現(xiàn)代聲納技術(shù)的幾個(gè)發(fā)展方向(2)
盡管被動(dòng)聲吶技術(shù)發(fā)展趨緩，但還遠(yuǎn)未到被淘汰的地步。只要水面艦艇依然產(chǎn)生噪聲、核潛艇依然會(huì)發(fā)出規(guī)則的聲信號(hào)，就會(huì)有被動(dòng)聲吶存在。目前幾乎所有的潛艇都裝備被動(dòng)聲吶，但是在搜索柴電潛艇時(shí)主動(dòng)聲吶仍必不可少。
低頻主動(dòng)聲吶技術(shù)
安靜型柴電潛艇的廣泛裝備，使聲吶技術(shù)的研究熱點(diǎn)重新轉(zhuǎn)移到主動(dòng)聲吶上。但主動(dòng)聲吶有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是聲吶發(fā)射的聲波會(huì)被反潛設(shè)備接收到，使?jié)撏П┞赌繕?biāo)并遭到攻擊；二是主動(dòng)聲吶在淺海的作用距離受海床的影響。聲吶脈沖會(huì)在海底和水面之間反射，沿不同路徑返回(即“多途效應(yīng)”)。此時(shí)會(huì)有微小的時(shí)延，在接收機(jī)上形成混響干擾，掩蓋目標(biāo)的回波。聲吶使用的脈沖序列越長(zhǎng)、探測(cè)距離越遠(yuǎn)，聲吶受混響的影響就越嚴(yán)重，選擇短脈沖固然會(huì)減小混響的影響，但同時(shí)也減小了聲吶的探測(cè)距離。
圖4：
解決這個(gè)矛盾的方法之一是使用脈沖編碼技術(shù)。一個(gè)長(zhǎng)脈沖序列可以被壓縮成一個(gè)短脈沖序列，但頻率和相位也會(huì)發(fā)生一些變化。這就是脈沖壓縮理論，它是抗“多選效應(yīng)”的有效手段。在聲吶信號(hào)處理中經(jīng)常使用頻率調(diào)制技術(shù)，信號(hào)在頻域的帶寬越寬，在時(shí)域的脈沖就越窄?，F(xiàn)在一些新型主動(dòng)艦殼聲吶(如美國(guó)海軍的DE 1160和SQS一53)以及甚低頻拖曳聲吶(如美國(guó)海軍偵察艦使用的低頻聲吶和北約使用長(zhǎng)直線陣的大型低頻主動(dòng)聲吶)，都使用了脈沖壓縮技術(shù)。聲吶所用聲波的頻率越低，作用距離就越遠(yuǎn)，產(chǎn)生低頻信號(hào)的換能器體積也就越大。當(dāng)使用聲波的頻率低于3.5千赫時(shí)，聲吶就會(huì)因?yàn)閾Q能器體積過大而不能安裝在艦艇上，只能采取拖曳的方式。低頻聲吶使用的頻率一般為100~500赫茲，但略高于凈戰(zhàn)時(shí)期被動(dòng)聲吶探測(cè)的頻率范圍。此外，艦殼主動(dòng)聲吶還可以通過控制波束仰角、采用自適應(yīng)技術(shù)來(lái)減小混響的影響。
出于戰(zhàn)術(shù)上的考慮，很多國(guó)家的海軍還在研究或購(gòu)買低頻主動(dòng)拖曳聲吶。因?yàn)檫@種聲吶的遠(yuǎn)程探測(cè)性能如同SQS-53艦殼聲吶，卻沒低頻聲吶那么大的體積和重量。小型水面艦艇的船首導(dǎo)流罩容不下大型聲吶基陣，所以通常使用拖曳聲吶。使用拖曳聲吶的另一個(gè)好處，是可以減少本艦噪聲對(duì)聲吶的影響。這類拖曳聲吶包括英國(guó)海軍2087型、新加坡護(hù)衛(wèi)艦采用的EDO 980型以及巴基斯坦和臺(tái)灣海軍采用的泰利斯公司ATAS型等。美海軍準(zhǔn)備購(gòu)買新型船首聲吶和低頻寬帶拖曳聲吶，參與競(jìng)標(biāo)的有L3公司“海嘯”(TSUNAM)聲吶。它使用了新型結(jié)構(gòu)，中央是一個(gè)全方位發(fā)射換能器，周圍是接收換能器。這種收發(fā)隔離的結(jié)構(gòu)有利于改善發(fā)射性能，并使聲吶的作用距離更遠(yuǎn)。
圖5：
只要海水的深度不是太淺，低頻信號(hào)就可以傳播很遠(yuǎn)的距離。關(guān)鍵是要控制聲吶波束的仰角，減小聲波在垂直方向上損失的能量。為此，英國(guó)2087型聲吶等拖曳聲吶的換能器基陣采用垂直陣，這種布陣方式也適用于直升機(jī)吊放聲吶。目前最先進(jìn)的兩型直升機(jī)吊放聲吶是泰利斯公司的Flash型(美、法、英等國(guó)采用)和L3公司的HELRAS型(德、荷、希、意、土等國(guó)采用)。這兩種聲吶可以控制聲波不在垂直方向上擴(kuò)散，而將能量集中在水平方向上。以Flash型為例，如果波束的初始發(fā)射角使波束在海底發(fā)生了反射，聲吶就會(huì)自動(dòng)把發(fā)射角度調(diào)整為水平。
爆炸聲回波定位技術(shù)
針對(duì)安靜型柴油機(jī)潛艇給聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)帶來(lái)的威脅，美國(guó)海軍于50年代中期構(gòu)想了“朱莉”計(jì)劃?；舅悸肥牵瑵撏г肼暤慕档蛯?huì)使SOSUS聲吶系統(tǒng)失效，但可以通過增加一個(gè)“信號(hào)”
深水炸彈爆炸聲來(lái)解決問題。爆炸聲將在寂靜潛伏的潛艇上產(chǎn)生回波，SOSUS系統(tǒng)的被動(dòng)聲吶陣接收回波并進(jìn)行定位。但“朱莉”系統(tǒng)只能在深度超過3500米的深海使用，否則海底反射波將淹沒潛艇的回波，因此對(duì)一些沿海海域并不適用。在70～80年代，前蘇聯(lián)還開發(fā)了一種改進(jìn)的“朱莉”系統(tǒng)，使用一組爆炸聲來(lái)克服海底回波的影響。受當(dāng)時(shí)條件的限制，“朱莉”系統(tǒng)沒有復(fù)雜的信號(hào)處理功能，只是通過直達(dá)聲和潛艇回波的時(shí)延差來(lái)定位。到90年代，隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，區(qū)分潛艇回波和海底反射波的司題得到了解決。“朱莉”系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)是可以探測(cè)到潛艇而不會(huì)暴露反潛艦艇的位置，井可以決定是否需要以及何時(shí)對(duì)潛艇發(fā)動(dòng)攻擊。
圖6：
美國(guó)國(guó)防先期研究計(jì)劃局發(fā)起了一項(xiàng)“遠(yuǎn)方雷鳴”(Distant Thunde r)工程，使用艦載聲吶或聲吶浮標(biāo)接收爆炸引發(fā)的信號(hào)，由計(jì)算機(jī)處理接收到的信號(hào)、推演海底聲圖像繪制出潛艇的運(yùn)動(dòng)軌跡。上述工作當(dāng)時(shí)花費(fèi)20分鐘時(shí)間，現(xiàn)在的64位處理器當(dāng)然要快得多。美國(guó)海軍認(rèn)為，韓國(guó)附近海域?yàn)闇\海，并且周邊各國(guó)的潛艇多為柴電潛艇，所以部署在那里的驅(qū)逐艦都裝備了“遠(yuǎn)方雷鳴”系統(tǒng)。該系統(tǒng)是SQQ-89水下戰(zhàn)斗指揮系統(tǒng)的一部分，這是一種有別于傳統(tǒng)平臺(tái)中心作戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)中心近海反潛戰(zhàn)系統(tǒng)，代表著未來(lái)近海反潛作戰(zhàn)的發(fā)展方向。
作為爆炸聲回波定位技術(shù)的擴(kuò)展，還有人提出用無(wú)人潛航器發(fā)出爆炸聲“照亮”整個(gè)海底的方案。支持者則認(rèn)為這個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)在于：利用了無(wú)人潛航器上安裝的系列傳感器，以及大型潛艇擁有的強(qiáng)大信號(hào)處理能力。反對(duì)者則認(rèn)為方案并不可行，因?yàn)楸暿固綔y(cè)艇自身也產(chǎn)生了回波，一旦敵方潛艇也裝備了類似設(shè)備，那么在搜索敵方潛艇的同時(shí)也暴露了本艇的位置。而且西方攻擊型核潛艇的體積要比第三世界國(guó)家的柴電潛艇大得多，對(duì)爆炸聲的回波也強(qiáng)得多，所以這種方案對(duì)自己并不有利。這種技術(shù)的前景如何，目前還沒有一致的意見?！?br>
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