低频主动声纳

0 D" h3 W5 b( l8 {& A' A0 ?+ K' l

低频主动声纳探测到给定距离上典型潜艇目标 (由长 300 英尺/91.44 米，直径 30 英尺/9.144 米的圆柱体代表) 需要的最低发射强度 (模拟值)。横坐标为工作频率 (赫兹)，纵坐标为声源强度 (分贝)，曲线上方的数字为探测半径 (海里)。左方的蓝色区为高背景噪声频段 (低频声波传输损耗低，累积背景噪声水平相应较高，见下图)，频率越低噪声水平越高，迫使声纳系统提升发射功率加以补偿，否则无法维持实现目标截获所需信噪比。右方的粉色部分为声能吸收区，海水对较高频率声能的强烈吸收同样迫使声纳大幅度增强发射功率以维持目标回波强度。高频声纳因此只适合探测近距离目标，最现代化的反潜鱼雷实质上也是不折不扣的近视眼。美军正在研制/测试的大型低频主动声纳距称发射强度为 235 分贝，距声源 2 千米处的信号强度仍高达 160 分贝，原则上能探测到数百海里外的军用潜艇。

8 `' M/ x1 x8 b7 J) V, u; H: b! R( H

$ `$ h5 `# R9 @7 @# P* a

由于高频声波随传播距离增加而迅速衰减，海洋背景噪声谱中的高频部分甚为微弱，低频部分则相当强烈 (横坐标为频率，单位赫兹，纵坐标为噪声水平，单位分贝)。图中两条棕色粗线界定了主要噪声的上限和下限，棕色虚线为交通繁忙海域的船舶噪声，灰色区为浅海海域船舶噪声的典型水平，其右侧的横线区为深海海域船舶噪声的典型水平，黑色实线及数字显示风级与风致噪声的对应关系，黑色长虚线为强降水导致的背景噪声，黑色短虚线为外推值 (非实测)。100-100000 赫兹频段由海洋表层激励噪声主导，船舶交通是 10-1000 赫兹背景噪声的主要来源。生物活动，降水，海冰，海洋油气开发，渔业活动等均可间隙性地在局部海域导致明显高于典型水平的宽频背景噪声。

4 ]: u% s8 r1 d) V! d1 U

# d2 H# L0 M# V) B# a! J3 x2 x

目标的回波强度很大程度上取决于其指向。综合考虑背景噪声和传输损耗因素后，200 赫兹是低频主动声纳较为理想的工作波长，此时接收阵列的长度需接近 400 米方能实现 1 度的测角分辨率。

, J. y; D1 S* N% |

% j% O7 p g+ O

长 300 英尺/91.44 米，直径 30 英尺/9.144 米的圆柱体受到 200 赫兹声纳波束照射时的回波强度，计算中似乎忽略了圆柱体两端的反射信号。

4 C- U$ Q' ?& n& p/ C

) E2 G9 j" V) u+ J

大型远程低频主动声纳的发射源功率巨大并垂直悬挂于平台下方，不适合由常规水面战舰部署。

" J9 c9 C& }* n% X; _+ ~

- ^5 {4 Z0 C5 {9 E/ {4 j

携带庞大声纳监视系统的水声监听舰在反潜体系中的作用相当于空战领域的预警机。没有大型固定阵列/水声监听舰的有效引导，反潜水面战舰，反潜飞机，猎潜潜艇等的作战效能均将大打折扣。但不论水声监听舰的声纳系统如何先进强悍，仍无法反抗基本物理法则，在声学环境异常恶劣的浅水海域正常工作。

056A 反潜轻护菊花照，新世代主被动复合型拖曳线列阵声纳清晰可见，左侧黑黄相间者是被动拖曳线列阵，水听器模块在横截面上呈正三角形排列，解决了左右舷模糊问题。右侧是容纳主动发射单元的拖曳体。目前已观察到的该型声纳搭载舰包括 20 艘 056A，后 14 艘 054A，14 艘 052D 系列，4 艘新大驱，共 52 艘。尚未下水的舰只未统计在内。

与美军工作于 100-500 赫兹，仅主动端就重达 155 吨 (阉割版 64 吨)，探测半径达数百海里的大型低频主动声纳相比，我军新锐战舰装备的战术级系统全重只有数十吨，工作频率更高，信号衰减幅度较大，发射源信号强度较低，波束聚焦能力较弱，探测半径也就远小于美军水声监听舰所部署的低频主动声纳，但对抗安静型潜艇时的效能仍远在被动拖曳线列阵声纳之上。英军海试数据显示高端战术级低频主动声纳的覆盖范围可达两个水声汇聚区即 70 海里左右，可有效压制携带潜射版捕鲸叉，飞鱼，YJ-8 等反舰导弹与重型反舰鱼雷的攻击型潜艇。

1 V' U. Y5 A U5 S R* p

4 h! L( A* @& K# _1 z5 Y7 v

( l( z" R. c# ~7 k" q& w

+ y, R6 ]/ b1 c+ T* Y9 \! Q

更早建造的驱逐舰与护卫舰至少搭载了 26 套纯被动型拖曳线列阵声纳。

( s* j# v% s' _; A9 h

相比之下，美军共在后 20 艘提康德罗加级导弹巡洋舰与前 28 艘伯克级导弹驱逐舰上部署 48 套纯被动型拖曳线列阵声纳。日本共有金刚，爱宕，村雨，高波，秋月，初雪，朝雾 7 级 35 艘驱护舰安装了类似设备，不愧是美军的反潜跟班。与欧美海军选择性阉割的模式不同，中日两国的驱护舰普遍按照最高标准配置反潜探测设备。

9 w8 x6 [9 R/ x

美军的研发重点是战略级大型低频主动声纳，战术级系统仍处于海上测试阶段。

- V, D: j% Q" B. H) P' ]5 R

2 K! v" a1 s2 s1 Q* e

, N3 l& d! O+ i3 _+ [$ r$ a; n

4 c% i1 m/ R* ~1 f+ C

) |! t+ ~/ m1 u) Y4 J+ z9 G

英国 2087/法国 UMS 4249 CAPTAS 4 复合型拖曳声纳安装在 8 艘现代化改进后的 23 型公爵级，6 艘法版反潜型 FREMM，4 艘意大利版反潜型 FREMM，2 艘外销的反潜型 FREMM 护卫舰上。欧洲三大海军强国的复合型拖曳声纳装备总数为 18 套。2087 声纳既是英军 23 型护卫舰现代化改进的重要内容，也是未来 26 型护卫舰的制式装备。

; R4 j, V* z: M, O4 X0 }1 q3 Z0 ] . S2 [0 v) b& ?- }" C8 |$ B' f; q

CAPTAS 系列复合型拖曳声纳，黄色部分为容纳主动发射单元的拖曳体

' `: s9 {9 Z6 O6 B1 n

有意思的是荷兰也不声不响地为升级改造后的 2 艘卡雷尔多尔曼级护卫舰装上了 Ultra Electronics 提供的复合型拖曳声纳。

7 k2 }" p4 V$ T! v- A# k& p / }% W4 N: j3 c/ I" m! d6 _- u

2 e: ?( M# {& V* S. D! i

印度国防部于 2014 年底与德国 Atlas Elektronik 签署价值 4000 万欧元的合同，购买 6 套ACTAS ACtive Towed Array Sonar 主被动复合型低频拖曳线列阵声纳。

# B Q2 q" I) a. ~* U- X$ B6 q0 F" q! G* B 4 o! w3 |1 j* S

& d% N3 S3 H; _4 f

3 C! y$ e6 _7 A2 C. R

W0 g5 n" p& ?" d2 |4 C

F123 勃兰登堡级 F217 拜仁号护卫舰是德国海军唯一配备该型声纳的水面战舰。

ACTAS 主动模式下的核心工作频率为 2 千赫，比主动模式频率范围 900-2100 赫兹的 2087/CAPTAS 略高，据 Atlas Elektronik 方面宣称可较为有效地追踪 60 千米外，即第一水声汇聚区处的典型军用潜艇。

% V6 t; X5 S3 @4 M

印度订购的首批 6 套 ACTAS 用以装备 3 艘弯刀级导弹护卫舰。以及 3 艘德里级导弹驱逐舰。位于班加罗尔的国企 Bharat Electronics Limited BEL 将负责生产印度本土化版本的 ACTAS。

1 ]; j I' ~+ P4 X& W! t 2 ^' }9 [* @3 i3 ]5 l) o+ i " n j, ~) d( W1 f( @