第30卷第6期2008年12月舰 船 科 学 技 术
SH I P SC I E NCE AND TEC HNOLOGY Vo.l 30,No .6
Dec .,2008
尹晓东，刘清宇，徐 江
(海军装备研究院，北京100161)
摘 要: 航空探潜装备在反潜装备体系中占有重要地位。目前，航空声呐正朝着低频、 大孔径扩展阵和垂直阵方向发展，并实现多传感器的联合搜潜。在/网络中心战0思想的指导下，分布式声呐网络的概念应运而生，航空声呐作为其中的重要节点，探潜效能得到了更好的发挥。
关键词: 吊放声呐；声呐浮标；激光/声；多基地声呐 中图分类号: E92514 文献标识码: A
文章编号: 1672-7649(2008)06-0172-04 DO I :1013404/j 1issn 11672-7649120081061039
Develop m ent of foreign airborne acoustic sub m arine -detecting equi p m ent
Y I N X iao -dong ,LI U Q ing -yu ,XU Jiang (Nava lAcade m y o fA r m a m en,t B eiji n g 100161,China)
Abst ract : A irborne subm arine -detecti n g dev ices play i m po rtant ro les i n ant-i sub m ar i n e syste m.A ir borne sonars are deve loping to w ar d lo w er frequency ,l a rger aperture and vertica l array and ach iev i n g co m b i n ed ant-i subm ari n e usi n g various senso rs .The concept o f d i s tributed sonar net w ork e m er ges under the gu i d ance of /Net w ork CentricW arfare 0.As an i m portant node ,a ir bor ne sonars p subm ari n e -detecti n g ability has been greatly i m proved .
K ey w ords : dipping sonar ;sonobuoy ;l a ser/acoustic ;m u ltistactic sonar
收稿日期:2008-08-05
作者简介：尹晓东(1982-)，男，硕士研究生，主要从事航空反潜装备技术的研究。
0 引 言
航空探潜装备是反潜飞机依据潜艇在环境背景中的目标特性，对其进行探测、跟踪、定位和识别的装 备，分为声学探测和非声学探测两类。由于声波在海水介质中的良好传播特性，因此声学探测是目前航空反潜的主要探测方式。航空声学探潜装备主要有吊放声呐、声呐浮标、拖曳声呐、激光/声探装备4种类型。其中吊放声呐和声呐浮标是反潜飞机的主要反潜探测设备；航空拖曳声呐则一般只用于探雷；正在研究和发展的激光/声探潜技术，也具有一定发展前景。从装备体系的角度看，正在研究和发展的多基地声呐，具有灵活多变的配置方式，航空吊放声呐和声呐浮标是其各种配置中的重要装备。
囿1 吊放声呐
吊放声呐是用吊放电缆将探头悬垂入水中的探
测目标的声呐。一般由水下分机、绞车和电缆、机上电子设备等组成。当反潜直升机飞临指定海区执行
搜潜任务时，悬停在海面上空一定高度，利用收放器械将探头吊放到水下一定深度。一般先采用被动探测方式进行探潜搜索，当收到潜艇噪声信号后，再用主动探测方式确定潜艇的方位和距离。
吊放声呐经过几十年的发展，同其他电子设备一样，也经历了巨大的技术变革，不断采用最新技术和元件，性能不断完善和提高。目前已有几十个国家海军装备，型号也多种多样。现役航空吊放声呐的发展主要体现如下几个技术特点[1]
:
无水硫铝酸钙
1)工作频率大幅降低，作用距离不断增大。国外的吊放声呐都在朝低频方向发展，新型的HELRAS 低频吊放声呐已降低到2kH z 以下,FLAS H 吊放声呐和相同技术体制的AN /AQS-22吊放声呐的工作频率也降至5k H z 左右，其他型号一般在10kH z 左右。
2)宽带扩展接收阵。扩展基阵大大减小了重量,
第6期尹晓东，等：国外航空声学探潜装备研究进展
同时提高了水平和垂直指向性，增大了方位分辨率，消除了直升机噪声的干扰，并且其宽带特性利于主/被动联合处理。此外，采用大功率、高效率、全深度的声辐射换能器，实现了声呐的全深度和远程传播模式。3)单芯耐拉力电缆减小了绞车系统的重量，增大了湿端的工作深度。
4)高速、轻型、微处理器自动控制的安全型液压绞车，增加了电缆的寿命和飞机安全性，减少了收放操作时间，如美国的AQS -18系列、HELRAS 、AQS -22声呐，法国的FLASH 声呐，均采用了这种高性能绞车。5)现代数字技术、多路传输技术、先进的信号处理算法实现了声呐的多功能处理。其中，主/被动组合处理、多频-多脉冲处理技术已较好地应用于现有吊放声呐。目前，国外正致力于吊放声呐的抗混响处理和提高其环境适应能力方面的研究。
随着以上技术特点的应用与发展，航空吊放声呐正日趋成熟。目前已装备或正在开发的较有代表性的吊放声呐有:
1)美、英、意联合研制的直升机远程吊放声呐HELRAS，是机载大型声呐，已完成样机研制，并进行了广泛的海上试验，拟用于EH-10l 直升机和美国的偏转翼飞机。它的探测距离在深海良好的水文条件下可达35n m ile ，可到达第二声汇聚区。该声呐采用
低频弯曲振子技术[2]
，工作频率1131~1145k H z ，与某些舰载主动拖曳线列阵声呐相近，最大工作深度550m 。
2)法、美联合研制的FLASH 声呐，是在H S -12吊放声呐基础上研制的新型低频吊放声呐。调频脉冲压缩技术的应用使其能更好地探测目标的活动范围。它的探测距离的标称值为25km ，声道中的探测距离可达到37km，工作频率略高于H ELRAS ，为315~515k H z ，故换能器阵小一些，工作深度可达750m 。美国海军目前装备在S H-60R 直升机上的AN /AQS -22吊放声呐，采用了FLAS H 的技术体制，工作于112~516kH z 之间的5个可选频带，可对潜艇进行探测、跟踪、定位、分类，并进行声截获、水下通信和
环境数据采集等[3]
。
2 声呐浮标
声呐浮标是反潜机布放于潜艇可能存在的海域，并用无线电发送目标信息给载机的消耗性探潜器材[3]。
声呐浮标按工作方式和定向能力可分为被动全
向声呐浮标、被动定向声呐浮标、主动全向声呐浮标
图1 S H-60R 直升机正在进行AN /AQ S -22声呐实验F i g.1 The pro t o type S H-60R S trikeha wk dep l oy i ng the
AN /AQ S -22di ppi ng sonar during tr i a ls
和主动定向声呐浮标4种。，被动全向声呐浮标只能判别周围是否有潜艇存在，不能测定潜艇的方位和距离；被动定向声呐浮标可判别潜艇的存在和方位，具有对潜探测和定向的作用，使用2~3枚此型浮标便可实现对目标的定位和跟踪；主动全向声呐浮标只能测定潜艇的距离，使用3枚以上浮标且必须同时测定目标距离，才能对潜艇实施准确定位；主动定向声呐浮标既能测定目标距离，又能测定目标方位，使用1枚声呐浮标即可对潜艇定位和测定目标运动要素。
作为机载探测装备，声呐浮标虽然在作用距离、定位速度、定位精度等方面不如吊放声呐，但在搜索的覆盖面积及搜索速度等方面则具有独特的优越性，并以其功能多、使用范围广、携带方便、投放灵活、装备对象广、开发潜力大、价格低廉等优点而始终在反潜探测装备中占据重要位置，尤其是对无法使用吊放声呐的固定翼反潜飞机而言，声呐浮标是其最好的探潜装备。几乎所有的固定翼反潜飞机和半数以上的反潜直升机都装备了声呐浮标。
随着现代科技尤其是电子技术的进步，声呐浮标在不断朝微型化、低消耗化方向发展的同时，性能也在不断提高，探测能力不断增强。现代声呐浮标的发展主要有如下几个特点:
1)通过使用光纤，超高性能集成电路和超大规模集成电路及新颖的印刷板，使浮标本身具有更强大的处理能力和自控能力，并向智能化方向发展。
2)吸收了吊放声呐的某些特点，采用垂直线列
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舰船科学技术第30卷
阵和展翼阵。在浮标上使用基阵，是提高浮标性能的一条主要途径，如美国的AN/SSQ-77系列。以AN/ SSQ-77系列为代表的垂直线列阵浮标，是继AN/ SSQ-53之后由美国海军研制的第二代D I FAR浮标。其研制的目的就是要滤除不需要的航运噪声和检测经海底返回的目标信号来改进信噪比，以提高探测和跟踪能力。AN/SSQ-77是可扩展的全向被动浮标，采用的是由11个非定向水听器组成的垂直线阵，用此线列阵来取代原来的AN/SSQ-53的单个水听器。AN/SSQ-77系列主要用于战术搜索和深水远距离监视,AN/SSQ-77C浮标是该系列的最新型。
3)采用多基地方式，使浮标声学信号收发分置，增强了浮标探测的机动性并减小了平台噪声干扰。基于这种方式，美国目前正采用AN/SSQ-110系列扩展回波测距声呐浮标与AN/SSQ-101ADAR空投主动
信号接收声呐浮标结合使用。AN/SSQ-110系列浮标实际上是一种智能型的高强度主动声源。它通过指令控制主动发射信号，多个AN/SSQ-101ADAR浮标接收回波信号并传输至机载浮标处理系统进行多基地处理。
4)通过改变浮标布放阵式来提高浮标的探测能力。随着现代潜艇技术和训练水平的提高，对于水下高速机动的潜艇目标，要使攻击武器发挥最佳效能，除了用主动浮标确定目标距离和方位数据之外，还需要通过布放浮标阵的方式来获得目标未来运动的精确位置并预测其航程。美国正在研究的浮标随机阵(STRAP)计划，正是基于这样一种考虑。STRAP计划包括2个布放在开阔水域的小型随机阵，每个阵都由20个AN/SSQ-53D DI FAR浮标和4个P AEL浮标组成[4]。
3激光/声探潜技术
美国海军曾对蓝绿激光探潜技术进行过大量的研究，发现蓝绿激光在清澈的大洋中衰减较小，而在近岸的混浊海水下则衰减严重，探测深度大大减小。利用激光/声探测水下目标，在国际上是20世纪80年代才提出的新技术，它是激光技术、声学与电子技术相结合的边缘科学。其基本原理是[3]：大功率红外脉冲激光打在水面上，在水中激励发生反射，如果能量足够大，将有一部分能量穿过水-空气界面，被置于空气中的接收机接收，并根据接收到的回波特性来探测水下目标。这样，激光/声探测技术就成为一种新的遥感探测水下目标方法。
激光/声探潜技术提供了一个完全不与水接触的遥感探测装备，通过激光产生声，在水中还是用声波来探测，发挥各自的优势，从而实现机动灵活、快速准确地遥感探测新途径，它既可克服蓝绿激光水下的严重衰减，又可提高对水下目标的探测速度。激光/声对于发现安静型潜艇也非常有意义。这是因为激光/声还具有两大特点：一是它产生的声脉冲窄、频谱宽；二是它可从高空向下探测海水中的目标，这对于还不能实现全频率、全方位隐身的潜艇，通过接收其隐身性能差的频段和方位的较大反射能量，可以大大提高激光/声探测隐身潜艇的能力。
美国、澳大利亚、加拿大和瑞典等国均对激光/声技术进行了10多年的研究，目前已达到实用阶段的机载激光/声探测系统的主要特点是探测速度快，同时还有造价低、节省物力和人力以及昼夜工作以增加时间等优点，特别适用于地形复杂的浅海区域。目前，国外研制出的主要激光/声探潜装备有美国的ABS系统、加拿大和瑞典联合研制的/鹰眼0系统。
在声学探潜装备的发展中，装备的技术水平和性能指标不断被更新完善。随着潜艇技术的进步和海洋战场环境的日益复杂,/空间单点单部声呐0模式或者简单的/单点多部0模式已很难适应这些新的形势。多平台的同类或非同类探测装备之间的联合搜潜给这一问题提供了一个较好的解决办法，分布式声呐网络的概念继而被提出，利用空间分布的多个发射声源和多个接收器进行目标检测、定位、跟踪和识别的多基地声呐是典型的代表。它兼有主动、被动声呐的特点，在反隐身、反对抗、探安静型潜艇方面具有明显的优越性，还能估计目标深度。其配置较为灵活，其中与航空声呐相关的就有如下几种方
式:
1)舰载声呐与机载吊放声呐构成多基系统
以舰载声呐作声源，机载吊放声呐在远距离上接收目标反射信号。由于吊放声呐的机动灵活、自噪声低、隐蔽性好等优点，这种配置对潜攻击具有极大的突然性。
2)主、被动声呐浮标构成多基系统
这种配置适用于固定翼反潜飞机，飞机可携带较多的浮标，它的信号处理设备规模较大，功能完善，飞机可在某一海域投放若干个主动和被动浮标，完成反潜任务。
3)吊放声呐与多枚适当分布的被动声呐浮标构成多基系统
被动声呐浮标自噪声低，覆盖范围大，是一种理想的接收机，与吊放声呐配合可以更好地发挥各自的优越性。
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调查公民个人信息第6期尹晓东，等：国外航空声学探潜装备研究进展
4)舰载声呐与多枚被动声呐浮标构成多基系统这种配置适用于编队护航和攻潜等战术任务。最早的多基地系统测距试验就按此种方案配置，取得了良好的效果。
目前，国外海军发达国家都在大力研究和试验多基地声呐，已有装备使用。但要使多基地声呐发挥其最佳效能，还有很多需要研究和解决的问题，例如多基地专用平台、收发之间最佳距离和定位精度、实际目标强度、声呐系统参量和环境数据的模拟、收发设备间的通信和同步、平台移动对声呐性能的影响、直达波的干扰抑制等。
4 结 语
国外航空探潜技术正日趋成熟并呈多样化发展。尽管发达国家早在20世纪90年代就已把反潜技术的研究重点由深海转向浅海，并加强了对非声探测的研究，但在未来的航空反潜作战中，声学探潜装备尤其是吊放声呐和声呐浮标，仍将占有无可替代的首要地位。就单一探潜装备来看，吊放声呐和声呐浮标经历了较长时间的发展，其技术水平和性能已较为成熟。从反潜武器系统的角度来看，国外早已开始研究如何能充
分利用多种探潜装备的各自优势，发挥最佳探潜效能。美国几年前提出的/水下网络中心战0的概念，将多种声呐装备和空、潜、舰反潜系统构成一个完整的水下信息网络，而航空吊放声呐和声呐浮标则是这些体系的重要组成部分。在/水下网络中心战0思想的指导下，分布式声呐网络已成为国外研究的
一大方向，这种区域联合搜潜方式充分利用了各种探测装备的优势，大大促进了航空探潜装备的发展和应用。参考文献:
[1] 肖国有，闫宜生.吊放声呐：面临的挑战和对策[J].舰
船电子工程,1999,(3):53-54.
[2] 蓉竹.机载声纳浮标和吊放声纳[J].现代军事,2006,烯丙基苯
(1):62-63.[3] 孙明太.航空反潜概论[M ].北京：国防工业出版社,
1998.155-163
[4] 施明闻，杨晓东.美军声呐浮标的发展现况及展望[J].
探测与定位,2006,(12):103-108.
(上接第167页
)
式(7)和式(8)中，以攻击潜艇的提前角U 为已知量。通常情况下，攻击潜艇的提前角无法得到。此时，可假定以正常提前角攻击，根据报警舷角和报警距离以及潜艇航向、航速由命中三角形求得攻击提前角。在不知报警距离的情况下，可用报警声呐对典型目标的报警距离作为的报警距离。此外，在不知自导搜索扇面半角K 的情况下，可根据不同的交战国取不同的典型值,K 值一般在35b ~45b 之间。
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4 结 语
本文在分析声诱饵作战使用目的基础上，得出声诱饵的航向应使对声诱饵的捕获概率最大的原则。根据此原则，通过几何分析，求出声诱饵的最佳航向。该方法求解简单，可以据报警方位和距离实时求解声诱饵航向，对提高声诱饵的作战使用效能有重要意义。参考文献:
[1] 陈春玉，等.反技术[M ].北京：国防工业出版社,
胸骨2006.
[2] 孟庆玉，张静远，宋保维.作战效能分析[M ].北京:
国防工业出版社,2003.
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