時(shí)間以及回波參數(shù)以測(cè)定目標(biāo)的參數(shù)。大多數(shù)采用脈沖體制，也有采用連續(xù)波體制的。它由簡(jiǎn)單的回聲探測(cè)儀器演變而來(lái)，它主動(dòng)地發(fā)射聲波，然后接收回波進(jìn)行計(jì)算，適用于探測(cè)冰山、暗礁、沉船、海深、魚(yú)群、水雷和關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)的隱蔽的潛艇。

2)被動(dòng)聲納:被動(dòng)聲納技術(shù)是指聲納被動(dòng)接收艦船等水中目標(biāo)產(chǎn)生的輻射噪聲和水聲設(shè)備發(fā)射的信號(hào)，以測(cè)定目標(biāo)的方位和距離。它由簡(jiǎn)單的水聽(tīng)器演變而來(lái)，收聽(tīng)目標(biāo)發(fā)出的噪聲，判斷出目標(biāo)的位置和某些特性，特別適用于不能發(fā)聲暴露自己而又要探測(cè)敵艦活動(dòng)的潛艇。

2.3拖曳聲納

拖曳聲納(towed sonar)是將換能器基陣拖曳在運(yùn)載平臺(tái)尾后水中探側(cè)目標(biāo)的聲納。裝備在反潛艦艇、反潛直升機(jī)和監(jiān)視船上。優(yōu)點(diǎn)是：基陣入水較深，通過(guò)控制拖纜長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)基陣入水深度，以工作于有利水層；基陣遠(yuǎn)離平臺(tái)，受平臺(tái)噪聲干擾小，作用距離遠(yuǎn)；基陣可隨時(shí)收回，維修方便。缺點(diǎn)是:基陣、拖纜和收放裝置占用運(yùn)載平臺(tái)的空間大；拖體放人水中工作時(shí)，對(duì)運(yùn)載平臺(tái)的機(jī)動(dòng)有一定影響。拖曳聲納按基陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分拖曳式拖體聲納和拖曳式線列陣聲納兩類(lèi)。

1)拖曳式拖體聲納，又稱(chēng)變深聲納或拖體聲納。主要以主動(dòng)方式工作。由拖體、拖纜、收放裝置和電子設(shè)備組成。拖體，由拖纜拖曳于水中，外形呈流線型，內(nèi)裝圓柱形換能器基陣以及溫度、深度傳感器等。拖纜，長(zhǎng)數(shù)百米，由電纜和鋼纜組合而成，除用于拖曳拖體外，還用于保證拖體內(nèi)的基陣和各種傳感器與運(yùn)載平臺(tái)上電子設(shè)備的連接。收放裝置，包括機(jī)械絞盤(pán)、傳動(dòng)裝置和液壓動(dòng)力裝置，用于收放拖體和控制拖體入水深度。艦艇拖體聲納的拖體，平時(shí)放置在艦尾專(zhuān)用平臺(tái)上。電子設(shè)備，可與艦殼聲納合用，也有單獨(dú)使用的。合用一套電子設(shè)備的，稱(chēng)為艦殼/變深聲納，兩部聲納不能同時(shí)使用。單獨(dú)自備一套電子設(shè)備的，稱(chēng)為獨(dú)立變深聲納，它可獨(dú)立工作，也可與艦殼聲納協(xié)同工作。拖體聲納基陣最大工作深度200m，最大探測(cè)距離10余海里，拖體的最大拖曳航速可達(dá)28節(jié)。

2)拖曳式線列陣聲納(towed array sonar)，簡(jiǎn)稱(chēng)拖曳陣聲納。僅用于被動(dòng)工作方式。由線列陣、拖纜、收放裝置和電子設(shè)備組成。線列陣包括前導(dǎo)段、儀器段、基陣段、后導(dǎo)段和尾段。前導(dǎo)段，對(duì)拖纜和基陣起緩沖、隔振作用。儀器段，安裝溫度、深度等傳感器和接收?；嚩?，是拖曳線列陣的主要部分，由上百個(gè)水聽(tīng)器沿拖纜按一定間隔安裝，長(zhǎng)達(dá)一百到上千米。后導(dǎo)段，也為隔振段。尾段，用來(lái)增加阻力以保持基陣的直線狀態(tài)。拖纜、收放裝置和電子設(shè)備的組成和作用，與拖曳式拖體聲納基本相同，但拖纜更長(zhǎng)，電子設(shè)備以接收處理艦艇噪聲為主。拖曳陣聲納在使用很低的工作頻率時(shí)，仍能保持很高的指向性，獲得大的空間增益；線列陣橫斷面直徑小，能有效地防止動(dòng)水噪聲的影響，對(duì)運(yùn)載平臺(tái)的航速影響小；基陣工作深度更深(幾百至千余米)，有利于利用會(huì)聚區(qū)效應(yīng)和深海聲道進(jìn)行遠(yuǎn)程探測(cè)。拖曳陣聲納工作于被動(dòng)接收方式，按使用目的分戰(zhàn)術(shù)型和監(jiān)視型兩種。戰(zhàn)術(shù)型陣長(zhǎng)100m左右，供戰(zhàn)術(shù)反潛使用，拖曳最大航速可達(dá)30節(jié)；監(jiān)視型陣長(zhǎng)1000m左右，拖曳速度較低，用于遠(yuǎn)距離監(jiān)視。

2.4影響因素

影響聲納工作性能的因素除聲納本身的技術(shù)狀況外，外界條件的影響很?chē)?yán)重?？勺兩疃嚷晠缺容^直接的因素有傳播衰減、多路徑效應(yīng)、混響干擾、海洋噪聲、自噪聲、目標(biāo)反射特征或輻射噪聲強(qiáng)度等，它們大多與海洋環(huán)境因素有關(guān)。

2.5聲納系統(tǒng)

1)水面艦艇用被動(dòng)式拖拽線列陣聲納:拖拽線列陣聲納主要任務(wù)是進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)反潛，其基陣孔徑不受艦體尺寸制約，且遠(yuǎn)離艦體噪聲源，具有變深聲納的優(yōu)點(diǎn)，能夠完成遠(yuǎn)程探測(cè)潛艇任務(wù)。

2)戰(zhàn)略型拖拽式被動(dòng)線列陣聲納:它不執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)反潛任務(wù)，線陣達(dá)數(shù)千米，可以與海底固定聲納站配合，執(zhí)行反潛預(yù)警任務(wù)。

3)潛艇用被動(dòng)式拖拽線列陣聲納:該聲納具有被動(dòng)遠(yuǎn)距離探測(cè)的性能，它與艦用拖拽式線列陣聲納在艙內(nèi)電子和處理設(shè)備上有許多共同特點(diǎn)，其拖線陣具有中性浮力，具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、多目標(biāo)跟蹤等特點(diǎn)。

4)潛艇舷側(cè)陣聲納:是一種以常規(guī)潛艇或核動(dòng)力攻擊潛艇為裝備對(duì)象，基陣安放在艇殼兩舷側(cè)的被動(dòng)聲納，它不存在基陣收放和拖拽的問(wèn)題，能夠直接判別目標(biāo)位置。

5)可變深度聲納(Variable Depth Sonar, VDS)：某些拖曳聲納的沉放深度可以改變，使聲納不再局限于較淺的區(qū)域，可以深入較深區(qū)域進(jìn)行偵測(cè)，以搜尋一般水面船艦聲納所無(wú)法偵測(cè)的區(qū)域，此種聲納即為可變深度聲納。

6)沉浸聲納(Dipping Sonar)：是一種由艦載直升機(jī)拖吊的聲納，可迅速更換位置以進(jìn)行搜索，對(duì)付快速運(yùn)動(dòng)的潛艇及擔(dān)任長(zhǎng)時(shí)間搜索任務(wù)。沉浸聲納不但延伸了艦艇偵測(cè)距離，且不會(huì)受到艦艇噪音影響。

3發(fā)展動(dòng)向

1)美海軍為無(wú)人潛航器配備探雷聲納。美國(guó)軍事航空航天電子學(xué)網(wǎng)站2014年3月4日?qǐng)?bào)道:美海軍正在提高無(wú)人潛航器的探雷能力，旨在為其近海戰(zhàn)斗艦提供有效防御。美海軍已授予雷聲公司一份3550萬(wàn)美元的合同，用于生產(chǎn)AN/AQS-20A探雷聲納系統(tǒng)和設(shè)備[3]。

AN/AQS-20A探雷聲納系統(tǒng)運(yùn)用了先進(jìn)的聲納技術(shù)，可進(jìn)行水雷探測(cè)，以確保軍用、民用艦船的安全通行。通過(guò)單次掃描，同時(shí)經(jīng)過(guò)多系統(tǒng)聲納處理和高分辨率、光電識(shí)別，AN/AQS-20A系統(tǒng)可對(duì)水雷形狀的物體進(jìn)行探測(cè)和分類(lèi)。相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)，AN/AQS-20A系統(tǒng)的探測(cè)范圍和精度均得到提升，區(qū)域搜索率提高四倍以上。

遠(yuǎn)程多任務(wù)潛航器(RMMV)旨在滿(mǎn)足無(wú)人、非艦載系統(tǒng)在近海水域探測(cè)、識(shí)別沉底水雷或系留水雷的需求，顯著降低海軍人員和艦艇的危險(xiǎn)。AN/AQS-20A是唯一經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程多任務(wù)潛航器試驗(yàn)、部署和驗(yàn)證的探雷聲納系統(tǒng)，可與遠(yuǎn)程多任務(wù)潛航器完全整合并有效運(yùn)行。雷聲公司的AN/AQS-20A探雷聲納系統(tǒng)將部署于洛克希德·馬丁公司的遠(yuǎn)程多任務(wù)潛航器上，將為近海戰(zhàn)斗艦提供主要的水雷偵察能力。

執(zhí)行探雷任務(wù)時(shí)，多任務(wù)潛航器牽引AN/AQS-20A系統(tǒng)，探測(cè)水下各方向的反艦水雷，并提供水雷和水雷狀物體的高分辨率圖像。一旦探測(cè)到水雷，AN/ASQ-235機(jī)載滅雷系統(tǒng)(AMNS)將進(jìn)行再次搜索并摧毀水雷。

2)英國(guó)計(jì)劃對(duì)2093型聲納進(jìn)行寬帶升級(jí)。簡(jiǎn)氏防務(wù)2014年10月10日?qǐng)?bào)道:英國(guó)國(guó)防部稱(chēng)，英國(guó)海軍“桑當(dāng)”級(jí)掃雷艦將接收增強(qiáng)型2093聲納，該型聲納是一款可變深度獵雷聲納，同時(shí)具備寬帶能力。2093型聲納由泰雷茲英國(guó)公司開(kāi)發(fā)與制造，是一款多頻可變深聲納系統(tǒng)，具備對(duì)水下200m的目標(biāo)進(jìn)行搜索、識(shí)別的能力。該系統(tǒng)將裝備全部7艘現(xiàn)役的“桑當(dāng)”級(jí)掃雷艦[4]。

2014年9月7日，國(guó)防部裝備與保障總署透露(DE&S)，將與泰雷茲英國(guó)公司簽署一項(xiàng)合同，該合同關(guān)于2093型聲納能力保障計(jì)劃(CSP)。在該計(jì)劃框架內(nèi)，泰雷茲英國(guó)公司將負(fù)責(zé)一項(xiàng)設(shè)備改造的設(shè)計(jì)、制造和裝配工作，把寬帶技術(shù)應(yīng)用到2093型聲納。2193型艦殼獵雷聲納已經(jīng)在“亨特”級(jí)掃雷艦上完成安裝，寬帶脈沖壓縮技術(shù)能夠遠(yuǎn)距離探測(cè)、識(shí)別低回波信號(hào)強(qiáng)度的水雷目標(biāo)。

在CSP中，2093型聲納將用類(lèi)似的技術(shù)進(jìn)行升級(jí)。據(jù)DE&S頒布的消息稱(chēng)，這次改造將更換絕大部分拖曳陣上的換能器陣列為寬帶換能器，支持處理流程卡片、相關(guān)軟件和泰雷茲公司專(zhuān)用項(xiàng)目也會(huì)做相應(yīng)的更改。

2093型聲納系統(tǒng)將裝備7艘“桑當(dāng)”級(jí)掃雷艦，同時(shí)，泰雷茲英國(guó)公司還將提供岸基培訓(xùn)和工業(yè)參考設(shè)備。此外，該公司將負(fù)責(zé)確保交付的系統(tǒng)能夠被歸入現(xiàn)有的2093型聲納全壽期保障合同后期驗(yàn)收。

泰雷茲公司預(yù)計(jì)將在2014年底以前接收2093型聲納CSP合同，2018年進(jìn)行首次安裝。該項(xiàng)目周期為60個(gè)月，合同金額3200萬(wàn)英鎊(約合5140萬(wàn)美元)。

除英國(guó)外，2093型聲納還在下列國(guó)家服役或準(zhǔn)服役，這些國(guó)家包括澳大利亞、愛(ài)沙尼亞、意大利、日本、沙特阿拉伯、韓國(guó)和土耳其。預(yù)計(jì)泰雷茲公司將為現(xiàn)有的2093型聲納用戶(hù)提供寬帶升級(jí)。

3)美國(guó)海軍計(jì)劃增加聲納浮標(biāo)的使用。美國(guó)Pilotonline.com于2015年1月25日?qǐng)?bào)道:美國(guó)海軍正在向國(guó)會(huì)尋求允許，計(jì)劃在太平洋沿岸加強(qiáng)聲納的使用和增加軍事訓(xùn)練。該計(jì)劃將在華盛頓州、俄勒岡州以及加利福尼亞州北部至少12海里范圍內(nèi)的海岸部署約720枚聲納浮標(biāo)。這些聲納設(shè)備約3英尺長(zhǎng)，直徑6英寸，操作人員可以通過(guò)這些設(shè)備搜集的水下信號(hào)進(jìn)行探測(cè)、反潛等軍事訓(xùn)練活動(dòng)[5]。

美國(guó)海軍計(jì)劃的訓(xùn)練范圍涉及一些瀕危魚(yú)類(lèi)的棲息地，如虎鯨、座頭鯨和藍(lán)色、海豹、海獅和海豚等，大量聲納浮標(biāo)將嚴(yán)重影響海洋生物的生活，動(dòng)物保護(hù)組織對(duì)此表示抗議。

負(fù)責(zé)美國(guó)太平洋艦隊(duì)西北環(huán)境的John Mosher指出，反潛作戰(zhàn)至今仍是美國(guó)海軍的一項(xiàng)關(guān)鍵訓(xùn)練任務(wù)，部署的聲納數(shù)量雖多，但并不會(huì)對(duì)該區(qū)域帶來(lái)巨大的影響。

美國(guó)海軍還計(jì)劃申請(qǐng)每年30項(xiàng)投彈演習(xí)以及增加空對(duì)地導(dǎo)彈演習(xí)和使用聲納進(jìn)行反潛跟蹤活動(dòng)。此項(xiàng)申請(qǐng)還需要獲得美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局在《海洋哺乳動(dòng)物保護(hù)法案》的許可，該項(xiàng)法案對(duì)有可能影響、傷害或殺死海洋哺乳動(dòng)物的海上訓(xùn)練活動(dòng)做出了相關(guān)規(guī)定，如炸藥爆炸，聲納使用和船舶運(yùn)行等。之前美國(guó)海軍為期五年的許可證將于今年到期，申請(qǐng)結(jié)果將于2015年2月2日獲得反饋。

4)洛·馬公司為美海軍水下監(jiān)視系統(tǒng)升級(jí)聲納信號(hào)處理計(jì)算機(jī)。軍事航空航天電子學(xué)網(wǎng)站2015年8月3日?qǐng)?bào)道:洛克希德·馬丁公司的水下監(jiān)視團(tuán)隊(duì)正在推進(jìn)能夠?qū)橙宋挥跍\海水域安靜的柴動(dòng)力攻擊潛艇進(jìn)行探測(cè)、分類(lèi)和跟蹤的技術(shù)[6]。

位于圣地亞哥的美國(guó)空間和海軍作戰(zhàn)系統(tǒng)司令部官員于7月30日表示，將向洛克希德·馬丁公司系統(tǒng)和訓(xùn)練分部授予一份價(jià)值840萬(wàn)美元的修訂合同，用于集成通用處理器(ICP)項(xiàng)目。

ICP是美海軍海上監(jiān)視系統(tǒng)(MSS)項(xiàng)目的一個(gè)組成部分。海上監(jiān)視系統(tǒng)是一個(gè)可固定也可移動(dòng)的可展開(kāi)的聲學(xué)陣列，能幫助探測(cè)、定位、跟蹤安靜的柴動(dòng)力和核動(dòng)力潛艇。

海軍反潛戰(zhàn)專(zhuān)家也正在細(xì)化海上監(jiān)視系統(tǒng)技術(shù)，使其更有效地應(yīng)對(duì)活動(dòng)在局部地區(qū)、近海和廣闊的海上利益區(qū)域的現(xiàn)代化的柴動(dòng)力和核動(dòng)力潛艇，這也正是ICP項(xiàng)目要解決的問(wèn)題。

目前，ICP項(xiàng)目正在利用提高的自動(dòng)化技術(shù)、陣列技術(shù)、硬件插入件以及潛艇與水下作戰(zhàn)系統(tǒng)的普通軟件元件來(lái)研制一種可處理和顯示來(lái)自固定的和移動(dòng)的水下系統(tǒng)數(shù)據(jù)的能力。

ICP項(xiàng)目的最終目的是提供處理能力，即通過(guò)利用洛克希德·馬丁公司用于監(jiān)視拖曳陣列傳感器系統(tǒng)(SURTASS)獵潛系統(tǒng)的雙線29A拖曳式陣列聲納為海軍低頻主動(dòng)反潛戰(zhàn)雙基地聲納處理提供支持。

為優(yōu)化聲納信號(hào)處理能力，使其盡可能具有經(jīng)濟(jì)可承受性，ICP項(xiàng)目也正在利用海軍聲學(xué)流行技術(shù)快速嵌入計(jì)劃(A-RCI)。該項(xiàng)目將商業(yè)上已有的最新一代計(jì)算機(jī)服務(wù)器技術(shù)用于海軍潛艇和水面艦船上的聲納信號(hào)處理。

ICP將被安裝于所有的新系統(tǒng)中。在原有系統(tǒng)達(dá)到使用壽命或需要升級(jí)時(shí)，這些新系統(tǒng)將予以替換。

自2011年，洛克希德·馬丁公司一直在研究用于解決ICP項(xiàng)目中多陣列遠(yuǎn)光燈計(jì)數(shù)要求所需的算法和技術(shù)，并與A-RCI項(xiàng)目合作繼續(xù)對(duì)聲納信號(hào)處理進(jìn)行升級(jí)。

該合同于7月31日宣布，是對(duì)2013年末授予給單一來(lái)源合同方洛克希德·馬丁公司價(jià)值1190萬(wàn)美元的ICP合同的修訂。海軍官員表示，此份合同的選項(xiàng)允許將其延長(zhǎng)至2017年，屆時(shí)合同總價(jià)值將達(dá)到9780萬(wàn)美元。洛克希德·馬丁公司也是A-RCI項(xiàng)目的主合同商。

此份修訂合同既包括美海軍的采購(gòu)需求，也包括日本政府的采購(gòu)需求。

5)挪威康士伯公司推出第三代高精度聲納定位系統(tǒng)HiPAP 502。合眾國(guó)際社和康士伯公司網(wǎng)站2015年12月2日?qǐng)?bào)道:挪威康士伯公司的第三代高精度聲納定位和導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)已面世[7]。

該公司表示，新的高精度聲納定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，也稱(chēng)HiPAP 502，比早期型號(hào)更小、更輕、更持久、更精準(zhǔn)，確立了水下定位參考系統(tǒng)的新標(biāo)準(zhǔn)。

第三代HiPAP采用更小巧的收發(fā)器，封裝在不銹鋼中，在暖熱環(huán)境下無(wú)需額外進(jìn)行制冷。新型低功率收發(fā)器線路板，可提供更好的濾波和信號(hào)處理能力，使靈敏度提升5dB～6dB。隨著靈敏度的增加，應(yīng)答器的源電平變低，電池可以使用更久。康士伯公司還表示，HiPAP 502的精準(zhǔn)度為100%，能夠達(dá)到16404英尺(約合5000m)的作用距離。

該產(chǎn)品可以支持科考船只的海外作業(yè)。

康士伯公司于1996年推出第一代HiPAP 500，隨后在2007年推出了HiPAP 501。

6)日著手研發(fā)新型聲納和魚(yú)雷。香港《大公報(bào)》報(bào)道:日本《產(chǎn)經(jīng)新聞》26日?qǐng)?bào)道稱(chēng)，日本防衛(wèi)廳將著手研發(fā)新型聲納，同時(shí)在研制新型攻擊潛艇用短魚(yú)雷，以對(duì)付中國(guó)在東海的潛艇，維持日本反潛作戰(zhàn)能力的優(yōu)勢(shì)[8]。

《產(chǎn)經(jīng)新聞》稱(chēng)，新型聲納的特色是將過(guò)去裝備在潛艇的圓筒型艇首聲納改良成U字形，提高偵測(cè)能力并節(jié)省電力和輕量化，同時(shí)也把側(cè)面聲納大型化，將潛艇全身聲納化，以消除探測(cè)聲音來(lái)源的死角。

防衛(wèi)廳技術(shù)防衛(wèi)總部預(yù)計(jì)聲納研發(fā)的總費(fèi)用約39億日?qǐng)A(二億五千萬(wàn)港元)，已列入2006年的預(yù)算要求，將于2006年開(kāi)始研發(fā)。

報(bào)道引述防衛(wèi)廳官員的發(fā)言指出，中國(guó)潛艇在水深200m以?xún)?nèi)的淺水海域活動(dòng)趨于頻繁，日本為有效發(fā)揮偵測(cè)、追蹤和攻擊目標(biāo)的效果及提高反潛作戰(zhàn)技術(shù)的能力，研發(fā)高性能聲納不可少，因此著手研究。

由于淺水海域造成聲音的紊亂反射，影響聲納的偵測(cè)能力，日本和美軍將共同儲(chǔ)存淺水海域的音響資料，視必要而應(yīng)用于聲納的開(kāi)發(fā)。

此外，日本為提高在淺水海域?qū)撏У墓裟芰?，已撥款約一百五十五億日?qǐng)A，研制新型攻擊潛艇用短魚(yú)雷，以取代現(xiàn)有的九七式魚(yú)雷。

7)DCNS公司向印尼提供潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)用于其潛艇升級(jí)。簡(jiǎn)氏防務(wù)周刊2015年12月27日?qǐng)?bào)道: 近日，法國(guó)的DCNS集團(tuán)通過(guò)其全資子公司UDS向印尼海軍“克拉”級(jí)柴電潛艇提供了一套潛艇作戰(zhàn)管理系統(tǒng)(CMS)[9]。

據(jù)悉，在DCNS公司的方案中，潛艇戰(zhàn)術(shù)綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)(SUBTICS，下同)將執(zhí)行維護(hù)、檢修和大修的內(nèi)容。印尼方面希望通過(guò)維護(hù)大修，可以使這級(jí)引自德國(guó)的潛艇服役至2024年。

該級(jí)潛艇的海事系統(tǒng)和SUBTICS將會(huì)和泰勒斯公司的聲納套件以及WASS公司的魚(yú)雷火控系統(tǒng)進(jìn)行集成，潛艇作戰(zhàn)管理系統(tǒng)采用開(kāi)放式架構(gòu)和接口設(shè)計(jì)，因此其他制造商的系統(tǒng)將很容易接入。通過(guò)超高頻、極高頻和網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星，SUBTICS可以接入戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)還有一個(gè)可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以回放和分析海上和陸地的情況。該數(shù)據(jù)庫(kù)還可以存儲(chǔ)一些情報(bào)數(shù)據(jù)，用于自動(dòng)分類(lèi)和識(shí)別目標(biāo)。

該系統(tǒng)有六個(gè)工作站，兩個(gè)用于通信和指揮，兩個(gè)用于火控，剩下的用于聲納和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析。該系統(tǒng)除用于法國(guó)的“梭魚(yú)”級(jí)核攻擊潛艇和“凱旋”級(jí)中的“可怖”號(hào)彈道導(dǎo)彈核潛艇外，還用于馬來(lái)西亞和新加坡的潛艇中。

DCNS公司拒絕就這次的投標(biāo)活動(dòng)發(fā)表意見(jiàn)，他們認(rèn)為這是商業(yè)行為，在這個(gè)階段，仍有競(jìng)爭(zhēng)，因而不適宜發(fā)表意見(jiàn)。除了DCNS，韓國(guó)的大宇造船公司也參與了競(jìng)標(biāo)，兩家公司的方案包括劃分給印尼國(guó)有造船廠有關(guān)的工作以及對(duì)當(dāng)?shù)卦齑瑯I(yè)的技術(shù)支持等

4發(fā)展分析

艦艇聲納技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì):一是先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)；二是水聲通信和聲納組網(wǎng)技術(shù)；三是被動(dòng)聲納技術(shù)；四是低頻主動(dòng)聲納技術(shù)；五是爆炸聲回波定位技術(shù)[10]。

1)發(fā)展先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)。隨著高性能微處理器和各種專(zhuān)用、通用高速數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn)以及各種先進(jìn)信號(hào)處理算法的開(kāi)發(fā)，聲納的效能發(fā)生了巨大的變化。各種非聲學(xué)傳感器(如雷達(dá))數(shù)據(jù)和納吶數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)光纖送到潛艇的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)進(jìn)行集中處理，構(gòu)成戰(zhàn)術(shù)指揮圖供作戰(zhàn)時(shí)參考。

2)發(fā)展水聲通信和聲納組網(wǎng)技術(shù)。先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)顯著提高了聲納系統(tǒng)的性能，使聲納除了完成潛艇探測(cè)的任務(wù)外，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離水聲通信?，F(xiàn)在的水聲通信技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)圖像傳輸，通過(guò)編碼技術(shù)可以進(jìn)行100bit/s～1000bit/s的低速數(shù)據(jù)傳輸。 例如，美國(guó)海軍研究局和空海戰(zhàn)系統(tǒng)中心主持的“海網(wǎng)”(Seaweb)；北約使用的聲納監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)(SOSUS)的被動(dòng)聲納陣列來(lái)探測(cè)潛艇，由反潛巡邏機(jī)接收聲納陣列的信號(hào)來(lái)擴(kuò)大反潛的海域。

3)發(fā)展被動(dòng)聲納技術(shù)。只要水面艦艇依然產(chǎn)生噪聲、核潛艇依然會(huì)發(fā)出規(guī)則的聲信號(hào)，就會(huì)被被動(dòng)聲納發(fā)現(xiàn)。發(fā)展用于監(jiān)聽(tīng)噪聲的被動(dòng)聲納站，對(duì)窄帶信號(hào)的檢測(cè)成為聲納信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)。

4)發(fā)展低頻主動(dòng)聲納技術(shù)。常規(guī)潛艇可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)潛伏在海底不發(fā)出一點(diǎn)聲響，采用新型不依賴(lài)空氣動(dòng)力裝置(AIP)的潛艇甚至可以潛伏幾星期。此時(shí)，被動(dòng)聲納就無(wú)法對(duì)潛艇實(shí)施有效探測(cè)。安靜型柴電潛艇的廣泛裝備，使聲納技術(shù)的研究熱點(diǎn)重新轉(zhuǎn)移到主動(dòng)聲納上。但主動(dòng)聲納有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是聲納發(fā)射的聲波會(huì)被反潛設(shè)備接收到，使?jié)撏П┞赌繕?biāo)并遭到攻擊；二是主動(dòng)聲納在淺海的作用距離受海床的影響。聲納脈沖會(huì)在海底和水面之間反射，沿不同路徑返回。此時(shí)會(huì)有微小的時(shí)延，在接收機(jī)上形成混響干擾，掩蓋目標(biāo)的回波。聲納使用的脈沖序列越長(zhǎng)、探測(cè)距離越遠(yuǎn)，聲納受混響的影響就越嚴(yán)重，選擇短脈沖固然會(huì)減小混響的影響，但同時(shí)也減小了聲納的探測(cè)距離。

解決這個(gè)矛盾的方法之一是使用脈沖編碼技術(shù)。一個(gè)長(zhǎng)脈沖序列可以被壓縮成一個(gè)短脈沖序列，但頻率和相位也會(huì)發(fā)生一些變化。這就是脈沖壓縮理論，它是抗“多選效應(yīng)”的有效手段。在聲納信號(hào)處理中經(jīng)常使用頻率調(diào)制技術(shù)，信號(hào)在頻域的帶寬越寬，在時(shí)域的脈沖就越窄。

聲納所用聲波的頻率越低，作用距離就越遠(yuǎn)，產(chǎn)生低頻信號(hào)的換能器體積也就越大。當(dāng)使用聲波的頻率低于3.5kHz時(shí)，聲納就會(huì)因?yàn)閾Q能器體積過(guò)大而不能安裝在艦艇上，只能采取拖曳的方式。低頻聲納使用的頻率一般為100Hz～500Hz，高于被動(dòng)聲納探測(cè)的頻率范圍。此外，艦艇主動(dòng)聲納還可以通過(guò)控制波束仰角、采用自適應(yīng)技術(shù)來(lái)減小混響的影響。

5)發(fā)展爆炸聲回波定位技術(shù)。潛艇噪聲的降低將會(huì)使SOSUS聲吶系統(tǒng)失效，但可以通過(guò)增加一個(gè)“信號(hào)”深水炸彈爆炸聲來(lái)解決問(wèn)題。爆炸聲將在寂靜潛伏的潛艇上產(chǎn)生回波，SOSUS系統(tǒng)的被動(dòng)聲納陣接收回波并進(jìn)行定位。

5結(jié)語(yǔ)

隨著微電子技術(shù)，信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)聲納傳播規(guī)律的認(rèn)識(shí)，聲納技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，出現(xiàn)了多種低頻、大功率、大尺寸基陣聲納和新體制聲納系統(tǒng)，在未來(lái)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)或區(qū)域海戰(zhàn)中，對(duì)于反潛來(lái)說(shuō)，適時(shí)運(yùn)用好聲納技術(shù)，就能夠有效地打擊敵方，從而達(dá)到保護(hù)自身艦艇的安全[11]。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 董文洪，楊日杰，田寶國(guó).航空搜潛聲納浮標(biāo)位置計(jì)算方法研究[J].測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2005,19(4):383-387.

[2] 李居偉,徐以成,孫明太.被動(dòng)定向聲納浮標(biāo)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析[J].電光與控制,2011,18(12):31-34.

[3] 美海軍為無(wú)人潛航器配備探雷聲納[N].每日防務(wù)快訊，2014-03-12.

[4] 英國(guó)計(jì)劃對(duì)2093型聲納進(jìn)行寬帶升級(jí)[N].每日防務(wù)快訊，2014-10-21.

[5] 美國(guó)海軍計(jì)劃增加聲納浮標(biāo)的使用[N].每日防務(wù)快訊，2015-02-02.

[6] 洛·馬公司為美海軍水下監(jiān)視系統(tǒng)升級(jí)聲納信號(hào)處理計(jì)算機(jī)[N].每日防務(wù)快訊，2015-08-07.

[7] 挪威康士伯公司推出第三代高精度聲納定位系統(tǒng)HiPAP 502[N].每日防務(wù)快訊，2015-12-09.

[8] 日著手研發(fā)新型聲納和魚(yú)雷[N].中新網(wǎng)，2015-11-27.

[9] DCNS公司向印尼提供潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)用于其潛艇升級(jí)[N].每日防務(wù)快訊，2015-12-31.

[10] 董志榮．被動(dòng)聲納浮標(biāo)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析數(shù)學(xué)模型[J]．電光與控制，2006，13(6):1-5.

[11] 宋明順.測(cè)量不確定度評(píng)定與數(shù)據(jù)處理[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2000:3848.

Application and Development of Shipboard Sonar Technology

ZHANG Wei

(Navy Representative Office in 431 Factory，Huludao125004)

AbstractSonar is a kind of electronic device which uses propagation characteristics of sound wave to complete the tasks of underwater detection and communication by acoustic conversion and information processing. The paper discusses the application and elevelopment of shipboard sonar technology.

Key Wordsships, sonar technology, development analysis

* 收稿日期：2015年11月10日,修回日期：2015年12月26日

作者簡(jiǎn)介：張巍，男，工程師，研究方向：艦船監(jiān)造。

中圖分類(lèi)號(hào)TN97

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.004