|
( N3 ~8 W% m0 l, n/ S0 W/ T! c
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。
4 R/ F" P, R# u1 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 r! R! g1 L4 E8 e; Y
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。 . ]4 k! {2 I( f8 d# a N
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。 4 [5 N, k4 Y. t- a( q$ b
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。
8 S3 X& `6 Q) f 通信天线：水声通信天线，用于水下通信，位于艇艏。 6 ~4 e+ q( ]3 x, V
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。
( r3 Y) A" i3 G: o8 C" V v" G$ M 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。
& ^, y) {$ g4 M8 p: ` 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。 G0 ], h6 \: A3 {: \! @; }8 d# n
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。 + F' b7 H# t" K6 W6 _9 ^0 s
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）。
% R# Q0 V8 }$ r5 a6 [ 3 I7 n* r% j {) t& a2 `; z- E
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。
# R2 a& S! Z! ~ : n4 U: p" {' ?0 q
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。 # d4 |7 ~2 W: Z5 T' _ Q" @
; E9 h, G3 j- k' _ 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。 ; J& V2 G$ ?3 K; ^' |* \5 N
( W4 Q7 `2 _! m* J+ n 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。
* U/ K/ \% M3 b 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。 ' E. F* R9 Y7 Y0 e( |
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。 1 o! O. ^7 v0 c8 O9 V" c
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。 " k& ]2 S, \" |- s% U% u4 |+ x y
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" P# q" E( k
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。 " `& T2 J8 M! s
P v+ L+ C5 k0 w$ i( q
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。
0 L& _0 p l0 q
) ^5 a0 J9 g$ x6 ~( \ N* l8 I 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。
Y2 M) L. b8 ?' _3 ] * r: @% f; b2 N1 G" J5 U
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。 # f o i# d% Y `8 m7 ~
2 K- o7 ?* N+ K, m! ~7 k6 y% z
达拉级潜艇共形接收阵侧视图，相当于传统接收阵+舷侧阵。
& T6 W2 f, I& S+ u0 C 7 z5 H" J4 p" V
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。
: c4 g' B3 z) g' u) u 6 K+ X, F6 n5 O, m P" O
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。 2 D+ E: [/ D& ~0 s
# `2 m& Y' N2 @" P: ~& `: ]
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。
# `5 i& E+ c. C' M8 I3 e& 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。 9 a# z1 J8 K. d0 |
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。
+ d, i( u' w. v$ Z" i$ a" e- y U. j4 j8 `$ |/ x
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。
+ t8 Z9 B& F& S6 P 这种显示方式有一个致命问题，就是不显示目标方位。
% B4 ?/ T' R, c
0 i1 }8 S; I z2 U" ` 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。 2 r: |. _! N: N, t3 g( V0 I
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。
$ K4 \5 Q4 ~% }# w
0 u/ i6 ~' D; M" Z6 W, D 图为基洛级潜艇声呐控制台。
8 G2 y. E8 u- u, ^5 s/ g G
0 U( ?; A' I- R% k 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。
" q" p$ {3 e. K! x* G* V6 m% J- n : ^6 V4 k3 y+ n0 q# z9 m
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。
6 @ Q. ]5 y* r . h1 y" Q9 Z' _2 f: b, Q
感谢阅读。 : x5 d; ]$ c2 ]* _
-end-
. ?- S4 ?& i/ `- U- }& P* C
3 F" E. Y' F: E) ^/ j, u) T4 @
C ~. y3 I$ f7 B) Q# i& @2 M' o
0 g2 e+ o/ X) S- g; j
+ y# @. Q! B; l: {( L' H | 
