淺談潛艇聲吶

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潛艇聲吶是潛艇水下主要的探測工具，由於潛艇較為神秘，很少有詳細介紹。本文就來講講潛艇聲吶。受本人水平的限制，可能存在錯誤，歡迎指正。本文謝絕一切形式的轉載，敬請諒解。

潛艇在水下航行時，由於電磁波和光在水中衰減很大，傳播距離非常有限，對於潛艇來說水聲信號是探測目標最有效的方法。根據工作類型聲吶可分為主動聲吶和被動聲吶，前者使用主動搜索的目標回波作為源信號，後者由監聽獲取目標輻射雜訊信號作為源信號。但在實際工程實現中，可以共用接收陣。

下面以俄制基洛級潛艇為例，介紹下潛艇上究竟有哪些聲吶。

探雷/避碰天線：主動聲吶，頻段較高，解析度高，探測距離近，能探測到航道上的一些障礙物，保障潛艇水下航行的安全性，位於艇艏。

接受陣：單獨使用為被動聲吶，與發射陣一同使用為主動聲吶，頻率範圍大，是潛艇最主要的聲吶，位於艇艏。

通信天線：水聲通信天線，用於水下通信，位於艇艏。

前偵察陣：被動聲吶，當接受陣關閉時，可利用前偵察陣進行監聽，也可以補償接收陣盲區，位於艇艏。

發射陣：與接收陣一同使用時為主動聲吶，位在指揮台前下部。

高頻天線：主動聲吶，頻段高，解析度高，可以精確定位距離較近的物體，位於指揮台後部。

後偵察陣：被動聲吶，當接受陣關閉時，可利用後偵察陣進行監聽，也可以補償接收陣盲區，位於指揮台後部。

拖曳陣：被動聲吶，長度長，孔徑大，空間增益高，可以探測安靜型潛艇低頻譜線，可收放，放出後拖在潛艇尾部（拖曳陣僅安裝達拉級潛艇，基洛級潛艇並未裝備）。

艇艏環境最安靜且視野最開闊，是安裝接收陣最理想的位置。基洛級潛艇的接收陣位於艇艏下部，魚雷發射管位於艇艏上部，常規潛艇中也有相反的布局。

基洛級潛艇的接收陣，一般而言為了避免干擾，發射陣與接收陣並不安裝在一起，但也有安裝在一起的情況。接收陣由非常多的陣元組成，每個陣元分別接收信號，再由計算機進行處理。

基洛級潛艇的發射陣，位於指揮台前下部，拆除外殼後可看到內部的發射陣，發射陣也有數個陣元組成，但陣元數量較少。

西方的潛艇聲吶系統與俄制潛艇相比略有區別，下面以德制 ISUS-100 聲吶系統為例，介紹下西方潛艇聲吶系統。

接收陣（CAS，Cylindrical Array Sonar）：單獨使用為被動聲吶，與發射陣一同使用為主動聲吶，頻率範圍大，是潛艇最主要的聲吶，位於艇艏，圓柱形陣。

發射陣（CTA，Cylindrical Transducer Array）：與接收陣一同使用時為主動聲吶，位在指揮台前下部，圓柱形陣。

偵察陣（CIA，Cylindrical-intercept Array）：被動聲吶，當接受陣關閉時，可利用偵察陣進行監聽，也可以補償接收陣盲區，位於指揮台後部頂端，圓柱形陣。

拖曳陣（TA，Towed Array）：被動聲吶，長度長，孔徑大，空間增益高，可以探測安靜型潛艇低頻譜線，可收放，放出後拖在潛艇尾部，存在陣形畸變問題。

舷側陣（EFAS，Expanded Flank Array Sonar）：被動聲吶，長度較長，孔徑較大，空間增益較高，可以探測安靜型潛艇低頻譜線，位於艇身兩側，不存在陣形畸變、收放和拖曳問題。

正在進行測試的 ISUS-100 接收陣，與基洛級潛艇接收陣相比，尺寸較小，安裝位置也於基洛相反，位於艇艏上部。

ISUS-100 舷側陣，這是一種低頻被動聲吶，以遠程雜訊檢測、雜訊測向和雜訊識別為主，可以兼顧雜訊測距，分布於艇體兩舷較平直的部分，充分利用艇體長度，孔徑較大，空間增益較高，與拖曳陣一樣可以探測安靜型潛艇低頻譜線，在艇的左右舷可各布一條陣，不存在空間兩重性，是一種較理想的陣結構形式。但是舷側陣從艇艏起算左右舷各存在一定角度的聲吶盲區範圍，且側向的誤差較大，實際使用中需要跟平衡木預警機一樣走U型路線。

正是因為舷側陣充分利用艇體長度、孔徑較大、空間增益較高、低頻探測能力強等優點，傳統的接收陣也在向共形陣發展，圖為俄制達拉級潛艇，艇艏裝有共形陣，陣列的形狀與潛艇外形相同。

達拉級潛艇共形接收陣側視圖，相當於傳統接收陣+舷側陣。

美軍的核潛艇聲吶比較特別，艇艏採用球形接收陣，鼓形發射陣直接安裝在球形接收陣下方。

由於發射陣和接收陣幾乎佔據了艇艏全部空間，魚雷發射管只能安裝在艇體兩側，並外傾。圖為SSN-789攻擊核潛艇，兩側的4根管子就是魚雷發射管，請注意這段已經不是艇艏了。

最後介紹下聲吶怎麼用，主動聲吶原理較為簡單，與雷達類似，下面以被動聲吶為例，介紹聲吶的使用。

現代被動聲吶早已不是用耳朵聽的了，或者說耳朵監聽只是一種輔助手段了，主要的手段是信號通過計算機處理後顯示在屏幕上，如何顯示被動聲吶信號，這是一個很有意思的問題。

我們先看一種最基本的被動聲吶顯示方式，橫坐標為時間，縱坐標為噪音信號頻率，灰度的噪音信號強度，由圖可以看出被動聲吶探測到了1.5k-3.5k的雜訊源，間隔不到2秒。

在上圖的顯示方式上可以增加雜訊源的頻譜，由此可以看出被動聲吶探測到了3.75k的雜訊源，間隔18秒，幅值0.1。

這種顯示方式有一個致命問題，就是不顯示目標方位。

60年代開始出現了Trace-to-Trace的顯示方式，橫坐標是方位，縱坐標是時間，噪音信號頻率用顏色標表示，噪音信號強度用寬窄表示，頂部仍然是雜訊源的頻譜圖（半）。這樣就極大的方便了監視。圖為基洛級潛艇聲吶控制台。

被動聲吶還有一個特點，可以進行目標識別，通過目標雜訊信號可以分析其特徵參數，包括軸數、螺旋槳葉片數、螺旋槳轉速、動力裝置類型等，根據特徵參數可以判斷目標類型。比如，4軸、5葉片、低轉速、核動力即可識別為航母。現代被動聲吶可以實現自動識別頻譜，自動進行分析識別。

圖為基洛級潛艇聲吶控制台。

西方潛艇的聲吶顯示方式也基本相同，圖為英國皇家海軍聲吶兵訓練儀，屏幕顯示內容進行了模糊處理。

經過聲吶控制台識別並確認後，目標即可進入火控系統，從顯示界面上來看就跟雷達顯示屏差不多了，當敵艦進入火力圈後即可開火。圖為基洛級潛艇火控控制台。

感謝閱讀。

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