聲吶是英文縮寫“SONAR”的音譯,其中文全稱為:聲音導航與測距。是一種利用聲波在水下的傳播特性,通過電聲轉換和信息處理,完成水下探測和通訊任務的電子設備。聲吶是各國海軍進行水下監視使用的主要技術,用于對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤;進行水下通信和導航,保障艦艇、反潛飛機和反潛直升機的戰術機動和水中武器的使用。此外,聲吶技術還廣泛用于魚雷制導、水雷引信,以及魚群探測、海洋石油勘探、船舶導航、水下作業、水文測量和海底地質地貌的勘測等。
聲吶系統可以從多種角度分類,不同的聲吶按照某種分類方法屬于一類,而按其他分類方法可能又屬于不同的類別。下表為從不同的分類角度介紹的各種聲吶的主要特點。
水下聲吶分類

數據來源:新思界產業研究中心整理
全球的水下聲吶技術方面,代表性區域主要為美國、歐洲、俄羅斯與中國。
美國的水下聲吶技術主要有:AN/SQR-19聲吶、AN/BQQ-5綜合聲吶系統、AN/BQQ-10綜合聲吶系統、典型SAS系統、C3D測深側掃聲吶系統。
AN/SQR-19被動拖曳線列陣聲吶是在AN/SQR-18的基礎上開發的,工作始于1976年。它是由美國西屋電氣公司、古爾德公司和通用電氣公司協作研制的。到1982年把第一部AN/SQR-19試驗樣機首次安裝于美國海軍DD-980(Moosbmgger)號導彈驅逐艦上,經試驗鑒定后,自1983年開始正式批準生產。1985年7月AN/SQR-19第一套生產樣機正式交付使用。該聲吶的主要使命是對潛遠距離被動探測、噪聲測向、跟蹤和識別,對水面艦艇也具有遠距離探測能力。在AN/SQQ-89(V)艦載綜合反潛作戰系統中,AN/SQR-19承擔了大范圍遠距離初始探測,引導艦載反潛直升機SH-60B迅速飛往目標區域,使用機載探潛設備對潛艇實施精確定位,用機載反潛武器對潛攻擊或經數據鏈給母艦傳輸目標數據由艦載遠程武器對潛攻擊。AN/SQR-19還與AN/SQS-53C聲吶相互配合,互為補充,保證中、近程對潛探測、跟蹤、識別、定位以及武器的使用。
該聲吶由于技術先進和性能優良,美海軍已將該系統裝備于艦艇,以及改裝型CG-47級導彈巡洋艦、DD-963級驅逐艦、DDG-51級導彈驅逐艦和FFG-7級導彈護衛艦,作為艦載綜合反潛作戰系統AN/SQQ-89(V)中的一個分系統。此外,該系統也已向澳大利亞、加拿大和西班牙等國出售。
歐洲的水下聲吶技術主要有:2054綜合聲吶系統、2076綜合聲吶系統、TSM2233綜合聲吶系統、CSU90和DBQS-40綜合聲吶系統、SES-96參量陣測深/淺地層剖面儀、典型SAS系統。
2076聲吶是泰雷茲公司為英國皇家海軍設計的一種潛艇聲吶探測系統,是世界上最先進的全綜合被動/主動搜索和攻擊聲吶系統。2076聲吶的開發工作始于1990年。2002年在英國皇家海軍“托貝”號核潛艇上進行了2076聲吶系統寬孔徑舷側噪聲測距聲吶部件的海試。“托貝”號和“鋒利”號分別于2003年和2004年完成2076聲吶改換裝工作。“機敏”級核潛艇從建造開始就把2076聲吶裝備在艇上。2076綜合聲吶設備采用了重要的商用成熟技術,被稱為第5階段的一個提高計劃將用COTS產品部分替代過去的結構。這種“開放”結構能夠迅速嵌入新的軟件功能。一旦所有的工作完成,2076第5階段的系統將完全部署在整個英國皇家海軍的攻擊型核潛艇艦隊中。
俄羅斯的水下聲吶技術主要有:MGK-540綜合聲吶系統、Irtysh/Amfora綜合聲吶系統。
俄羅斯基本上繼承了蘇聯的潛艇聲吶技術,是世界上少數能自行研制拖曳陣聲吶的國家之一。現在俄羅斯潛艇上普遍裝備了艇殼式基陣聲吶和拖曳變深聲吶。MGK-540綜合聲吶系統裝備在俄羅斯海軍現役的所有主戰潛艇上,其中包括“阿庫拉”Ⅰ、Ⅱ型,“塞拉”Ⅰ、Ⅱ型核潛艇等。該系統主要用于連續監視潛艇所在水域的水面和水下狀況,以被動監聽方式對目標進行探測、定向和跟蹤。
中國的水下聲吶技術主要有:H/SJG-206低頻被動拖曳線列陣聲吶、雙頻合成孔徑聲吶。
國產首款低頻被動拖曳線列陣H/SJG-206直到2008年才伴隨054A型護衛艦加入人民解放軍戰斗序列。截至2016年該型聲納已裝備16艘054A型導彈護衛艦與6艘052C型導彈驅逐艦,使用時從艦尾右側的水聲設備開口中放出。艦尾左側開口對應的則是拖曳式魚雷誘餌。除了近些年新建的戰艦之外,更早服役的112“哈爾濱”,113“青島”,540“淮南”,542“銅陵”等水面戰艦也在現代化改裝過程中引入了H/SJG-206。
新思界
行業研究出具的《
2018年全球及中國水下聲吶產業深度研究報告》顯示,目前水下聲吶技術及裝備發展趨勢主要體現在三方面:全自適應智能化認知、共址和分布式MIMO聲吶、廣域異質多傳感器聯合感知。
全自適應智能化認知。傳統主動聲吶系統在處理目標反射回波時,沒有考慮聲吶接收機感知的環境信息和目標特性的先驗知識對發射機的影響,發射信號參數固定。因此,在傳輸衰減、噪聲、混響、多徑、時變和大多普勒等復雜水下環境中很難獲得理想的探測效果。受近年認知無線電、認知雷達快速發展的啟發,通過將先驗知識和連續學習引入傳統聲吶系統,建立對發射端的自適應反饋控制,提出了認知聲吶,其組成如圖所示。基于知識理論的智能化認知聲吶能夠根據環境變化和目標特性的先驗知識對發射機和接收機進行聯合自適應控制,提高對水下目標信號的探測和識別能力。
共址和分布式MIMO聲吶。MIMO技術首先在通信和雷達領域得到應用,分為共址MIMO和分布式MIMO。共址MIMO利用發射信號的分集特性擴展收發陣列的虛擬孔徑,提高目標探測能力。分布式MIMO陣元分開排列,發射正交信號,從不同角度照射目標,減低起伏衰落,提高探測穩定性。水下特別是近海航船數量多、噪聲大、聲場復雜、多徑和多普勒效應嚴重,對水雷、蛙人、靜音潛艇等弱小目標探測難度大,傳統主被動雷達都難以達到理想效果,MIMO聲吶為解決這一問題提供了一條新途徑。
廣域異質多傳感器聯合感知。單一傳感器探測效率低,難以滿足大范圍、長時間水下信息獲取需求,通過網絡技術將警戒監視海域內多個不同位置布放的聲吶、雷達、激光、紅外等傳感器進行互聯,實現數據的交換、分發和匯聚,進行集中或分布式數據處理,可以形成分布式網絡化水下警戒探測系統,實現對覆蓋范圍內目標的探測、定位、跟蹤和分類識別功能。分布式網絡化水下預警探測系統具有機動靈活、成本低、效費比高等優點,能夠有效增強水下戰場信息感知能力。
關鍵字: