声呐是英文缩写“SONAR”的音译,其中文全称为:声音导航与测距。是一种利用声波在水下的传播特性,通过电声转换和信息处理,完成水下探测和通讯任务的电子设备。声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术,用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪;进行水下通信和导航,保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外,声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信,以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。
声呐系统可以从多种角度分类,不同的声呐按照某种分类方法属于一类,而按其他分类方法可能又属于不同的类别。下表为从不同的分类角度介绍的各种声呐的主要特点。
水下声呐分类
数据来源:新思界产业研究中心整理
全球的水下声呐技术方面,代表性区域主要为美国、欧洲、俄罗斯与中国。
美国的水下声呐技术主要有:AN/SQR-19声呐、AN/BQQ-5综合声呐系统、AN/BQQ-10综合声呐系统、典型SAS系统、C3D测深侧扫声呐系统。
AN/SQR-19被动拖曳线列阵声呐是在AN/SQR-18的基础上开发的,工作始于1976年。它是由美国西屋电气公司、古尔德公司和通用电气公司协作研制的。到1982年把第一部AN/SQR-19试验样机首次安装于美国海军DD-980(Moosbmgger)号导弹驱逐舰上,经试验鉴定后,自1983年开始正式批准生产。1985年7月AN/SQR-19第一套生产样机正式交付使用。该声呐的主要使命是对潜远距离被动探测、噪声测向、跟踪和识别,对水面舰艇也具有远距离探测能力。在AN/SQQ-89(V)舰载综合反潜作战系统中,AN/SQR-19承担了大范围远距离初始探测,引导舰载反潜直升机SH-60B迅速飞往目标区域,使用机载探潜设备对潜艇实施精确定位,用机载反潜武器对潜攻击或经数据链给母舰传输目标数据由舰载远程武器对潜攻击。AN/SQR-19还与AN/SQS-53C声呐相互配合,互为补充,保证中、近程对潜探测、跟踪、识别、定位以及武器的使用。
该声呐由于技术先进和性能优良,美海军已将该系统装备于舰艇,以及改装型CG-47级导弹巡洋舰、DD-963级驱逐舰、DDG-51级导弹驱逐舰和FFG-7级导弹护卫舰,作为舰载综合反潜作战系统AN/SQQ-89(V)中的一个分系统。此外,该系统也已向澳大利亚、加拿大和西班牙等国出售。
欧洲的水下声呐技术主要有:2054综合声呐系统、2076综合声呐系统、TSM2233综合声呐系统、CSU90和DBQS-40综合声呐系统、SES-96参量阵测深/浅地层剖面仪、典型SAS系统。
2076声呐是泰雷兹公司为英国皇家海军设计的一种潜艇声呐探测系统,是世界上最先进的全综合被动/主动搜索和攻击声呐系统。2076声呐的开发工作始于1990年。2002年在英国皇家海军“托贝”号核潜艇上进行了2076声呐系统宽孔径舷侧噪声测距声呐部件的海试。“托贝”号和“锋利”号分别于2003年和2004年完成2076声呐改换装工作。“机敏”级核潜艇从建造开始就把2076声呐装备在艇上。2076综合声呐设备采用了重要的商用成熟技术,被称为第5阶段的一个提高计划将用COTS产品部分替代过去的结构。这种“开放”结构能够迅速嵌入新的软件功能。一旦所有的工作完成,2076第5阶段的系统将完全部署在整个英国皇家海军的攻击型核潜艇舰队中。
俄罗斯的水下声呐技术主要有:MGK-540综合声呐系统、Irtysh/Amfora综合声呐系统。
俄罗斯基本上继承了苏联的潜艇声呐技术,是世界上少数能自行研制拖曳阵声呐的国家之一。现在俄罗斯潜艇上普遍装备了艇壳式基阵声呐和拖曳变深声呐。MGK-540综合声呐系统装备在俄罗斯海军现役的所有主战潜艇上,其中包括“阿库拉”Ⅰ、Ⅱ型,“塞拉”Ⅰ、Ⅱ型核潜艇等。该系统主要用于连续监视潜艇所在水域的水面和水下状况,以被动监听方式对目标进行探测、定向和跟踪。
中国的水下声呐技术主要有:H/SJG-206低频被动拖曳线列阵声呐、双频合成孔径声呐。
国产首款低频被动拖曳线列阵H/SJG-206直到2008年才伴随054A型护卫舰加入人民解放军战斗序列。截至2016年该型声纳已装备16艘054A型导弹护卫舰与6艘052C型导弹驱逐舰,使用时从舰尾右侧的水声设备开口中放出。舰尾左侧开口对应的则是拖曳式鱼雷诱饵。除了近些年新建的战舰之外,更早服役的112“哈尔滨”,113“青岛”,540“淮南”,542“铜陵”等水面战舰也在现代化改装过程中引入了H/SJG-206。
新思界
行业研究出具的《
2018年全球及中国水下声呐产业深度研究报告》显示,目前水下声呐技术及装备发展趋势主要体现在三方面:全自适应智能化认知、共址和分布式MIMO声呐、广域异质多传感器联合感知。
全自适应智能化认知。传统主动声呐系统在处理目标反射回波时,没有考虑声呐接收机感知的环境信息和目标特性的先验知识对发射机的影响,发射信号参数固定。因此,在传输衰减、噪声、混响、多径、时变和大多普勒等复杂水下环境中很难获得理想的探测效果。受近年认知无线电、认知雷达快速发展的启发,通过将先验知识和连续学习引入传统声呐系统,建立对发射端的自适应反馈控制,提出了认知声呐,其组成如图所示。基于知识理论的智能化认知声呐能够根据环境变化和目标特性的先验知识对发射机和接收机进行联合自适应控制,提高对水下目标信号的探测和识别能力。
共址和分布式MIMO声呐。MIMO技术首先在通信和雷达领域得到应用,分为共址MIMO和分布式MIMO。共址MIMO利用发射信号的分集特性扩展收发阵列的虚拟孔径,提高目标探测能力。分布式MIMO阵元分开排列,发射正交信号,从不同角度照射目标,减低起伏衰落,提高探测稳定性。水下特别是近海航船数量多、噪声大、声场复杂、多径和多普勒效应严重,对水雷、蛙人、静音潜艇等弱小目标探测难度大,传统主被动雷达都难以达到理想效果,MIMO声呐为解决这一问题提供了一条新途径。
广域异质多传感器联合感知。单一传感器探测效率低,难以满足大范围、长时间水下信息获取需求,通过网络技术将警戒监视海域内多个不同位置布放的声呐、雷达、激光、红外等传感器进行互联,实现数据的交换、分发和汇聚,进行集中或分布式数据处理,可以形成分布式网络化水下警戒探测系统,实现对覆盖范围内目标的探测、定位、跟踪和分类识别功能。分布式网络化水下预警探测系统具有机动灵活、成本低、效费比高等优点,能够有效增强水下战场信息感知能力。