|
' M) m* Z! h$ U7 h/ Z/ y 潜艇声呐是潜艇水下主要的探测工具，由于潜艇较为神秘，很少有详细介绍。本文就来讲讲潜艇声呐。受本人水平的限制，可能存在错误，欢迎指正。本文谢绝一切形式的转载，敬请谅解。 / \ C @; k: n6 s& K7 _
潜艇在水下航行时，由于电磁波和光在水中衰减很大，传播距离非常有限，对于潜艇来说水声信号是探测目标最有效的方法。根据工作类型声呐可分为主动声呐和被动声呐，前者使用主动搜索的目标回波作为源信号，后者由监听获取目标辐射噪声信号作为源信号。但在实际工程实现中，可以共用接收阵。
: b' {& |4 }/ M% d b+ L5 I- S 下面以俄制基洛级潜艇为例，介绍下潜艇上究竟有哪些声呐。 2 o' {! U8 ~1 m
探雷/避碰天线：主动声呐，频段较高，分辨率高，探测距离近，能探测到航道上的一些障碍物，保障潜艇水下航行的安全性，位于艇艏。 3 L; g- E B' x! P+ ?9 G+ Y+ v
接受阵：单独使用为被动声呐，与发射阵一同使用为主动声呐，频率范围大，是潜艇最主要的声呐，位于艇艏。 9 }/ L: e. p5 `# \
通信天线：水声通信天线，用于水下通信，位于艇艏。
& |* ~2 w& }* f$ e 前侦察阵：被动声呐，当接受阵关闭时，可利用前侦察阵进行监听，也可以补偿接收阵盲区，位于艇艏。
1 M: ], W+ y& W 发射阵：与接收阵一同使用时为主动声呐，位在指挥台前下部。
$ Q0 Y$ F G' [; B6 j( x 高频天线：主动声呐，频段高，分辨率高，可以精确定位距离较近的物体，位于指挥台后部。
$ I0 j) N; ]/ b# |3 {8 J/ o# M: [ 后侦察阵：被动声呐，当接受阵关闭时，可利用后侦察阵进行监听，也可以补偿接收阵盲区，位于指挥台后部。 . b% S+ S- |5 m& V
拖曳阵：被动声呐，长度长，孔径大，空间增益高，可以探测安静型潜艇低频谱线，可收放，放出后拖在潜艇尾部（拖曳阵仅安装达拉级潜艇，基洛级潜艇并未装备）。
7 L2 J. @( A0 J( U) O6 M
+ J" K7 l3 n O, @: D 艇艏环境最安静且视野最开阔，是安装接收阵最理想的位置。基洛级潜艇的接收阵位于艇艏下部，鱼雷发射管位于艇艏上部，常规潜艇中也有相反的布局。 : M! X, _$ o; c1 D
) `6 L4 d6 d3 [$ C9 k6 S 基洛级潜艇的接收阵，一般而言为了避免干扰，发射阵与接收阵并不安装在一起，但也有安装在一起的情况。接收阵由非常多的阵元组成，每个阵元分别接收信号，再由计算机进行处理。
1 d9 M \. Q' Q/ p5 J$ _
( |* r. n( w& t 基洛级潜艇的发射阵，位于指挥台前下部，拆除外壳后可看到内部的发射阵，发射阵也有数个阵元组成，但阵元数量较少。 % U8 W- @) s3 t5 B
: h; b: e3 I% z" G; r6 E
西方的潜艇声呐系统与俄制潜艇相比略有区别，下面以德制 ISUS-100 声呐系统为例，介绍下西方潜艇声呐系统。 ' }! s! x( q7 L9 W2 X
接收阵（CAS，Cylindrical Array Sonar）：单独使用为被动声呐，与发射阵一同使用为主动声呐，频率范围大，是潜艇最主要的声呐，位于艇艏，圆柱形阵。 1 m: h! J; h- Y& b' W+ k
发射阵（CTA，Cylindrical Transducer Array）：与接收阵一同使用时为主动声呐，位在指挥台前下部，圆柱形阵。 " O' N- q) V! ?# E
侦察阵（CIA，Cylindrical-intercept Array）：被动声呐，当接受阵关闭时，可利用侦察阵进行监听，也可以补偿接收阵盲区，位于指挥台后部顶端，圆柱形阵。 # e) t) e. v8 i
拖曳阵（TA，Towed Array）：被动声呐，长度长，孔径大，空间增益高，可以探测安静型潜艇低频谱线，可收放，放出后拖在潜艇尾部，存在阵形畸变问题。 2 \& m4 U5 o1 v3 Y
舷侧阵（EFAS，Expanded Flank Array Sonar）：被动声呐，长度较长，孔径较大，空间增益较高，可以探测安静型潜艇低频谱线，位于艇身两侧，不存在阵形畸变、收放和拖曳问题。 - a7 u5 h; z* ?
, h d0 d+ h2 e) V+ _' } 正在进行测试的 ISUS-100 接收阵，与基洛级潜艇接收阵相比，尺寸较小，安装位置也于基洛相反，位于艇艏上部。 2 f! y g1 Q! X6 ]' c
6 V/ Q* M9 a. W1 S7 E% T$ `
ISUS-100 舷侧阵，这是一种低频被动声呐，以远程噪声检测、噪声测向和噪声识别为主，可以兼顾噪声测距，分布于艇体两舷较平直的部分，充分利用艇体长度，孔径较大，空间增益较高，与拖曳阵一样可以探测安静型潜艇低频谱线，在艇的左右舷可各布一条阵，不存在空间两重性，是一种较理想的阵结构形式。但是舷侧阵从艇艏起算左右舷各存在一定角度的声呐盲区范围，且侧向的误差较大，实际使用中需要跟平衡木预警机一样走U型路线。
" j: \! C( N& e- j/ f 4 V0 k! E5 Y* Z, e4 H: `
正是因为舷侧阵充分利用艇体长度、孔径较大、空间增益较高、低频探测能力强等优点，传统的接收阵也在向共形阵发展，图为俄制达拉级潜艇，艇艏装有共形阵，阵列的形状与潜艇外形相同。
, Q/ h6 T: a o
- E1 @& @8 Y( Y4 o9 u8 N 达拉级潜艇共形接收阵侧视图，相当于传统接收阵+舷侧阵。 N7 E) ~% H6 L- a. Y$ D' ]* u
$ u% s. ?" [3 p8 j$ L 美军的核潜艇声呐比较特别，艇艏采用球形接收阵，鼓形发射阵直接安装在球形接收阵下方。
5 N$ p$ Q1 P) u( N
; W5 w1 B: N6 t2 h6 _ 由于发射阵和接收阵几乎占据了艇艏全部空间，鱼雷发射管只能安装在艇体两侧，并外倾。图为SSN-789攻击核潜艇，两侧的4根管子就是鱼雷发射管，请注意这段已经不是艇艏了。
+ Q; H2 g e3 I; G3 ^ ( U f5 X7 _: M7 P1 m! Y
最后介绍下声呐怎么用，主动声呐原理较为简单，与雷达类似，下面以被动声呐为例，介绍声呐的使用。 {* F: Z; N+ a7 K' b3 E& f
现代被动声呐早已不是用耳朵听的了，或者说耳朵监听只是一种辅助手段了，主要的手段是信号通过计算机处理后显示在屏幕上，如何显示被动声呐信号，这是一个很有意思的问题。
& Y! h! k- `; W1 C 我们先看一种最基本的被动声呐显示方式，横坐标为时间，纵坐标为噪音信号频率，灰度的噪音信号强度，由图可以看出被动声呐探测到了1.5k-3.5k的噪声源，间隔不到2秒。
; y R: e3 Z8 B. |3 g' W9 r3 W
! P. T7 o1 [4 e- e: L o) | 在上图的显示方式上可以增加噪声源的频谱，由此可以看出被动声呐探测到了3.75k的噪声源，间隔18秒，幅值0.1。 , l% Z0 _* ?2 v+ k1 N: f0 D
这种显示方式有一个致命问题，就是不显示目标方位。
7 k) K( y0 h6 `" c! Z* G: U , i; l" ~5 d; I* z( w& u' [4 S
60年代开始出现了Trace-to-Trace的显示方式，横坐标是方位，纵坐标是时间，噪音信号频率用颜色标表示，噪音信号强度用宽窄表示，顶部仍然是噪声源的频谱图（半）。这样就极大的方便了监视。图为基洛级潜艇声呐控制台。
8 v6 z. H S( P2 w: b6 @9 @& V$ t- E 被动声呐还有一个特点，可以进行目标识别，通过目标噪声信号可以分析其特征参数，包括轴数、螺旋桨叶片数、螺旋桨转速、动力装置类型等，根据特征参数可以判断目标类型。比如，4轴、5叶片、低转速、核动力即可识别为航母。现代被动声呐可以实现自动识别频谱，自动进行分析识别。
; ^- P Q7 h& g 3 L: g) V% w! x+ u" ]9 {9 n
图为基洛级潜艇声呐控制台。
- ^$ E1 C: L& q! b( G5 b5 w2 U* Z
) v5 n, h4 s! M9 d7 G4 } 西方潜艇的声呐显示方式也基本相同，图为英国皇家海军声呐兵训练仪，屏幕显示内容进行了模糊处理。
1 D1 Z6 _* p0 N3 B! y 4 H7 y$ s' [# d& n
经过声呐控制台识别并确认后，目标即可进入火控系统，从显示界面上来看就跟雷达显示屏差不多了，当敌舰进入火力圈后即可开火。图为基洛级潜艇火控控制台。 ; c* C# Q7 O7 \8 t1 g+ E6 |7 D* |
6 f6 y1 x2 Z$ `8 n3 j5 c 感谢阅读。
7 _; Y! L! l$ G! t' n6 z! k -end- / h! m: T; S) J: Z
/ E% f" M+ k% s5 o1 l" e2 o1 m: g
' t5 E2 ?& Z! M+ l9 M8 |, |- \! S! H/ J
7 q, d: n0 i+ |. o/ J+ \. x& e0 D
| 
