柳志忠 姜朝宇

(海軍駐葫蘆島431廠軍事代表室 葫蘆島 125004)

1 引言

聲納技術主要用于水中警戒、水中目標定位與跟蹤、水中武器射擊指揮、水中通訊、探測水雷、水下導航、水中目標識別、聲納偵察與對抗等方面。目前,國外海軍的艦載聲納,主動式的探測距離可達5～10海里,最高者可達30海里,定位精度中其方位精度最高者可達0.25～0.5,其距離精度可達0.5%～1%;被動式的探測距離可達20～100海里,可滿足對潛警戒,協(xié)同作戰(zhàn),盡早規(guī)避等要求。本文就艦艇聲納技術、發(fā)展動向、發(fā)展分析等,作進一步的研究和探討[1]。

2 聲納技術

聲納技術是利用在海洋中傳播的聲波來探測目標并對目標進行定位、識別和跟蹤的。聲納技術在工作方式上分主動式和被動式兩種,水面艦艇以主動式工作為主,潛艇以被動式工作為主[2]。

2.1 潛艇用聲納

美國海軍戰(zhàn)略導彈核潛艇裝備使用的最新型聲納是 AN/BQQ-6型綜合聲納系統(tǒng),它由 AN/BQQ-5型聲納系統(tǒng)改裝設計而成的多站聲納系統(tǒng)。此型聲納的主要功用是探測遠程的低頻噪聲潛艇目標,使用5Hz左右頻率能檢測到100多海里遠的潛艇噪聲信號,使用被動式工作能在更遠的距離上盡早發(fā)現(xiàn)敵潛艇盡可能避免與它接觸。

AN/BQQ-5型聲納系統(tǒng)是本世紀內(nèi)攻擊核潛艇上性能最先進的聲納,到本世紀末將作些改進,預計到21世紀初將繼續(xù)使用。AN/BQQ-6型聲納系統(tǒng)和SIASS聲納系統(tǒng),到21世紀初仍將繼續(xù)使用而不會換裝。潛艇用拖曳式線列陣被動式聲納主要供遠洋深?；顒拥臐撏аb備使用,到本世紀末將會普遍裝備,發(fā)展趨向是研制更高強度、更細拖纜和直徑更小的水聽器陣,以求使用更長的拖纜和拖曳陣。

拖曳線列陣聲納也稱“拖曳陣聲納”。它是將水聽器鑲嵌在電纜上形成線列陣,由拖曳電纜拖在艦艇尾后水中探測目標的聲納。主要用于聽測潛艇輻射噪聲,進行遠程監(jiān)視、測向和識別,有的也可用于測距。由線列基陣、拖曳電纜、收放裝置和絞盤、電子機柜等組成。拖曳線列陣又由前導段、儀器段、基陣段、后導段和尾段構成,陣長數(shù)十米至數(shù)百米,工作深度可變。具有基陣尺寸大、工作頻率低、利于線譜檢測,能遠距離隱蔽地發(fā)現(xiàn)目標等優(yōu)點;但對拖帶艦艇的旋回和倒車等機動有不利影響。分戰(zhàn)術型拖曳線列陣聲納和監(jiān)視型拖曳線列陣聲納兩種。戰(zhàn)術型拖曳線列陣聲納裝備于大、中型反潛水面艦艇和攻擊潛艇,拖曳電纜與線列陣總長達1000m～2000m被動探測距離50海里～100海里,最大拖曳航速可達30節(jié)。水面艦艇的戰(zhàn)術型拖曳線列陣聲納,與艦殼聲納或拖體聲納配合工作,被動接收主動聲納發(fā)射聲納信號在目標上產(chǎn)生的回波,其作用距離遠大于艦殼聲納或拖體聲納單獨工作時的主動探測距離,從而提高水面艦艇反潛搜索能力。監(jiān)視型拖曳線列陣聲納,主要裝備于海洋監(jiān)視船。其拖曳航速極低。拖曳電纜與線列陣總長5000m以上在低聲頻和次聲頻段工作時,被動探測距離可達300余海里。

2.2 水面艦艇用聲納

目前,各國海軍根據(jù)自己的戰(zhàn)術要求、海區(qū)特點、艦艇種類、技術水平和經(jīng)濟實力的不同,水面艦艇反潛聲納有三種方式:

1)側重于被動式拖曳陣聲納和球鼻首基陣艦殼聲納的發(fā)展和使用,這種配系形式在美國和西歐一些國家海軍已經(jīng)采用。例如美國海軍的AN/SQR-19戰(zhàn)術拖曳陣聲納和AN/SQS-53系列聲納(A、B和C型);英國海軍的2031型拖曳陣聲納和2050型(或2016型)艦殼聲納。

2)采用中頻、中程艦殼聲納和變深聲納,并且在同一艘軍艦上使用艦殼聲納和變深聲納兩個基陣共用一套信號處理電子設備,構成艦殼聲納/變深聲納的聯(lián)合系統(tǒng)。例如:加拿大的SQS-509,法國的 SS-12和 SiodonTSM2630;德國的DSQS-21和美國的DEII60系列聲納等。

3)采用高頻艦殼聲納或變深聲納。例如以色列和瑞典海軍采用這種形式,有美國提供的780系列聲納,法國的TSM2640SALMON變深聲納。美國當前裝備海軍艦艇的AN/SQR-19聲納,它是在AN/SQR-15和AN/SQR-18的基礎上開發(fā)而成的。該陣列聲納長800英尺,拖纜長5600英尺,拖曳深度可達1200英尺。

3 發(fā)展動向

1)意大利獵雷艦安裝英國聲納系統(tǒng)。防務新聞網(wǎng)站2009年11月24日報道:意大利海軍將升級獵雷艦隊,以安裝英國Thales公司研發(fā)的聲納系統(tǒng)。該協(xié)議是加埃塔級艦艇中期升級的一部分,將在當?shù)卦齑瑥SIntermarine進行[3]。

英國Thales公司稱11月18日與Intermarine造船廠簽署了一項的合同,向8艘意大利獵雷艦提供其Sonar 2093系統(tǒng)。該合同總價值約1億英鎊(1.657億美元)。

Sonar 2093系統(tǒng)是一個可變深度探測系統(tǒng),用于檢測和識別水底和系留水雷。該系統(tǒng)在英國皇家海軍的桑當級反水雷艦隊服役。

Thales公司過去兩年為許多客戶提供反水雷系統(tǒng),包括印度、挪威、立陶宛和新加坡。這些交易包括安裝指揮控制設備、供應聲納以及其它產(chǎn)品等。

2)美國古德里奇公司將為西班牙海軍S-80潛艇聲納系統(tǒng)提供復合材料結構。法國《航宇防務》2009年12月9日報道:美國古德里奇公司獲得洛克希德?馬丁公司水下系統(tǒng)部的合同,為西班牙海軍新型S-80柴電潛艇聲納系統(tǒng)提供輕質復合材料結構。該產(chǎn)品將在古德里奇公司位于杰克遜維爾(美國佛羅里達州東北部港市)的工程聚合物產(chǎn)品生產(chǎn)線生產(chǎn)和組裝,計劃于2010年第二季度完成交付[4]。

根據(jù)合同,古德里奇公司將提供3套圓形聲納陣支撐結構和4套被動舷側聲納陣減阻裝置。支撐結構和復合材料減阻裝置用于安置并保護潛艇聲納,潛艇通過聲納系統(tǒng)探測和鑒別水下威脅。美國古德里奇公司的輕質、無金屬減阻裝置的水動力學外形能夠減少潛艇噪聲和航行阻力。

3)泰利斯公司對英國海軍護衛(wèi)艦聲納升級表示歡迎。法國《航宇防務》2009年12月21日報道:英國皇家海軍最先進的23型護衛(wèi)艦在安裝了泰利斯公司的2087聲納系統(tǒng)后重返海軍,此后將進行一系列的海試[5]。

2087聲納是一種低頻主動聲納,包括主被動聲納陣。該系統(tǒng)的拖曳陣可以使23型護衛(wèi)艦在很遠的距離上探測和定位最新型潛艇,而在此距離上潛艇尚不能發(fā)動攻擊。

英國國防部防御裝備和支持能力部門聲納系統(tǒng)組領導馬克?沃頓說:“近期2087聲納對抗真實威脅的平臺時表現(xiàn)出很強的反潛戰(zhàn)能力,使該護衛(wèi)艦的反潛能力有了很大提高。該護衛(wèi)艦重返海軍后將連同其他五艘裝備了2087聲納的護衛(wèi)艦接受國防部全方位的測試和評估。”

4)兩艘新型潛艇救援潛器裝備攝像機和高分辨率聲納。美國海軍技術網(wǎng)2010年1月8日報道:詹姆士費希爾防務公司為韓國海軍和新加坡海軍建造的2艘新型潛艇救援潛器(SRV)于2009年服役,該潛器裝備了康斯伯格海事公司的攝像機和聲納工具包。

這兩艘SRV設計用于深海搜尋和救援(DSAR)。詹姆士費希爾防務公司在為英國潛艇救援部門的LR5 SRV提供數(shù)十年的支持中積累了豐富的經(jīng)驗。與現(xiàn)有SRV相比,這兩艘潛器在很多技術方面有所提高,它可以在500m的水深進行工作,在此深度能見度很差,所以高分辨率的成像設備是安全救援操作所必需的。

2008年9月,DSAR-5被官方命名為 ROKS DSRV Ⅱ,裝備OE15-103低光線CCD、OE14-367彩色可變焦距攝像機以及OE10-101萬向云臺操作裝置。此外,該裝置還裝備一套功能強大的康斯伯格Mesotech聲納系統(tǒng),該系統(tǒng)包括MS1000聲納處理器c/w遙控鍵、高精度(330kHz)聲納和1007系列高度計。

姆士費希爾防務公司和ST海事公司合資成立的第一反應海事公司將為新加坡海軍管理DSAR-6。DSAR-6與DSAR-5裝備的聲納系統(tǒng)一樣,但裝備了OE15-102低光CCD和OE14-366彩色可變焦距攝像機。

5)近海戰(zhàn)斗艦拖曳聲納陣和導彈問題依然懸而未決。美國《海軍時報》2010年3月6日報道:美國海軍“自由”號近海戰(zhàn)斗艦3月初在加勒比海執(zhí)行巡邏任務,打擊毒品走私。而此時,美國軍方還在就近海戰(zhàn)斗艦的作戰(zhàn)方式問題爭辯。

首先,美國海軍已經(jīng)開始探討為近海戰(zhàn)斗艦裝備什么樣的拖曳聲納陣,這將是該艦的第一型艦載水下傳感器,并將為艦隊帶來一系列新的反潛戰(zhàn)術。

其次,美國國防部新文件質疑陸軍的超視距導彈在近海戰(zhàn)斗艦上的使用前景,對艦艇的水面戰(zhàn)戰(zhàn)術是否也需要改變提出疑問?，F(xiàn)在的戰(zhàn)術要求使用近程反艦導彈。

總之,美國海軍要求就近海戰(zhàn)斗艦的聲納提出建議,陸軍內(nèi)部對于視距外導彈存在爭議,這些都表明即使海軍準備今年夏天選定某一種近海戰(zhàn)斗艦設計投入全面生產(chǎn),該艦的基本概念仍然存在變數(shù)。

6)美國海軍尋求更好的潛艇聲納陣數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)?！逗＼妰?nèi)情》2010年4月 29日報道:美國海軍水下戰(zhàn)中心尋求潛艇聲納陣柔性數(shù)據(jù)連接的設計概念,該設計必須能夠按照本月早期在聯(lián)邦商業(yè)機會網(wǎng)公告,要求能夠處理陣與艇內(nèi)處理器之間的大量通道。

根據(jù)公告,海軍正在尋求創(chuàng)新性的遙測設計,該設計需要采用開發(fā)式結構,進行稍微的改動后即可兼容多種艦殼聲納陣。該系統(tǒng)必須能夠用于遠距離探測的中頻陣和舷側陣,以及像避碰聲納這樣的高頻陣。該系統(tǒng)還要能夠處理少量到數(shù)萬通道的情況。

7)英國皇家海軍護衛(wèi)艦試驗泰勒斯公司的聲納系統(tǒng)。美國《海軍技術》網(wǎng)2010年7月15日報道:英國皇家海軍“薩瑟蘭郡”號護衛(wèi)艦(英國23型護衛(wèi)艦)剛完成了作戰(zhàn)試驗,測試了最近改裝中安裝的泰勒斯公司的2087型聲納系統(tǒng)。

此次試驗是英國皇家海軍“御夫座”演習的一部分。試驗期間,2087型聲納系統(tǒng)與裝備泰勒斯“閃光”(FLASH)吊放聲納的“灰背隼”直升機一起完成了標準設定。“薩瑟蘭郡”號護衛(wèi)艦裝備了2087型聲納系統(tǒng),該艦能搜索最新型的潛艇并在潛艇攻擊范圍外將其鎖定。

該型聲納由位于英國和法國的泰勒斯公司制造,是低頻主動聲納,但包括有主動和被動聲納陣。試驗證明,在2087型聲納和“閃光”型吊放聲納的協(xié)助下,該護衛(wèi)艦是非常先進的反潛戰(zhàn)平臺。

“御夫座”演習在北美的東海岸舉行,來自英國、法國、加拿大和美國海軍的2000多名官兵及其潛艇、水面艦艇和飛機參與了此次演習。

8)芬蘭“勞馬”級快速攻擊艇將裝備康斯堡公司聲納系統(tǒng)。印度前沿網(wǎng)2010年7月21報道:康斯堡海事公司在2010年7月2日獲得帕提亞航空公司的聲納系統(tǒng)訂單。該聲納將用于芬蘭海軍“勞馬”級快速攻擊艇。于上世紀90年代初服役的“勞馬”級快速攻擊艇將進行升級改造。

作為總承包商,帕提亞公司將負責4艘快艇的升級改造,升級工作將在2010～2013年完成。這些快艇預計將在 2014年形成戰(zhàn)斗力,可服役至2020年。

4 發(fā)展分析

艦艇聲納技術的發(fā)展趨勢,主要包括:一是向低頻、大功率、大基陣方向發(fā)展;二是向系統(tǒng)性、綜合性發(fā)展;三是向系列化、模塊化、標準化、高可靠性和可維修性發(fā)展;四是向智能化方向發(fā)展[6]。

1)繼續(xù)向低頻、大功率、大基陣方向發(fā)展。鑒于聲波在海水中的傳播特性以及低頻大功率與基陣的關系,開發(fā)大孔徑低頻聲納技術是解決遠程探潛、進行有效反潛的前提。

2)向系統(tǒng)性、綜合性發(fā)展。艦艇聲納系統(tǒng)將由單項功能的單部聲納逐步發(fā)展為由多部聲納組成的收-發(fā)分置、多基地、多傳感器的綜合聲納系統(tǒng),并進而構成潛艇戰(zhàn)和反潛戰(zhàn)聲知識基作戰(zhàn)系統(tǒng)。如美國水面艦艇裝備的AN/SQQ-89反潛綜合作戰(zhàn)系統(tǒng),它是由艦殼主動聲納、戰(zhàn)術拖曳線陣列聲納、艦載直升機搜潛系統(tǒng)和聲納信號處理機、反潛火控系統(tǒng)和聲納狀態(tài)方式評估系統(tǒng)等組成[7]。

3)向系列化、模塊化、標準化、高可靠性和可維修性發(fā)展?，F(xiàn)代聲納設備,無論是換能器基陣、還是信號處理機柜及顯控臺,都趨向采用標準化的模塊式結構。這種結構具有擴展性好、互換性強、便于維修、可靠性強、研制周期短、研制經(jīng)費少的優(yōu)點。

4)向智能化方向發(fā)展。用計算機進行聲納波束形成、信號處理、目標跟蹤與識別、系統(tǒng)控制、性能監(jiān)測、故障檢測等。可大大提高聲納的性能。隨著第五代計算機(即人工智能計算機)的問世,聲納也正在向智能化方向發(fā)展。目前神經(jīng)網(wǎng)絡的研究取得了令人矚目的進展,它與計算機技術和信號處理技術相結合,使聲納智能化成為可能。

5 結語

隨著核潛艇的增多及發(fā)射遠程彈道導彈的能力增強,使得短距離主動聲納已不能滿足探測潛艇的要求,各國海軍轉而發(fā)展被動聲納以保證遠距離探測與識別水下目標。低頻和大孔徑成為這一時期研制遠距離探測聲納的發(fā)展方向。在未來海戰(zhàn)場信息戰(zhàn)中,聲納及綜合聲納系統(tǒng)將扮演越來越重要的角色[8]。

[1]王炳和,李宏昌.聲納技術的應用及其最新發(fā)展[J].物理,2001(8)

[2]崔峰.現(xiàn)代聲納技術[J].國防技術基礎,2005(2)

[3]意大利獵雷艦安裝英國聲納系統(tǒng)[N].每日防務快訊,2009-11-27

[4]美國古德里奇公司將為西班牙海軍S-80潛艇聲納系統(tǒng)提供復合材料結構[N].每日防務快訊,2009-12-18

[5]泰利斯公司對英國海軍護衛(wèi)艦聲納升級表示歡迎[N].每日防務快訊,2009-12-24

[6]綦輝,金鴻章.艦艇主被動聲納方位航跡信息融合研究[J].船舶工程,2006(1)

[7]劉雄,康鳳舉,張林芳.艦艇編隊多聲納數(shù)據(jù)融合[J].火力與指揮控制,2007(8)

[8]曹之新,周業(yè)明,陳建華.艦艇聲納作用距離預報仿真研究[J].軍事運籌與系統(tǒng)工程,2007(3)