海洋技术固定式水声监视网及其展望

一、固定式水声监视网络设备简介

⒈ 潜标

潜标，顾名思义就是潜入水中的声纳或海洋监视信标。这种信标由航空平台、水面平台或潜艇携带至布放海域投入水中，采用电池供电的方式自主收集周围的信息，可以通过无线传输（水声或无线电/卫星浮标）的方式与处理中心联系，也可以定期回收记录模块的方式非实时的获取信息。水声潜标一般基阵规模较小，数据传输率有限，单枚潜标可以有效控制的海域不过数十公里半径。下图为我国研制的实时通信潜标就是一种典型的可以实时交换数据的声纳潜标。

潜标的主要优点在于布放灵活，可以随时投放。多个潜标可以通过水声网络组成水下信息网，增强探测性能和控制范围。其缺点在于单个潜标一般基阵较小探测范围有限，采用电池供电工作时间有限，实时潜标需对外发射信号容易暴漏，容易被对方侦测打捞或破坏。

⒉ 岸基声纳系统

岸基声纳系统，其更合理的名称应该是：固定布放式大型声纳系统，因为此系统仅是处 理中心处于岸上，而不是声纳基阵靠近岸边。这种声纳通过支架布放在海底，或通过专用设备掩埋于海底浅层沉积层中。一般为大型水平线列阵或垂直线列阵形式，其基阵孔径可以达到公里级，频率可以低至十几赫兹，采用被动工作方式，其对潜艇的有效探测作用距离可以达到数百公里，在利用汇聚区效应时，可以将探测区域扩展到上千公里以外。岸基声纳系统气候影响，无流噪声和平台噪声干扰，可以全天候实时大范围监测海洋，是一种十分有效的反潜源头监视和持续跟踪手段。

一般来说，岸基声纳最佳位置为大陆坡或海山中处于声道轴的深度上采取垂直线列阵或垂直-水平线列阵的形式，如下图所示。

声道轴即深海信道中声速最小点位置，进入深海信道的声音将被限制在声道轴附近而不会与海面、海底发生干涉，因此可以传播的很远。最著名的岸基声纳系统如美国的SOSUS，其基站一般都处于岛链和海山附近，就是这个原因。下图是冷战时期SOSUS的基站位置图，需要注意的是，美国东西海岸的SOSUS基站靠近美国大陆，这是因为美国沿岸大陆架非常小，很快就到达大陆坡海域。也正是如此，导致了固定布放大型声纳系统被称为岸基声纳。岸基声纳的主要缺点是布放工程巨大，不利于维护和临时补网，虽然不容易被敌方声学或其他手段探测到，但处于浅海的岸基声纳基阵容易被渔船的沉底拖网或民用船只的船锚所破坏。

⒊ 港口和锚地警戒系统

港口和锚地警戒系统安装于重要港口和军舰锚地，对进入敏感区域的水下目标进行监视。其警戒的对象除潜艇外还包括无人水下航行器(UUV)，蛙人运载器以及蛙人。港口和锚地警戒系统一般采取主动和被动工作方式，对小型目标(UUV，蛙人和运载器)的作用距离可以达到数公里，对潜艇的警戒范围一般达到十几公里。

蛙人运载器是一种以潜艇、水面舰艇为母船的特种作战水下运载器，通过搭载蛙人和配备相应的载荷，可以输送蛙人隐蔽执行侦察、清障、破坏敌港口设施、攻击敌舰艇、破坏敌水下通信设备、袭扰敌运输线、展开渗透作战等任务。按尺寸分，蛙人运载器可分为大型和小型两类，按运载方式又可以分为干式和湿式两种，小型蛙人运载器是湿式的，大型运载器既有湿式也有干式。小型蛙人运载器又可分为小型蛙人推进器（DPV）和单兵作战蛙人运载器（DPD）两类，小型蛙人运载器的尺寸普遍不大，仅为1米左右，只能单兵使用，目前各国使用的主要型号均短于2米，可以由特战队员随身携带，仅作为辅助推进器使用，也就是说特战队员自己也得游着前进，小型蛙人运载器相当于代步工具。目前美国、俄罗斯、德国、澳大利亚和意大利均发展了成系列的小型蛙人运载器型号，其中尤以美国和俄罗斯的型号性能最为强悍，美国两型运载器都采用可变螺距螺旋桨推进，DPD型具有精确导航和攻击能力，成为出色的水下单兵综合作战平台。

美国Mk8-SH型小型蛙人运载器

这种方式对水下特种作战意义十分巨大，蛙人探测声呐是水下探测蛙人的主要探测装置，一般是高频主动声呐。与水下的反蛙人警戒系统相配合，甚至可以实现对水下非合作目标的无人值守进行自主打击。

二、固定式水声监视网络先进技术发展展望

固定式水声监视网络水声探测基阵布置在海底的非运动平台上，具有基阵阵元间距固定，不受海面气候影响，一般无流噪声和平台噪声影响等特点，因此各种先进的水声探测技术和传感器技术可以方便的应用于固定式水声监视网络上。在可预见的未来，可以应用于固定式水声监视网络的技术包括以下几种类型。

⒈ 光纤传感器

光纤传感器是利用水中声波激励光学元件，将声信号调制到光信号上的一种器件。其突出的优点是不需要前置放大单元和采集单元，可以由一条光缆直接集成多个光纤传感器组成基阵，将信号送至岸上处理中心。极大的简化了系统组成，有利于减低系统成本。

⒉ 矢量传感器技术

声场是唯一一种既有标量（声压）信号，又有矢量（质点运动）信号的物理场。以往的声纳仅仅利用了声场中的声压信息，而没有利用矢量信息。矢量传感器在同等基阵规模情况下，可以获得4～6分贝矢量增益，也就是作用距离在低频可以远一倍。海洋噪声场的各项同性性使得矢量通道背景噪声低很多，同时矢量传感器具有自然低频正交指向性可以在极低频频段实现测向定位，对低频探测低噪声潜艇意义很大。

由于矢量传感器采集质点运动信息，因此一般在运动平台下受到平台安装基座震动的影响，矢量通道受到影响不能很好的发挥矢量传感器的优势。而在固定式水声监视网络上不存在这个问题，可以大胆使用矢量声学的理论优势。

⒊ 匹配场和模基处理

匹配场和模基处理（就是基于水声模型的处理）是将水声物理与水声工程综合应用的一个前沿技术，其突出特点就是将水声调查获得的先验信息通过水声物理应用于水声探测中。其经典处理方法包括匹配场和时间反转处理。这种处理可以最大限度的利用环境先验知识，达到最佳的水声探测效果。但其十分依赖水声物理模型的准确性，固定式水声监视网络位置确定，因此采用匹配场和模基处理具有先决的有利条件。

三、结束语

固定式水声监视网是反潜探测重要的源头发现和持续跟踪节点，对于我国执行区域应对外军空海一体战威胁具有十分重要的意义。因此，将固定式水声监视网络推进至岛链附近，监视岛链外妄图对我发动水下攻击的别国水下力量，可以为我海军突破海上封锁，进一步走出岛链、走向大洋提供坚实的后盾。

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