|
/ e5 d# z! @( k! d6 e7 _
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。 . j1 o h" k$ A1 Z
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。 # R/ M1 T6 P1 G0 d: I
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。
+ {0 \* ~7 [' D# Q' A7 j Z 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。
" v3 P. P! t) M. i/ V0 {& e 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。 : A* i- K" g0 Q) M: y" o
通信天线：水声通信天线，用于水下通信，位于艇艏。 & n9 U5 [8 H4 R1 h) u
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。 ' R7 D0 A: A4 {6 @7 f z7 [
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。 9 u% l: O9 J( i6 S" l$ ?/ @
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。
5 L0 n. y; A3 B" [$ V 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。 5 K- b) M2 d8 M. c( J
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）。 j: |5 Z( H5 m/ n: j
: g3 h* t' {9 D, {% t/ @( N( g 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。 ( t$ }4 \8 x* L8 m6 p! J. E* [
/ b1 _1 u# q. K. N4 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。
. _9 ~& `) o5 ?6 `& P
9 m; h3 i! m- {- J2 {: l }# e 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。 D$ E% i4 `9 T \: h# V0 L7 m& ~
1 [" O8 U, `' ]' U2 S2 B 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。 4 }' m% t5 ^# O) k% y
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。
0 }9 m/ f- d+ @3 W2 z 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。 # C7 D$ Q) w* A& O; `
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。 6 y& ]4 R6 S6 B9 p" U
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。
1 Y) q# m/ g- \: o! _5 `* S5 | 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。
: m( ~8 p) u- G% Q9 [9 M
5 A# g w$ I* }9 m. U 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。 / ?7 K$ y! n, a5 w- y
" G+ l. @# s# @
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。
1 |% n# k1 d1 T% O/ z# E / b9 z# {5 r8 E; m# n
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。
6 N' X. p" s$ y* b6 \2 W( a0 V # y* |7 Y% c: P/ j2 n6 n7 o1 O
达拉级潜艇共形接收阵侧视图，相当于传统接收阵+舷侧阵。
: L1 I" p( y# S- J5 B+ { 4 n6 j1 a% s; k; K ]
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。
: q/ T1 Q6 H% n( M3 w
% I% F* |; K c; b 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。
% V" x7 w3 c! A4 d- w( N( P- H
' y0 k! N( K# z0 }6 j2 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。 & X# ? U$ W8 T w9 \9 c' l
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。
8 v+ O8 _( G) N9 v/ N& ]9 | 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。 + ^3 G0 j/ ~) Y& b, l
5 X2 D0 G0 u' w: P
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。
+ B$ C5 F3 N+ j& q% L 这种显示方式有一个致命问题，就是不显示目标方位。 * W \. G$ n7 {) k2 r
. \( I7 j) U1 n
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。
0 w7 ?2 O& O6 d9 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。 X+ S8 V/ j5 n" `- W8 `$ B: v7 |
- `3 E, {$ F* E4 I) C; h1 L 图为基洛级潜艇声呐控制台。
E, c( Y. ^4 B/ [ N) x 9 A1 d" e, N1 Y, Z( {' X8 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。
9 e/ D) u% ~" K+ z8 t
) ~9 @7 X/ y* i& e/ q 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。 + ]5 i' {& \- I: z
3 \+ T! ~- F, o0 x 感谢阅读。
" a0 ~0 e, y9 E) Z -end-
* P% H. v) ~: a! {. s) F, @
% M+ e. {7 R5 ~' [" n8 m+ r) R- f- D' I/ `6 \
8 A0 N# c- M9 X$ ~* D1 s
1 @' b/ u$ Y* O& z0 D" U7 O | 
