|
7 Z" D2 I/ t5 Q' p; t4 t 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。
: X% G5 c" g+ Z% [) B2 W% f& 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。
; e+ ~& S& S4 r) ^, [- F 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。
?6 z) c1 ^) Q ?- p 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。
0 y3 H. _1 X5 T6 M t4 L, X 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。
1 ~4 h/ r* W) P& g! @+ \ 通信天线：水声通信天线，用于水下通信，位于艇艏。
: ]1 n$ T2 k# C- a8 }, v1 { 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 G* u: X' n J" M5 V% F8 N V
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。 I7 K: `3 D( \
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。 f2 ]" N9 b, H5 R* P
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。
+ B7 R$ S' V! n1 r( D' q8 X1 ] 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）。 4 D! g9 H0 _6 w3 }+ ^# ^. G
8 e2 l1 ?! \7 h2 Q% C5 q: 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。
) v+ n/ [( M5 ]2 J& \9 } + ] S/ _: ]8 x) L
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 H+ [% B" `( ^! F% Z. j
, u" J* m0 a. {# F7 o# |9 l 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。
- E, ~) n! p6 v5 l5 i
, o* R. D+ P# I: ^. O 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。
* W, R1 p4 X/ y, I7 l 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。 7 l' M; O& W4 B& x7 j
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。
0 \5 _0 r+ C* G1 C* t 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。
1 y( I0 \# R: 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。 ( ?. e1 {- Q, X+ E7 ]0 U
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。
: D6 ^8 h6 L) @$ `4 Z
+ C0 X0 e8 b4 k7 d 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。 ( s& I0 ~* b; O, U' M
+ O* _9 T* U. C: T8 ~, Z
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。
' V6 a! ]+ [+ u7 e5 c/ ^ _
- e2 ~; u! _4 p: S; S2 O 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。
9 E3 d1 ~3 ^* T" M0 a . S/ P( V- i6 V" { 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。 1 B7 |! Q: Y* a$ R/ C9 }
4 W5 j. ]+ M3 l- R( r, q0 \
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。 # U, i+ l* K& f) l5 O* w8 l: f
$ u+ ^3 ]% ^5 d7 n# M
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。
* s8 ]5 X# o ^5 T. W1 t$ r
; D# u- I# O- N: v! I 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。
1 p! N7 K( |8 M+ @8 c 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。
; j' n& |4 J5 J: D 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。
2 O7 {( F) ~1 H) ~7 R9 H 1 c" T$ f7 B4 [4 H/ G$ _( |
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。
) X& [0 r3 V9 U0 U7 Q 这种显示方式有一个致命问题，就是不显示目标方位。 / u A6 n1 c; i6 ~' d
+ _. ~ W5 M& u8 O5 S/ O6 m
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。 $ G2 F$ ~( F" V J; G6 j# h
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。
1 R# V Q; a7 P) `7 { 2 o7 h8 a$ s. R& \
图为基洛级潜艇声呐控制台。 4 @( O/ }5 ]& l q0 J
5 _* S$ `# u Z. F0 w4 D
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。
- z: ~: S% H5 O6 y9 O+ d & k% B" n9 C* a, E# `! y
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。 4 n: `' z, y3 x; G
' W% G! B9 T) w, T
感谢阅读。
8 M3 q& j9 @+ m& O1 X8 z9 ^8 y -end- 5 z: k; Q3 H% _3 _% P
. I5 ~; R7 k" v( Y }8 b; m
^$ O6 V4 K" w0 D; H, ~! R) N) E5 q3 x9 `2 }0 b$ d% F4 n
1 R# v- X+ o5 V o' q
| 
