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，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測和通訊任務(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行探測、定位和通信的電子設(shè)備。聲納是各國海軍進行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對水下目標(biāo)進行探測、分類、定位和跟蹤；進行水下通信和導(dǎo)航，保障艦艇、反潛飛機和反潛直升機的戰(zhàn)術(shù)機動和水中武器的使用。本文就聲納技術(shù)、發(fā)展動向、發(fā)展分析等作進一步的探討[1]。

2聲納技術(shù)

聲納是利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測和通訊任務(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)射機陣或收發(fā)合一基陣之分。

2)電子機柜一般有發(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，與聲納基陣的傳動控制相配套的升降、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械能、電能、磁能等相互轉(zhuǎn)換的裝置。它有兩個用途:一是在水下發(fā)射聲波，稱為發(fā)射換能器，相當(dāng)于空氣中的揚聲器；二是在水下接收聲波，稱為接收換能器，相當(dāng)于空氣中的傳聲器。換能器在實際使用時往往同時用于發(fā)射和接收聲波，專門用于接收的換能器又稱為水聽器。換能器的工作原理是利用某些材料在電場或磁場的作用下發(fā)生伸縮的壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)。

2.2聲納分類

聲納的分類可按其工作方式、裝備對象、戰(zhàn)術(shù)用途、基陣攜帶方式和技術(shù)特點等分類方法分成為各種不同的聲納。例如按工作方式可分為主動聲納和被動聲納；按裝備對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)主動聲納:主動聲納技術(shù)是指聲納主動發(fā)射聲波照納目標(biāo)，而后接收水中目標(biāo)反射的回波時間以及回波參數(shù)以測定目標(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。它由簡單的回聲探測儀器演變而來，它主動地發(fā)射聲波，然后接收回波進行計算，適用于探測冰山、暗礁、沉船、海深、魚群、水雷和關(guān)閉了發(fā)動機的隱蔽的潛艇。

2)被動聲納:被動聲納技術(shù)是指聲納被動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，以測定目標(biāo)的方位和距離。它由簡單的水聽器演變而來，收聽目標(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敵艦活動的潛艇。

2.3拖曳聲納

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

1)拖曳式拖體聲納，又稱變深聲納或拖體聲納。主要以主動方式工作。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載平臺上電子設(shè)備的連接。收放裝置，包括機械絞盤、傳動裝置和液壓動力裝置，用于收放拖體和控制拖體入水深度。艦艇拖體聲納的拖體，平時放置在艦尾專用平臺上。電子設(shè)備，可與艦殼聲納合用，也有單獨使用的。合用一套電子設(shè)備的，稱為艦殼/變深聲納，兩部聲納不能同時使用。單獨自備一套電子設(shè)備的，稱為獨立變深聲納，它可獨立工作，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)，簡稱拖曳陣聲納。僅用于被動工作方式。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?；嚩危峭弦肪€列陣的主要部分，由上百個水聽器沿拖纜按一定間隔安裝，長達(dá)一百到上千米。后導(dǎo)段，也為隔振段。尾段，用來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，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，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，能有效地防止動水噪聲的影響，對運載平臺的航速影響??；基陣工作深度更深(幾百至千余米)，有利于利用會聚區(qū)效應(yīng)和深海聲道進行遠(yuǎn)程探測。拖曳陣聲納工作于被動接收方式，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，外界條件的影響很嚴(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)水面艦艇用被動式拖拽線列陣聲納:拖拽線列陣聲納主要任務(wù)是進行戰(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，能夠完成遠(yuǎn)程探測潛艇任務(wù)。

2)戰(zhàn)略型拖拽式被動線列陣聲納: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)潛艇用被動式拖拽線列陣聲納:該聲納具有被動遠(yuǎn)距離探測的性能，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，其拖線陣具有中性浮力，具有探測距離遠(yuǎn)、多目標(biāo)跟蹤等特點。

4)潛艇舷側(cè)陣聲納:是一種以常規(guī)潛艇或核動力攻擊潛艇為裝備對象，基陣安放在艇殼兩舷側(cè)的被動聲納，它不存在基陣收放和拖拽的問題，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)域進行偵測，以搜尋一般水面船艦聲納所無法偵測的區(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拖吊的聲納，可迅速更換位置以進行搜索，對付快速運動的潛艇及擔(dān)任長時間搜索任務(wù)。沉浸聲納不但延伸了艦艇偵測距離，且不會受到艦艇噪音影響。

3發(fā)展動向

1)美海軍為無人潛航器配備探雷聲納。美國軍事航空航天電子學(xué)網(wǎng)站2014年3月4日報道:美海軍正在提高無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)運用了先進的聲納技術(shù)，可進行水雷探測，以確保軍用、民用艦船的安全通行。通過單次掃描，同時經(jīng)過多系統(tǒng)聲納處理和高分辨率、光電識別，AN/AQS-20A系統(tǒng)可對水雷形狀的物體進行探測和分類。相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)，AN/AQS-20A系統(tǒng)的探測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)旨在滿足無人、非艦載系統(tǒng)在近海水域探測、識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。AN/AQS-20A是唯一經(jīng)過遠(yuǎn)程多任務(wù)潛航器試驗、部署和驗證的探雷聲納系統(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，多任務(wù)潛航器牽引AN/AQS-20A系統(tǒng)，探測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。一旦探測到水雷，AN/ASQ-235機載滅雷系統(tǒng)(AMNS)將進行再次搜索并摧毀水雷。

2)英國計劃對2093型聲納進行寬帶升級。簡氏防務(wù)2014年10月10日報道:英國國防部稱，英國海軍“桑當(dāng)”級掃雷艦將接收增強型2093聲納，該型聲納是一款可變深度獵雷聲納，同時具備寬帶能力。2093型聲納由泰雷茲英國公司開發(fā)與制造，是一款多頻可變深聲納系統(tǒng)，具備對水下200m的目標(biāo)進行搜索、識別的能力。該系統(tǒng)將裝備全部7艘現(xiàn)役的“桑當(dāng)”級掃雷艦[4]。

2014年9月7日，國防部裝備與保障總署透露(DE&S)，將與泰雷茲英國公司簽署一項合同，該合同關(guān)于2093型聲納能力保障計劃(CSP)。在該計劃框架內(nèi)，泰雷茲英國公司將負(fù)責(zé)一項設(shè)備改造的設(shè)計、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、識別低回波信號強度的水雷目標(biāo)。

在CSP中，2093型聲納將用類似的技術(shù)進行升級。據(jù)DE&S頒布的消息稱，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用項目也會做相應(yīng)的更改。

2093型聲納系統(tǒng)將裝備7艘“桑當(dāng)”級掃雷艦，同時，泰雷茲英國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收。

泰雷茲公司預(yù)計將在2014年底以前接收2093型聲納CSP合同，2018年進行首次安裝。該項目周期為60個月，合同金額3200萬英鎊(約合5140萬美元)。

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

3)美國海軍計劃增加聲納浮標(biāo)的使用。美國Pilotonline.com于2015年1月25日報道:美國海軍正在向國會尋求允許，計劃在太平洋沿岸加強聲納的使用和增加軍事訓(xùn)練。該計劃將在華盛頓州、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，直徑6英寸，操作人員可以通過這些設(shè)備搜集的水下信號進行探測、反潛等軍事訓(xùn)練活動[5]。

美國海軍計劃的訓(xùn)練范圍涉及一些瀕危魚類的棲息地，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，動物保護組織對此表示抗議。

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

美國海軍還計劃申請每年30項投彈演習(xí)以及增加空對地導(dǎo)彈演習(xí)和使用聲納進行反潛跟蹤活動。此項申請還需要獲得美國國家海洋和大氣管理局在《海洋哺乳動物保護法案》的許可，該項法案對有可能影響、傷害或殺死海洋哺乳動物的海上訓(xùn)練活動做出了相關(guān)規(guī)定，如炸藥爆炸，聲納使用和船舶運行等。之前美國海軍為期五年的許可證將于今年到期，申請結(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)升級聲納信號處理計算機。軍事航空航天電子學(xué)網(wǎng)站2015年8月3日報道:洛克希德·馬丁公司的水下監(jiān)視團隊正在推進能夠?qū)橙宋挥跍\海水域安靜的柴動力攻擊潛艇進行探測、分類和跟蹤的技術(shù)[6]。

位于圣地亞哥的美國空間和海軍作戰(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)練分部授予一份價值840萬美元的修訂合同，用于集成通用處理器(ICP)項目。

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

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

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

ICP項目的最終目的是提供處理能力，即通過利用洛克希德·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反潛戰(zhàn)雙基地聲納處理提供支持。

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

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時，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項目中多陣列遠(yuǎn)光燈計數(shù)要求所需的算法和技術(shù)，并與A-RCI項目合作繼續(xù)對聲納信號處理進行升級。

該合同于7月31日宣布，是對2013年末授予給單一來源合同方洛克希德·馬丁公司價值1190萬美元的ICP合同的修訂。海軍官員表示，此份合同的選項允許將其延長至2017年，屆時合同總價值將達(dá)到9780萬美元。洛克希德·馬丁公司也是A-RCI項目的主合同商。

此份修訂合同既包括美海軍的采購需求，也包括日本政府的采購需求。

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。合眾國際社和康士伯公司網(wǎng)站2015年12月2日報道: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HiPAP 502，比早期型號更小、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)境下無需額外進行制冷。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)新型聲納和魚雷。香港《大公報》報道:日本《產(chǎn)經(jīng)新聞》26日報道稱，日本防衛(wèi)廳將著手研發(fā)新型聲納，同時在研制新型攻擊潛艇用短魚雷，以對付中國在東海的潛艇，維持日本反潛作戰(zhàn)能力的優(yōu)勢[8]。

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

防衛(wèi)廳技術(shù)防衛(wèi)總部預(yù)計聲納研發(fā)的總費用約39億日圓(二億五千萬港元)，已列入2006年的預(yù)算要求，將于2006年開始研發(fā)。

報道引述防衛(wèi)廳官員的發(fā)言指出，中國潛艇在水深200m以內(nèi)的淺水海域活動趨于頻繁，日本為有效發(fā)揮偵測、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，影響聲納的偵測能力，日本和美軍將共同儲存淺水海域的音響資料，視必要而應(yīng)用于聲納的開發(fā)。

此外，日本為提高在淺水海域?qū)撏У墓裟芰Γ褤芸罴s一百五十五億日圓，研制新型攻擊潛艇用短魚雷，以取代現(xiàn)有的九七式魚雷。

7)DCNS公司向印尼提供潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)用于其潛艇升級。簡氏防務(wù)周刊2015年12月27日報道: 近日，法國的DCNS集團通過其全資子公司UDS向印尼海軍“克拉”級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、檢修和大修的內(nèi)容。印尼方面希望通過維護大修，可以使這級引自德國的潛艇服役至2024年。

該級潛艇的海事系統(tǒng)和SUBTICS將會和泰勒斯公司的聲納套件以及WASS公司的魚雷火控系統(tǒng)進行集成，潛艇作戰(zhàn)管理系統(tǒng)采用開放式架構(gòu)和接口設(shè)計，因此其他制造商的系統(tǒng)將很容易接入。通過超高頻、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)還有一個可以存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，可以回放和分析海上和陸地的情況。該數(shù)據(jù)庫還可以存儲一些情報數(shù)據(jù)，用于自動分類和識別目標(biāo)。

該系統(tǒng)有六個工作站，兩個用于通信和指揮，兩個用于火控，剩下的用于聲納和目標(biāo)運動分析。該系統(tǒng)除用于法國的“梭魚”級核攻擊潛艇和“凱旋”級中的“可怖”號彈道導(dǎo)彈核潛艇外，還用于馬來西亞和新加坡的潛艇中。

DCNS公司拒絕就這次的投標(biāo)活動發(fā)表意見，他們認(rèn)為這是商業(yè)行為，在這個階段，仍有競爭，因而不適宜發(fā)表意見。除了DCNS，韓國的大宇造船公司也參與了競標(biāo)，兩家公司的方案包括劃分給印尼國有造船廠有關(guān)的工作以及對當(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:一是先進信號處理技術(shù)；二是水聲通信和聲納組網(wǎng)技術(shù)；三是被動聲納技術(shù)；四是低頻主動聲納技術(shù)；五是爆炸聲回波定位技術(shù)[10]。

1)發(fā)展先進信號處理技術(shù)。隨著高性能微處理器和各種專用、通用高速數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)以及各種先進信號處理算法的開發(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，通過光纖送到潛艇的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)進行集中處理，構(gòu)成戰(zhàn)術(shù)指揮圖供作戰(zhàn)時參考。

2)發(fā)展水聲通信和聲納組網(wǎng)技術(shù)。先進的信號處理技術(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的任務(wù)外，還可以進行遠(yuǎn)距離水聲通信?，F(xiàn)在的水聲通信技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)圖像傳輸，通過編碼技術(shù)可以進行100bit/s～1000bit/s的低速數(shù)據(jù)傳輸。 例如，美國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)聽系統(tǒng)(SOSUS)的被動聲納陣列來探測潛艇，由反潛巡邏機接收聲納陣列的信號來擴大反潛的海域。

3)發(fā)展被動聲納技術(shù)。只要水面艦艇依然產(chǎn)生噪聲、核潛艇依然會發(fā)出規(guī)則的聲信號，就會被被動聲納發(fā)現(xiàn)。發(fā)展用于監(jiān)聽噪聲的被動聲納站，對窄帶信號的檢測成為聲納信號處理的關(guān)鍵技術(shù)。

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

解決這個矛盾的方法之一是使用脈沖編碼技術(shù)。一個長脈沖序列可以被壓縮成一個短脈沖序列，但頻率和相位也會發(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。在聲納信號處理中經(jīng)常使用頻率調(diào)制技術(shù)，信號在頻域的帶寬越寬，在時域的脈沖就越窄。

聲納所用聲波的頻率越低，作用距離就越遠(yuǎn)，產(chǎn)生低頻信號的換能器體積也就越大。當(dāng)使用聲波的頻率低于3.5kHz時，聲納就會因為換能器體積過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，高于被動聲納探測的頻率范圍。此外，艦艇主動聲納還可以通過控制波束仰角、采用自適應(yīng)技術(shù)來減小混響的影響。

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

5結(jié)語

隨著微電子技術(shù)，信號處理技術(shù)的發(fā)展以及人們對聲納傳播規(guī)律的認(rèn)識，聲納技術(shù)有了長足的進步，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)，在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭或區(qū)域海戰(zhàn)中，對于反潛來說，適時運用好聲納技術(shù)，就能夠有效地打擊敵方，從而達(dá)到保護自身艦艇的安全[11]。

參 考 文 獻(xiàn)

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[11] 宋明順.測量不確定度評定與數(shù)據(jù)處理[M].北京:中國計量出版社，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

作者簡介：張巍，男，工程師，研究方向：艦船監(jiān)造。

中圖分類號TN97

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.004