自1490年意失利藝術家科學家達?芬奇利用聲管聽到水中的聲音起，聲吶技術發展至今已有500多年的歷史。在兩次世界大戰期間，反潛戰使聲吶成為海軍不可或缺的耳目，推動著聲吶技術逐步趨于成熟。近年來，隨著微電子技術，信號處理技術的發展以及人們對聲傳播規律的認識，聲吶技術有了長足的進步，出現了多種低頻、大功率、大尺寸基陣聲吶和新體制聲吶。本文將談及現代聲吶技術的幾個發展方向。

先進信號處理技術

　　早期的聲吶接收機功能比較簡單。那時人們對水聲環境與無線電渡環境的差異認識不深，簡單地把應用于雷達和無線電通訊的信號處理技術移植到聲吶系統中，因此并沒有發揮其應有的作用，何況當時的模擬電路技術也很難實現信號處理。近年來，隨著高性能微處理器和各種專用、通用高速數字信號處理器的出現，以及各種先進信號處理算法的開發，聲吶的效能發生了巨大的變化。聲吶系統的更新在很大程度上是隨著計算機系統和信號處理系統的升級而進行的，聲吶基陣的改動不大。美國海軍在聲吶技術的發展上，首先把大量資金用于改進信號處理能力，其次是購買新型聲基陣(如甚低頻主動聲吶基陣)，同時重新設計了潛艇的作戰指揮系統。以前，各種非聲學傳感器(如雷達)只是用作為聲吶的補充或輔助設備;現在把這些非聲學傳感器數據和聲吶數據結合起來，通過光纖送到潛艇的作戰指揮系統進行集中處理，構成戰術指揮圖供作戰時參考。

　　先進的信號處理技術顯著提高了聲吶系統的性能，使聲吶除了完成潛艇探測的任務外，還可以進行遠距離水聲通信。西方國家推測，前蘇聯在冷戰時期就實現了水聲通信，但數據傳輸量很小，只是幾個簡單命令?，F在的水聲通信技術已經可以實現圖像傳輸，通過編碼技術可以進行大約100比特/秒的低速數據傳輸，今后可能提高到1000比特/秒。水聲通信技術使備種水下平臺的數據交換成為可能，如通過潛艇和無人潛航器的數據交換就可以構成水下戰場的聲圖像。各種水下平臺之間共享聲吶數據已成為聲吶技術的一個主要發展方向。

　　美國海軍對聲吶自組網技術進行了大量的研究工作。目前規模最大的水聲網絡是由美國海軍研究局和空海戰系統中心主持的“海網”(Seaweb)。北約已開始使用反潛武器網絡系統，如用“聲吶監聽系統”(SOSUS)的被動聲吶陣列來探測潛艇，由反潛巡邏機接收聲吶陣列的信號來擴大反潛的海域。使用組網技術的好處是能夠遠程探測，大大提高預警能力。潛艇指揮官可以更早發現潛在威脅、規避攻擊，而不僅但是簡單地搜索攻擊目標。但是遠程探測也有缺憾的地方，即聲吶監聽系統在監聽潛艇時虛警率較高，探測誤差也會逐漸累加。冷戰后，歐美國家對是否采用遠程探測作為反潛的主要手段有很大分歧：一些歐洲國家主張采用護衛艦在戰時為船隊護航，而美國和英國海軍則傾向于使用SOSUS、遠程反潛巡邏機和攻擊型核潛艇。

被動聲吶技術

　　冷戰時期，西方海軍的主要威脅是前蘇聯的核潛艇。核潛艇的核反應堆在運行時噪聲較大，因此那時北約主要發展用于監聽噪聲的被動聲吶站，對窄帶信號的檢測成為聲吶信號處理的關鍵技術。在冷戰后期，北約依靠新的信號處理技術削弱了蘇聯降低潛艇噪聲所獲得的優勢。這個時期反潛的特點就是大力發展被動聲吶，包括拖曳陣和被動聲吶浮標。

　　現在西方海軍多在第三世界國家周圍的海域活動，威脅主要來自常規潛艇。常規潛艇可以關閉發動機潛伏在海底不發出一點聲響，采用新型不依賴空氣動力裝置(AIP)的潛艇甚至可以潛伏幾星期。此時，被動聲吶就無法對潛艇實施有效探測。此外，第三世界國家周圍水域多為比大西洋或挪威海淺得多的淺海，常規潛艇可以靜臥在海底，讓復雜的海底地貌幫助它躲避追蹤;在一些表面聲道很窄的地方，聲波舍被海底多次反射;在濱海水域探測潛艇，還可能遇到一些特殊情況(如河流的入海口)。上述問題都可能會影響聲吶探測，英國艦隊1982年在馬爾維納斯群島作戰時就遇到過這類問題。鑒于上述情況，美英海軍對被動拖曳聲吶的興趣大大降低。美國“阿里伯克”級驅逐艦不再裝備SQR-19拖曳聲吶。英國海軍23型護衛艦的203l型被動聲吶也被2087型低頻主動聲吶所取代。

　　盡管被動聲吶技術發展趨緩，但還遠未到被淘汰的地步。只要水面艦艇依然產生噪聲、核潛艇依然會發出規則的聲信號，就會有被動聲吶存在。目前幾乎所有的潛艇都裝備被動聲吶，但是在搜索柴電潛艇時主動聲吶仍必不可少。

低頻主動聲吶技術

　　安靜型柴電潛艇的廣泛裝備，使聲吶技術的研究熱點重新轉移到主動聲吶上。但主動聲吶有兩個缺點，一是聲吶發射的聲波會被反潛設備接收到，使潛艇暴露目標并遭到攻擊;二是主動聲吶在淺海的作用距離受海床的影響。聲吶脈沖會在海底和水面之間反射，沿不同路徑返回(即“多途效應”)。此時會有微小的時延，在接收機上形成混響干擾，掩蓋目標的回波。聲吶使用的脈沖序列越長、探測距離越遠，聲吶受混響的影響就越嚴重，選擇短脈沖固然會減小混響的影響，但同時也減小了聲吶的探測距離。

　　解決這個矛盾的方法之一是使用脈沖編碼技術。一個長脈沖序列可以被壓縮成一個短脈沖序列，但頻率和相位也會發生一些變化。這就是脈沖壓縮理論，它是抗“多選效應”的有效手段。在聲吶信號處理中經常使用頻率調制技術，信號在頻域的帶寬越寬，在時域的脈沖就越窄?，F在一些新型主動艦殼聲吶(如美國海軍的DE 1160和SQS一53)以及甚低頻拖曳聲吶(如美國海軍偵察艦使用的低頻聲吶和北約使用長直線陣的大型低頻主動聲吶)，都使用了脈沖壓縮技術。聲吶所用聲波的頻率越低，作用距離就越遠，產生低頻信號的換能器體積也就越大。當使用聲波的頻率低于3.5千赫時，聲吶就會因為換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，但略高于凈戰時期被動聲吶探測的頻率范圍。此外，艦殼主動聲吶還可以通過控制波束仰角、采用自適應技術來減小混響的影響。

　　出于戰術上的考慮，很多國家的海軍還在研究或購買低頻主動拖曳聲吶。因為這種聲吶的遠程探測性能如同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好處，是可以減少本艦噪聲對聲吶的影響。這類拖曳聲吶包括英國海軍2087型、新加坡護衛艦采用的EDO 980型以及巴基斯坦和臺灣海軍采用的泰利斯公司ATAS型等。美海軍準備購買新型船首聲吶和低頻寬帶拖曳聲吶，參與競標的有L3公司“海嘯”(TSUNAM)聲吶。它使用了新型結構，中央是一個全方位發射換能器，周圍是接收換能器。這種收發隔離的結構有利于改善發射性能，并使聲吶的作用距離更遠。

　　只要海水的深度不是太淺，低頻信號就可以傳播很遠的距離。關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吊放聲吶。目前最先進的兩型直升機吊放聲吶是泰利斯公司的Flash型(美、法、英等國采用)和L3公司的HELRAS型(德、荷、希、意、土等國采用)。這兩種聲吶可以控制聲波不在垂直方向上擴散，而將能量集中在水平方向上。以Flash型為例，如果波束的初始發射角使波束在海底發生了反射，聲吶就會自動把發射角度調整為水平。

爆炸聲回波定位技術

　　針對安靜型柴油機潛艇給聲吶浮標系統帶來的威脅，美國海軍于50年代中期構想了“朱莉”計劃?；舅悸肥?，潛艇噪聲的降低將會使SOSUS聲吶系統失效，但可以通過增加一個“信號”

　　深水炸彈爆炸聲來解決問題。爆炸聲將在寂靜潛伏的潛艇上產生回波，SOSUS系統的被動聲吶陣接收回波并進行定位。但“朱莉”系統只能在深度超過3500米的深海使用，否則海底反射波將淹沒潛艇的回波，因此對一些沿海海域并不適用。在70～80年代，前蘇聯還開發了一種改進的“朱莉”系統，使用一組爆炸聲來克服海底回波的影響。受當時條件的限制，“朱莉”系統沒有復雜的信號處理功能，只是通過直達聲和潛艇回波的時延差來定位。到90年代，隨著計算機的飛速發展，區分潛艇回波和海底反射波的司題得到了解決?！爸炖颉毕到y的最大優勢是可以探測到潛艇而不會暴露反潛艦艇的位置，井可以決定是否需要以及何時對潛艇發動攻擊。

　　美國國防先期研究計劃局發起了一項“遠方雷鳴”(Distant Thunde r)工程，使用艦載聲吶或聲吶浮標接收爆炸引發的信號，由計算機處理接收到的信號、推演海底聲圖像繪制出潛艇的運動軌跡。上述工作當時花費20分鐘時間，現在的64位處理器當然要快得多。美國海軍認為，韓國附近海域為淺海，并且周邊各國的潛艇多為柴電潛艇，所以部署在那里的驅逐艦都裝備了“遠方雷鳴”系統。該系統是SQQ-89水下戰斗指揮系統的一部分，這是一種有別于傳統平臺中心作戰的網絡中心近海反潛戰系統，代表著未來近海反潛作戰的發展方向。

　　作為爆炸聲回波定位技術的擴展，還有人提出用無人潛航器發出爆炸聲“照亮”整個海底的方案。支持者則認為這個方案的優勢在于：利用了無人潛航器上安裝的系列傳感器，以及大型潛艇擁有的強大信號處理能力。反對者則認為方案并不可行，因為爆炸聲使探測艇自身也產生了回波，一旦敵方潛艇也裝備了類似設備，那么在搜索敵方潛艇的同時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家的柴電潛艇大得多，對爆炸聲的回波也強得多，所以這種方案對自己并不有利。這種技術的前景如何，目前還沒有一致的意見。

來源：http://www.chinaunsv.com/