杜召平，陳 剛，王 達(dá)

(1. 中國人民解放軍91388部隊(duì)，廣東 湛江 524001；2. 中國人民解放軍92765部隊(duì)，海南 三亞 572000；3. 中國船舶重工集團(tuán)有限公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

水聲技術(shù)是支持水聲裝備發(fā)展的核心技術(shù)。二戰(zhàn)期間，聲吶作用距離僅數(shù)千米。二戰(zhàn)后，隨著潛艇水下活動能力的不斷增強(qiáng)以及核潛艇的出現(xiàn)，加上電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大幅促進(jìn)了水聲技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了一批采用低頻、大功率、大尺寸基陣和信號處理技術(shù)的聲吶裝備，其著重利用水聲傳播規(guī)律，作用距離大幅提高。到20世紀(jì)70年代，由于大規(guī)模集成電路和數(shù)字計算機(jī)進(jìn)入聲吶領(lǐng)域，出現(xiàn)了全數(shù)字化聲吶。20世紀(jì)80年代，隨著超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，以及對聲吶信號處理中大數(shù)據(jù)量處理和高速運(yùn)算的要求，發(fā)展了一系列高速并行處理結(jié)構(gòu)及器件，為聲吶信號實(shí)現(xiàn)實(shí)時處理提供了條件。20世紀(jì)90年代以后，聲吶發(fā)展未出現(xiàn)重大的突破，更多是適應(yīng)電子信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，利用民用現(xiàn)成技術(shù)提高聲吶的信息技術(shù)水平，適應(yīng)淺海作戰(zhàn)需求，同時降低成本。不過，20世紀(jì)90年代以后，在世界主要海軍強(qiáng)國大力推動下，水聲技術(shù)得到了長足發(fā)展。目前，水聲技術(shù)中的水聲通信問題已取得了較大進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了具備中繼能力的實(shí)時雙向通信，這將促使?jié)撏谌胝麄€海上編隊(duì)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)。

1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 整體發(fā)展態(tài)勢及現(xiàn)狀

潛艇聲隱身技術(shù)的發(fā)展對聲吶技術(shù)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的同時也促進(jìn)了反聲隱身技術(shù)的發(fā)展，促使水聲技術(shù)研究從傳統(tǒng)的信道（均勻、各向同性、無損耗、無邊界）向?qū)嶋H的水聲信道（存在海底、海面、時變、空變）轉(zhuǎn)變；從經(jīng)典聲傳感器系統(tǒng)到非傳統(tǒng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變；從單基地向多基地轉(zhuǎn)變；從建立在傳統(tǒng)的信道基礎(chǔ)上的最佳檢測系統(tǒng)向基于模型的聲吶系統(tǒng)轉(zhuǎn)變；從信息處理向數(shù)據(jù)融合轉(zhuǎn)變。潛艇與海上編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的需求對聲吶技術(shù)提出了更高的要求，集中體現(xiàn)在以下5個方面：

1）不斷向低頻、大功率、大基陣方向發(fā)展

由于潛艇降噪在低頻段很難取得優(yōu)良效果，同時消聲瓦對于低頻目標(biāo)強(qiáng)度的降低也非常有限，因此低頻、大功率、大基陣是聲吶發(fā)展過程中一直不斷追求的目標(biāo)。目前，主流主動聲吶的工作頻率一般為1.5～3.5 kHz，被動聲吶為0.1～1.5 kHz。

對于主動聲吶，增大發(fā)射功率可以提高探測距離，尤其對于附有消聲瓦的目標(biāo)。同時，在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，需要有足夠的聲能來穿透溫鹽層和海流的干擾以獲得潛艇清晰的聲學(xué)圖像。目前，大型主動聲吶的發(fā)射功率達(dá)150～1 000 kW，激光爆炸聲源級可達(dá)220 dB，等離子聲源的聲源級可達(dá)240～260 dB。

大基陣聲吶分為發(fā)射、接收2個方面，對于發(fā)射陣，主動聲吶系統(tǒng)發(fā)射的頻率與其聲基陣尺寸成反比，基陣越大，所能夠發(fā)射的聲波頻率越低；對于接收陣，增大基陣尺寸可以降低環(huán)境噪聲影響以獲取最大的陣增益和信噪比。目前，美國潛艇艇首球形聲吶直徑大約4.5 m，馬蹄形基陣長約15 m，而突破艦艇尺寸限制的拖曳陣，其聲學(xué)模塊段長達(dá)百米，保證其工作頻率低至數(shù)十赫茲。

此外，由于在淺海中海洋環(huán)境復(fù)雜，既要克服混響的影響，又要達(dá)到有效的探測范圍，這要求聲吶具有大功率聲源的同時，頻率可以交替使用，具有較大的帶寬以接收不同的聲吶信號。

2）廣泛采用數(shù)字信息技術(shù)

現(xiàn)代微電子技術(shù)、水聲學(xué)技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為水聲技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障，促進(jìn)了水聲技術(shù)的快速發(fā)展。目前，聲吶已采用開放式體系結(jié)構(gòu)，大量引入民用現(xiàn)成技術(shù)，使聲吶系統(tǒng)性能不斷提升的同時，開發(fā)成本不斷降低。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，聲吶系統(tǒng)的信息處理速度得到了顯著提高，同時數(shù)據(jù)融合和人工智能技術(shù)的引入，使得聲吶系統(tǒng)的自動化、智能化水平也得到了發(fā)展，目前，聲吶系統(tǒng)的目標(biāo)分類識別、跟蹤、定位、自噪聲等能力等都有極大的提高。

3）系統(tǒng)綜合化程度不斷提高

綜合程度是衡量聲吶系統(tǒng)發(fā)展水平的依據(jù)之一。從綜合化程度來看，目前，聲吶系統(tǒng)已經(jīng)突破了聲吶裝備間的綜合，已同艦艇上整個電子信息系統(tǒng)集成。例如美國“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇裝備的NSSN C3I電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)由15個子系統(tǒng)組成，子系統(tǒng)之間經(jīng)過異步傳輸/同步光纖網(wǎng)（ATM/SONET）連接。這些子系統(tǒng)包括聲吶、作戰(zhàn)控制和結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)等。聲吶系統(tǒng)的聲學(xué)傳感器包括：15 ft球形艦首陣、輕型寬孔徑陣、高頻探測陣、高頻導(dǎo)航陣、TB-16拖曳陣、TB-23/TB-29拖曳線列陣和輔助聲吶。聲吶傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)過光纖通道標(biāo)準(zhǔn)（FCS）技術(shù)分配給處理硬件。處理過的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)過異步傳輸通信（ATM）實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)層共享。同時系統(tǒng)采用了開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為各子系統(tǒng)提供了一種寬松的連接環(huán)境。

4）不斷提高聲吶的可靠性和可維修性

在反潛戰(zhàn)實(shí)施過程中，聲吶的搜索效率非常重要，其不僅與其作用距離有關(guān)，也與其可靠性和可維修性關(guān)系密切。目前，國外大型聲吶的平均故障間隔為400～450 h，故障平均修復(fù)時間在1 h以內(nèi)，一些中、小型聲吶的可靠性和可維修性更高。隨著微型組件的廣泛應(yīng)用，加上數(shù)字化、故障自檢技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，聲吶的可靠性和可維修性將不斷提高。同時，換能器技術(shù)的提高，也大大提高聲吶的可靠性和可維修性。

5）重視環(huán)境適應(yīng)能力

聲波在海水中的傳播特性是聲吶設(shè)計的重要依據(jù)之一。因此，了解或掌握聲波在海水中的傳播特性對聲吶系統(tǒng)本身來說極為重要。這種傳播特性根據(jù)海區(qū)的地點(diǎn)、時間、季節(jié)、天候等不同而各有其特定的規(guī)律性，為了掌握這種規(guī)律性必須對海區(qū)進(jìn)行實(shí)際的海洋水聲考察。以美國為例，到20世紀(jì)60年代末期基本完成了當(dāng)時美國海軍計劃海區(qū)的水聲考察，并且可對在該海區(qū)內(nèi)的聲吶作用距離進(jìn)行有效預(yù)測。目前，世界主要海軍強(qiáng)國仍在持續(xù)開展這項(xiàng)工作。

1.2 國外典型聲吶裝備

1.2.1 AN/BQQ-10綜合聲吶系統(tǒng)

目前，AN/BQQ-10綜合聲吶系統(tǒng)已經(jīng)裝備“洛杉磯”級、“弗吉尼亞”級、“俄亥俄”級核潛艇。該綜合聲吶系統(tǒng)是以AN/BQQ-5和AN/BQQ-6綜合聲吶系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過“民用聲學(xué)現(xiàn)成技術(shù)快速植入計劃（A-RCI）”升級而來。

AN/BQQ-10綜合聲吶系統(tǒng)對潛艇水下精確測繪導(dǎo)航（PUMA）系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，該項(xiàng)改進(jìn)可為潛艇提供測繪海底地形并記錄其地理特征的能力，包括似水雷物探測和3-D測繪圖顯示，這些數(shù)字地圖可以壓縮傳送給?；完懟脚_進(jìn)行顯示。這種精確測繪海底地形的能力，使?jié)撏軌螂[蔽執(zhí)行對作戰(zhàn)空間海底情況的準(zhǔn)備工作，以及安全進(jìn)行雷區(qū)監(jiān)視與規(guī)避行動。

1.2.2 TB-29/TB-29A拖曳線列陣聲吶

圖1 AN/BQQ-10系統(tǒng)顯示的海底地形圖Fig. 1 Seabed topographic map displayed by AN/BQQ-10 system

TB-29是TB-23拖曳線列陣的改進(jìn)型，是AN/BQQ-5E綜合聲吶系統(tǒng)和AN/BSY-1，AN/BSY-2綜合潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)配置的細(xì)線拖曳線列陣。裝備于改型后的“洛杉磯”級攻擊型核潛艇和“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇。目前，美國正在研發(fā)新型的TB-33型細(xì)線拖曳聲吶，未來TB-33型服役后將逐步替代TB-29A。

圖2 “弗吉尼亞”核潛艇的TB-29A細(xì)線拖曳陣聲吶Fig. 2 Virginia nuclear submarine TB-29A thin line towed array sonar

TB-29增強(qiáng)了潛艇的聲學(xué)性能，改善了作戰(zhàn)控制能力，更換了隔振設(shè)備，并采用先進(jìn)現(xiàn)成民用技術(shù)將成本降低為原有的20%～30%，處理能力卻提升了一個數(shù)量級。

TB-29A與TB-29的區(qū)別主要在于其遠(yuǎn)距離探測能力和聲學(xué)傳感器，TB-29A具有更好的探測、分辨和定位性能，長度在488～915 m之間。該拖曳線列陣由一系列水聲模塊組成，每個水聲模塊包含32個通道；陣中的傳感器定位系統(tǒng)可以確定陣列位置、方向并且通過波束補(bǔ)償糾正線列陣在拖曳過程中的任何變形。

TB-29拖曳線列陣的收放系統(tǒng)采用OA-9070，裝備“洛杉磯”級、“海狼”級、“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇。其中“洛杉磯”級采用液壓驅(qū)動的A型；“弗古尼亞”級采用的是全電驅(qū)動的E型，該系統(tǒng)通過電力驅(qū)動取代了以前收放系統(tǒng)中牽引機(jī)、存儲卷筒以及相關(guān)的制動裝置的液壓系統(tǒng)驅(qū)動，在減少空間要求、增加負(fù)載能力、降低重量和成本、提高監(jiān)測和控制性能及作戰(zhàn)系統(tǒng)效率等很多方面具有優(yōu)勢。

1.2.3 輕型寬孔徑基陣

圖3 OA-9070E系統(tǒng)耐壓殼外裝置Fig. 3 OA-9070E system pressure outer shell device

輕型寬孔徑基陣（LWWAA）是“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇裝備的C3I系統(tǒng)的重要組成部分，其采用光纖和激光技術(shù)把聲學(xué)能量轉(zhuǎn)換為信息，在重量和成本上，比“海狼”級攻擊型核潛艇裝備的AN/BQG-5型寬孔徑基陣聲吶降低了54%和37%，顯著提高了作戰(zhàn)系統(tǒng)的性能。

輕型寬孔徑基陣由6個安裝在艦殼的舷側(cè)基陣組成，它能靈活地對同一水域潛艇聲特征進(jìn)行監(jiān)聽，提供實(shí)時的水下態(tài)勢信息，其能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出艦殼聲吶和拖線陣聲吶的探測范圍。輕型寬孔徑基陣對艦內(nèi)外的許多子系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，包括使用空氣橡膠聲障板取代內(nèi)部去藕器，減小噪聲對基陣的影響；使用輕型光纖電纜代替銅纜，向作戰(zhàn)系統(tǒng)傳送聲吶數(shù)據(jù)，節(jié)省艇內(nèi)空間；采用商用流行處理機(jī)代替軍用計算機(jī)，方便升級維護(hù)等。

1.2.4 低成本共形陣

低成本共形陣（LCCA）是安裝在潛艇指揮臺圍殼后部的模塊化高頻接觸管理聲吶，屬于被動平面陣，與AN/BQQ-10聲吶系統(tǒng)集成在一起，其可以極大提高潛艇在高密度航運(yùn)的淺海環(huán)境中為改進(jìn)戰(zhàn)術(shù)控制提供態(tài)勢感知和碰撞規(guī)避的能力。

2008年，美國海軍授予洛克希德·馬丁公司一份價值890萬美元的合同，意在為美國潛艇生產(chǎn)低成本共形陣。首套低成本共形陣裝備“洛杉磯”級改進(jìn)型核潛艇上。

1.2.5 AN/SQQ-90綜合水下戰(zhàn)系統(tǒng)

AN/SQQ-90綜合水下戰(zhàn)系統(tǒng)是一種自動化的避雷和反潛戰(zhàn)系統(tǒng)，包括艦殼中頻聲吶（AN/SQS-60）、艦殼高頻聲吶（AN/SQS-61）、多功能拖曳陣聲吶以及先進(jìn)的處理決策系統(tǒng)（AN/SQR-20），可對近海或開放海域的安靜型常規(guī)潛艇和水雷進(jìn)行探測。

2008年底，AN/SQQ-90綜合水下戰(zhàn)系統(tǒng)由雷聲公司開發(fā)，并裝備“朱姆沃爾特”級驅(qū)逐艦，該系統(tǒng)通過采用自動化以及獨(dú)特的信息管理方式，使系統(tǒng)操作人員只相當(dāng)于目前“宙斯盾”驅(qū)逐艦反潛作戰(zhàn)平臺的1/3，并可與MH-60直升機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)集成，提供大范圍作戰(zhàn)半徑。

圖4 AN/SQQ-90綜合水下戰(zhàn)系統(tǒng)Fig. 4 AN/SQQ-90 integrated underwater warfare system

1.2.6 AN/AQS-22低頻吊放聲吶

AN/AQS-22低頻吊放聲吶目前裝備于美國海軍MH-60R反潛直升機(jī)，是美國海軍用于替代AN/AQS-13F型吊放聲吶的展翼主/被動低頻聲吶。與原先AN/AQS-13F型吊放聲吶相比，AN/AQS-22低頻吊放聲吶，具有更低的頻率、更大的陣列孔徑和更遠(yuǎn)的探測距離，最遠(yuǎn)可以探測到30 nmile以外的目標(biāo)。

圖5 AN/AQS-22低頻吊放聲吶Fig. 5 AN/AQS-22 low-frequency suspension sonar

AN/AQS-22低頻吊放聲吶最大工作深度達(dá)到550 m，在對10～200 m深的海底進(jìn)行探測時，三維圖像分辨率可達(dá)3 cm。具有12條折疊臂，展開陣列直徑達(dá)2.6 m，可形成24個預(yù)成波束，對全向各角度的目標(biāo)都具有快速感知和定向能力，并可對低速目標(biāo)甚至靜止目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確識別，這對停機(jī)蟄伏的常規(guī)潛艇來說具有較大威脅。在1.2～5.6 kHz頻段內(nèi)具有5個工作頻點(diǎn)，完全工作在中/低頻段，同時具有大功率低頻主動發(fā)射和調(diào)頻波、等幅波全功率單脈沖發(fā)射能力。

此外，AN/AQS-22低頻吊放聲吶配備了UYS-2A聲信號處理器，可以進(jìn)行全波段、1/8波段、1/4波段微調(diào)，具有同時處理8個全向浮標(biāo)和4個定向浮標(biāo)的全頻段信號能力，并可通過指令控制8～16個聲吶浮標(biāo)。

隨著AN/AQS-22低頻吊放聲吶的裝備，美國海軍航空反潛平臺的搜索速度、信息安全性和可操作性得到了增強(qiáng)，水面艦深、淺水反潛作戰(zhàn)能力得到了改善，提高了反潛直升機(jī)執(zhí)行應(yīng)召反潛任務(wù)的成功率，并進(jìn)一步提高了美國海軍航母編隊(duì)附近水域的主動防護(hù)能力。

2 國外發(fā)展方向及重點(diǎn)

支持聲吶發(fā)展的主要是海洋聲學(xué)技術(shù)和電子信息技術(shù)?，F(xiàn)代潛艇隱身性能越來越好，“安靜型”潛艇、裝備AIP潛艇以及大量小型潛艇的威脅不斷增大，淺海反潛已經(jīng)成為海軍的重點(diǎn)任務(wù)之一。同時，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)成為20世紀(jì)末高新技術(shù)特別是信息技術(shù)的迅速發(fā)展引起軍事領(lǐng)域一系列革命性的變化。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)是一種新的戰(zhàn)略思想也是一種新的作戰(zhàn)類型，其實(shí)質(zhì)是通過網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生戰(zhàn)斗力。當(dāng)前，由平臺中心戰(zhàn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)變的趨勢十分明顯，這股潮流正在激勵著水下戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程。這要求潛艇能夠融入整個戰(zhàn)場中，實(shí)現(xiàn)與其他空間的部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)。在技術(shù)方面，近期海洋聲學(xué)技術(shù)尚未出現(xiàn)革命性的突破，而民用電子信息技術(shù)發(fā)展日新月異。這些因素促使聲吶發(fā)展向著以下5個方面發(fā)展

1）注重編隊(duì)作戰(zhàn)，具備多基探測的能力，潛艇雙向通信關(guān)鍵技術(shù)研究成為熱點(diǎn)；

2）提升聲吶淺海作戰(zhàn)性能是聲吶現(xiàn)代化改造中的重點(diǎn)任務(wù)；

3）出現(xiàn)全艇共形陣概念，技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)是艇首共形陣聲吶；

4）水下反恐需求促使要地小目標(biāo)探測技術(shù)快速發(fā)展；

5）采用開發(fā)式體系結(jié)構(gòu)，大量利用民用現(xiàn)成技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代化升級改造，在降低成本的同時，促使聲吶性能持續(xù)提高。

當(dāng)然，除了以上特點(diǎn)外，近期聲吶發(fā)展中還表現(xiàn)出其他一些特點(diǎn)，例如，適應(yīng)綜合電力系統(tǒng)的發(fā)展、考慮對海洋哺乳動物的影響等。

2.1 注重艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)性能

聲吶系統(tǒng)注重艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)性能主要表現(xiàn)在多基地探測和編隊(duì)通信2個方面。前者表現(xiàn)為水面艦艇編隊(duì)中多艘艦艇艦殼聲吶、拖曳陣聲吶和各種反潛浮標(biāo)的配合反潛；后者主要指水下潛艇的實(shí)時雙向通信。

2.1.1 水面艦艇多基地反潛

多基地探測是指在一定范圍內(nèi)的聲吶設(shè)備以收發(fā)分置的模式進(jìn)行探測，其可進(jìn)一步分為單平臺和多平臺2種模式。前者是利用一個平臺上搭載的多個聲學(xué)傳感器進(jìn)行聯(lián)合探測；后者是利用海、陸、空、天各種平臺所搭載的聲學(xué)傳感器進(jìn)行全方位的聯(lián)合探測，可形成廣闊、機(jī)動的探測網(wǎng)絡(luò)。

目前，艦殼（艇載）聲吶可以和載機(jī)聲吶、拖曳陣聲吶、舷外投放的以及無人航行器搭載的聲學(xué)傳感器等組成多基地探測系統(tǒng)，也可進(jìn)一步在艦艇平臺間組成編隊(duì)多基地聲吶系統(tǒng)，甚至可與固定式海底聲吶網(wǎng)絡(luò)組成多基地聲吶。這就擴(kuò)大了水下戰(zhàn)的監(jiān)視范圍，并提高了整體探測效率。當(dāng)前對多基地聲吶系統(tǒng)的研究早已跨越了對探測性能的理論分析和仿真研究階段，而是以作戰(zhàn)需求為背景，圍繞其核心技術(shù)及構(gòu)成系統(tǒng)所需的相關(guān)支撐技術(shù)，對探測、跟蹤、信息融合、通信、性能評估、戰(zhàn)術(shù)使用及配置模式等開展了全方位的深入研究。

圖6 水面艦和飛機(jī)空投浮標(biāo)構(gòu)成多基地探測系統(tǒng)Fig. 6 Multi-base exploration system consists of surface warships and airdropped buoys

最近十幾年，美國每年投入大量經(jīng)費(fèi)對多基地聲吶系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，例如其計劃用多功能拖曳線列陣（MFTA）代替原來的AN/SQR-19B（V）1，該線列陣除原有被動警戒功能外，還可以接收各種中/低頻主動聲吶信號，能和艦殼上的SQS-53C/D聲吶按多基地方式進(jìn)行低/中頻收發(fā)分置探測，并可與SH-60B/F反潛直升機(jī)上的輕型低頻主動聲吶以及其他舷外投放的或固定布設(shè)的傳感器系統(tǒng)共同進(jìn)行主動多基地方式探測。

法國也曾對水面艦艇裝備的主/被動拖曳線列陣聲吶（CAPTAS）和FLASH聲吶分別按照單基地和單、多基地聯(lián)合探測的覆蓋面積和性能進(jìn)行了對比性試驗(yàn)。結(jié)果表明，多基地明顯優(yōu)于單基地，不但探測面積大，而且探測效果、速度、準(zhǔn)確性、覆蓋均勻性等都有大幅度提高。

2.1.2 潛艇實(shí)時雙向通信

潛艇作戰(zhàn)期間，為提高作戰(zhàn)綜合效能，網(wǎng)絡(luò)連通性十分重要，這使得潛艇雙向通信能力需求十分迫切。這里潛艇雙向通信是指潛艇在隱蔽狀態(tài)下的雙向通信，同時不受機(jī)動狀態(tài)的影響。

潛艇實(shí)時雙向通信在技術(shù)上主要的實(shí)現(xiàn)方式包括通信浮標(biāo)（包括有線和無線）、水下網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)綠激光通信。有線通信浮標(biāo)和藍(lán)綠激光通信都會使?jié)撏П┞兜母怕试龃蟆Ｏ鄬Χ?，通過無線通信浮標(biāo)、水下網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信暴露的概率較小，其主要技術(shù)難點(diǎn)是水聲通信的問題，這也成為目前各國海軍重點(diǎn)攻關(guān)的方向。

目前，潛艇實(shí)時雙向通信浮標(biāo)有2種典型的代表，即美國海軍“巡航狀態(tài)下潛艇雙向通信”項(xiàng)目中的通信浮標(biāo)系統(tǒng)，德國212A潛艇裝備的Callisto潛艇通信系統(tǒng)。

2.2 加強(qiáng)淺海作戰(zhàn)性能

隨著潛艇技術(shù)的進(jìn)步和威脅的不斷提高，現(xiàn)役反潛裝備及作戰(zhàn)訓(xùn)練水平難以滿足當(dāng)前及未來反潛作戰(zhàn)的需要，特別是淺海反潛作戰(zhàn)的要求。通過將聲吶技術(shù)與海洋環(huán)境、傳播信道、安裝平臺充分結(jié)合，使得目前多種聲吶系統(tǒng)的淺海作戰(zhàn)性能得到大幅提高，這方面重點(diǎn)體現(xiàn)在拖曳陣和反潛浮標(biāo)。

2.2.1 拖曳陣聲吶系統(tǒng)

美國安裝到DDG1000上的輕型寬帶變深聲吶（LBVDS），可穿透溫鹽層和海流的干擾，具有獲得潛艇清晰聲學(xué)圖像的能力。其采用了3種新技術(shù)，寬帶信號產(chǎn)生和處理、高能密度轉(zhuǎn)換材料和稀疏接收陣。發(fā)射頻率范圍是1～6 kHz，不僅可克服深海中水層擾動帶來的干擾，還可以克服淺海中的混響問題，主動探測的性能提高20～30 dB。

美國監(jiān)視拖曳陣傳感器系統(tǒng)（SURTASS）被動拖線陣通過增強(qiáng)換能器的靈敏度、應(yīng)用先進(jìn)信號處理技術(shù)，具有靈活高效的譜分析能力和目標(biāo)方位分辨能力。SURTASS系統(tǒng)中的低頻主動聲吶是針對安靜型威脅目標(biāo)設(shè)計的遠(yuǎn)距離主動聲吶系統(tǒng)。該裝備包括主動發(fā)射陣、處理系統(tǒng)、功率放大系統(tǒng)和控制系統(tǒng)、主動信號處理與顯示系統(tǒng)、環(huán)境分析系統(tǒng)，具有支援沿海反潛作戰(zhàn)的淺海探測能力，該系統(tǒng)也可被動方式探測安靜型核潛艇和柴電潛艇，并實(shí)時向戰(zhàn)區(qū)司令官和作戰(zhàn)單位報告監(jiān)視信息。布放方式分為：長尺寸單線被動聲基陣，或短尺寸雙線被動聲基陣。雙線系統(tǒng)是用在淺水區(qū)域最有效的拖線列陣系統(tǒng)，能夠在沿海淺水區(qū)域提供優(yōu)良的水下監(jiān)視能力，拖曳深度50 m，允許拖曳速度快，方向性噪聲抑制作用強(qiáng)，無需轉(zhuǎn)向即可解決方位模糊問題，轉(zhuǎn)向后系統(tǒng)穩(wěn)定迅速。

2.2.2 反潛浮標(biāo)

美國P-3C遠(yuǎn)程反潛巡邏機(jī)裝備了SSQ-101被動接收浮標(biāo)和SSQ-110發(fā)射聲源浮標(biāo)兩型航空聲吶浮標(biāo)，其發(fā)展隸屬擴(kuò)展回聲搜索（EXTENDED ECHO-RANGING）計劃。該計劃的發(fā)展分為3個階段，第1階段重點(diǎn)研制非編碼脈沖或小型爆炸聲源。第2階段重點(diǎn)研制空投主動接收浮標(biāo)（ADAR），該浮標(biāo)也可作為被動浮標(biāo)探測高速潛艇。第3階段重點(diǎn)研制更易檢測的編碼聲源，并與被動浮標(biāo)組成多基地回聲探測系統(tǒng)，以適應(yīng)惡劣的水文條件。

2.3 發(fā)展共形陣聲吶

提高聲吶系統(tǒng)性能（基陣增益、分辨率等）最有效的方法是增大基陣孔徑，但由于潛艇自身空間的限制，因此目前看來，增大基陣孔徑只能是采用共形陣。美國海軍提出的全艇共形陣聲吶，沿艇首表面部署平板陣，與艇兩側(cè)的舷側(cè)陣連成一體，形成包裹整艇的大尺寸陣列，實(shí)現(xiàn)基陣有效孔徑的最大化，大大減少探測盲區(qū)，但全艇共形陣技術(shù)尚不成熟。

目前，比較成熟的共形陣有艇首共形陣、舷側(cè)共形陣、指揮臺圍殼共形陣等局部共形陣，通過局部共形陣的發(fā)展，可促進(jìn)陣元加工及安裝工藝、復(fù)雜陣型的波束形成等技術(shù)的發(fā)展，為今后全艇共形陣發(fā)展進(jìn)行技術(shù)儲備。

2.3.1 美國艇首大孔徑共形陣

美國海軍與國防預(yù)先研究計劃局（DARPA）共同發(fā)展Tango-Bravo計劃，研究適應(yīng)艇殼的聲吶陣，使其能全艇布置，改善偵聽性能，進(jìn)行全方位監(jiān)控，克服目前偵聽角度的限制。現(xiàn)已實(shí)施先進(jìn)共形潛艇水聲傳感器（ACSAS）計劃和共形聲速傳感器（CAVES）計劃。由于各種原因的掣肘，美國直到第3批“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇中仍采用水背襯的U型大孔徑陣（LAB），該型換能器省去上千個SUBSAFE標(biāo)準(zhǔn)的透焊開口，設(shè)計壽命與潛艇一樣，長達(dá)33年，發(fā)射換能器壽命大約17年。

圖7 “弗吉尼亞”級核潛艇艇首聲吶的變化Fig. 7 Changes in sonar sonar of Virginia class submarine

2.3.2 其他國家艇首共形陣

俄羅斯“拉達(dá)”級潛艇在艇首采用的是密排布陣的共形陣，陣元總數(shù)達(dá)8 000個。英國“機(jī)敏”級核潛艇也在艇首采用能提供更大有效孔徑的共形陣，且同俄羅斯“拉達(dá)”級一樣，盡量向舷兩側(cè)后方延伸，擴(kuò)大聲基陣面積保證聲吶性能。日本發(fā)展共形陣的概念與美國類似。

2.4 利用民用現(xiàn)成技術(shù)

面對研發(fā)成本不斷上升，聲學(xué)優(yōu)勢不斷弱化的雙重壓力，美國海軍決定在潛艇聲吶系統(tǒng)中廣泛引進(jìn)民用現(xiàn)成技術(shù)?；诿裼矛F(xiàn)成技術(shù)（COTS）的開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可顯著提升潛艇聲吶性能、降低全壽期成本、簡化設(shè)備更新過程。需要指出的是，實(shí)現(xiàn)真正的基于民用現(xiàn)成技術(shù)的開放式體系結(jié)構(gòu)不僅僅是一個技術(shù)問題，其要求對相應(yīng)的過程和管理制度作出改變，同時軍方，供應(yīng)商必須認(rèn)可并響應(yīng)這些變化，理解這種新的組織模式，并認(rèn)同這種完全不同的產(chǎn)品支持和結(jié)構(gòu)管理方法是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。

圖8 英國“特拉法爾加”級潛艇裝備的2076聲吶Fig. 8 The 2076 sonar of a British Trafalgar-class submarine

圖9 軍事專用設(shè)備與COTS設(shè)備的對比Fig. 9 Comparison of military special equipment and COTS equipment

在美國民用聲學(xué)現(xiàn)成技術(shù)快速植入（A-RCI）項(xiàng)目的影響下，英國、挪威、西班牙等國也開始了本國的潛艇聲吶開放式結(jié)構(gòu)升級改造計劃。目前，聲吶技術(shù)向基于民用現(xiàn)成技術(shù)的開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展，已經(jīng)成為聲吶信息處理系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。