|
, j- p+ m5 G4 n$ y5 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。 8 P0 {$ ^* k8 [" H) Y5 C) C4 m
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。
0 j; x1 e5 ^: e3 f. @# O 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。 7 g8 z1 k* c: _- I
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。
8 D1 o! E% A2 F( p: } 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。 & T) N/ h% V4 I- G7 S+ V
通信天线：水声通信天线，用于水下通信，位于艇艏。
/ b$ U" {! r) K9 K 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。 ; e# e: R, W: F+ j0 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。 ) A# t' m5 u$ b! W" m1 y
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。 : ]4 o7 w5 ?1 m5 W- X/ ?
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。 8 y! g( f' M i: t* Y
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）。 / A. K+ H% L& S3 R8 R7 I3 D1 S
; H s; S4 a$ s
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。
0 R. I9 Z' P2 |! M, K& c9 I6 l
6 k( R0 i* O2 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。
8 T6 X& d) _8 P( |
1 A! }; V, M2 ]8 v: V- c6 h 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。
& N8 N7 V! ?, ~* s+ T; R
! D; R& m4 `& D& W9 w" n1 D 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。
/ u7 y5 W: N4 \5 Z# y$ G. i) c5 I 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。 6 Z1 c, p3 [7 c
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。 * K7 B7 n% I: N/ _$ d
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。 ( A# ^2 O) h3 A4 H2 f$ A% w
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。 / P/ X1 z: P6 g- 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。
2 b, z1 ~ R, ^2 \( }/ Q
' e5 F. K; n! ^3 K* p 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。 n% h( J& r$ P. j& |0 G' h. ?
% _3 D, _& V6 Z& n 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。
: M6 ^) |9 Q) l* r6 r" }, R
8 h y6 X( @! z2 _9 d0 k* g 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。
- t \6 c, R2 W- c7 H# C. f
# A/ Z5 N8 L4 Q* p. D0 I 达拉级潜艇共形接收阵侧视图，相当于传统接收阵+舷侧阵。
8 c" C6 ?7 O1 l# \ / X3 g' }4 i% j) F
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。 # \8 S5 Q6 F1 P. i: K8 k
2 _6 t" _3 x% l6 X
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。
8 _3 |0 `" N" |: o6 w/ ^ 9 H% z; d2 d) h4 A. H! Z
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。 * X5 ~5 |) d) y! M% T% N; ]
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。 4 v, `. d/ N% _/ V
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。
0 b. w4 M% R- X0 J 0 V* Q( p+ u9 Q! |$ f$ d
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。
0 q2 Q) H! X& I# X) ^ Y 这种显示方式有一个致命问题，就是不显示目标方位。
3 v/ Y/ T$ q" ]6 q7 P0 I/ U+ n 3 f( x M0 J$ e' A. M8 L+ H" F
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。
, I) \* S! m% m5 D9 l7 \- s 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。 6 |/ y! i/ ~6 m
6 C; L; ]- C' q) y" z
图为基洛级潜艇声呐控制台。
9 Z7 ?/ T: h! M5 s K
! K( m: z5 W2 ^( K1 v1 Q, Z& p 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。
5 L% [9 a% M$ r' J4 n0 r8 g
9 s2 i) q1 p; U2 w& B 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。
H& W6 e3 I" n0 U) B: ] $ B9 E: |/ K; i) ^6 T
感谢阅读。 9 c+ U0 B5 k2 Y0 i- {3 x0 M
-end-
! d* y+ j7 p$ F" H' ^' W( u- l( G: E% l) c! y" a2 A6 l
2 m3 @7 I2 N% {+ a
$ G7 x8 E U+ g9 J3 T. f: P8 i
7 T; U3 M3 P% e6 t- [4 {# \ | 
