|
* |0 K# U* U/ ]: b/ [, H 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。 u, q2 R: S8 D w; ` T* N
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。
# Z7 w& S, e" G2 t 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 a, i9 A) U1 k! b" J
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。 , s' r! g( V/ Y0 @+ B4 u" y
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。 ~# b# z6 n) n" P0 @( p T
通信天线：水声通信天线，用于水下通信，位于艇艏。 9 \- K3 y/ v, @5 }# i
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。
$ f$ w- b2 U$ H8 ]& i 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。
) u. g( L- d3 J5 A! I# f6 _ 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。 ; ?$ a: V5 A: I: C* v; W8 t0 R4 q$ \: ~) o
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。 ! R; l& C/ ?, g& L1 G1 V& @! 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）。
$ D; s& ], z- y' } : u* N! |5 {) P' y
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。
8 i. {0 S' q/ O+ Z7 h& k 9 ?& E$ {- s- E5 g
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。
) `- E; Y" I* A7 g+ P* a% N - S5 ?1 O |( W1 g
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。 6 o4 P; T7 F& X. \3 B. j
; V1 P Q& {0 {% i! q/ v% V 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。 - `3 Y( n/ L7 Y6 t5 C
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。
* O0 d* P# F+ j" X 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 K$ o# n+ M+ c( n! @$ V3 j- T/ 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。 P7 q7 g- l; n& T5 a# s/ a8 L: s
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。
4 `; B5 S" p4 ^% J' W, U- x 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。 6 c* D4 R! d, j
0 f) `% q6 ^* 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。
. B- J3 F4 a( h. y0 ~. c
* R2 w) }0 q, I5 D 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。
' Z$ o& L- D) p9 N4 D
8 z/ w0 l9 \/ f) a9 x2 | 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。 # s8 w8 y: f- F- x
# x: N- W3 f) L8 J8 G2 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。 8 [9 s$ Z7 S( U/ X' h
6 Q C' j2 k9 @9 a7 X- F" G
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。
( x- q( a! ?' G; E+ Y6 _! E) Z+ i 2 U9 L. d: T& H, w% E4 I" c: E
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。
. G' R1 U+ ?7 E& h5 u! k2 v
- }& H& F( e. h$ W h( R 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。 0 M3 ~ N" O! W6 d. l, u) ? u& {
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。 ( o. {6 S- P3 B/ M
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 k% t/ |6 S% A0 `9 i2 p2 j
6 e1 q& m+ L" j0 h! \/ n# ]/ u 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。 1 ]" ]- }( b9 o6 G4 T# I/ ]$ Q
这种显示方式有一个致命问题，就是不显示目标方位。 + m3 s* e% c2 o$ b
3 p. m6 |' J8 G. 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。 5 D$ k) c% ~& D- 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。
& E8 f, Z* i O: I, @+ Y" w
% Y( ~& ]: }: B3 ` 图为基洛级潜艇声呐控制台。
y) b0 x" t; z$ G
' s" r4 M, Z. E. \1 U$ Q# l 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。
4 c# ~! X: ?8 r, n - g5 E0 o( d' U4 t! G! T
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。 ) b* k9 b, W2 @8 o% O4 S8 d% T: Q
" X1 |, ^) r4 H- j( L4 i" v# {8 s1 Y
感谢阅读。
4 M4 c2 }8 B3 h* x+ r -end- ' E* k* b( K! c) |: \+ Q
" E& Y7 ]$ y1 {) v+ R
1 w3 U9 v3 |; O# u6 _% q6 B
% u/ u& K( I/ J; O' Z6 D4 B8 m3 L4 w/ [9 Q9 M
| 
