问鼎娱乐 深度解析|世界潜艇综合声呐系统发展现状及趋势

（武汉第二船舶设计院）

闵瑞红：从事潜艇技术情报研究与分析。

【摘要】阐述了二战以来世界各国海军潜艇装备的声纳系统的发展历程。本文重点介绍美国、俄罗斯、英国、法国、德国等国现役海军潜艇装备的综合声纳系统的发展现状，包括其技术特点、性能指标和装备状况。分析了世界各国海军潜艇声纳技术的发展方向和趋势，提出了国外潜艇声纳技术发展对我国的启示。

【关键词】 潜艇；声纳；综合声纳系统

0.简介

现代潜艇综合声纳系统是由多个声纳和水声测量设备组成的具有综合功能的水声探测系统。通常由无源测距阵列、艏阵、侦察水听器阵列、探雷阵列组成，由通信阵列、边线阵列、拖缆阵列、船舶噪声监测水听器、通用信号处理器、通用多路复用器等组成。在潜艇综合声纳系统中，声纳单元之间可以传输数据，并且可以共享某些声纳阵列或信号处理组件问鼎娱乐官网下载，共同完成任务。

潜艇综合声纳系统具有以下功能：

1）搜索、跟踪、测向、测距和识别目标；

2）对声呐脉冲源进行侦察、定位和波形参数确定；

3）主动发射脉冲定位目标；

4）潜艇之间、潜艇与水面舰艇之间完成通信、测距、敌我识别；

5）探测地雷；

6）监测船舶声纳罩、螺旋桨附近等典型部位的噪声，并对异常情况进行报警；

7）测量声速随深度的变化，提供现场海洋条件下声能传播的直观图像，为指挥员和声纳操作员选择最佳战术机动和声纳使用方法提供依据；

8）对各种声纳信息进行综合处理和显示，并将相关数据输入指挥控制系统。

潜艇综合声呐系统能够在复杂的多目标环境或突发危险情况下，快速准确地获取战术态势和敌方相关数据，最大限度地降低潜艇面临的风险，提高潜艇作战任务的效能。成功率。因此，先进的综合声纳系统应具备以下特点：

1）系统功能应尽可能由软件控制。除少量人工干预和决策外，系统应具有计算机辅助决策功能。

2）集成所有潜艇声纳的功能，实现信息的分布式处理和信息融合以及信息管理的自动化。

3）软硬件采用模块化设计，使系统易于现代化、改进和升级。使用通用的多功能显示控制台和信号处理器实现系统标准化。

4）系统采用高速冗余数据传输，满足大容量数据交换和高速、高可靠性传输的要求，并对重要数据实现分布式冗余存储[1]。

1、国外潜艇综合声纳系统发展现状

从二战初期到现在，潜艇声纳系统进入了快速发展时期。导致潜艇声纳系统快速发展的因素主要有两个：一是随着潜艇特别是核潜艇的性能、攻击力和隐蔽性的大幅提高，各国海军对能力不断提出新的要求。利用声纳来探测潜艇，促进了声纳的发展。其次，由于电子技术、水声技术、计算机技术和信号处理技术的快速发展，为声纳的发展提供了技术保障。二战以来，潜艇声纳的发展已经历了三代，目前正在发展到第四代。

第一代潜艇声纳是从二战末期到20世纪50年代末研制出来的。 20世纪60年代至70年代初潜艇上配备的声呐是第二代。第三代潜艇声纳出现于20世纪70年代中期至80年代末。第四代潜艇声纳于20世纪80年代末90年代初开始出现。这一代声纳具有较高的综合控制、综合管理、集中处理、集中显示等特点[2]。

1.1 美国

美国AN/BQQ-5综合声纳系统是美国海军第一个用于潜艇的数字综合声纳系统。它于1960年代末开始研制，在1972年和1973年期间进行了全面测试，并于1973年8月批准生产，并于1974年装备在美国海军“洛杉矶”级攻击核潜艇上。AN的主要用途/BQQ-5声纳系统是为鱼叉导弹、萨布洛克潜射反潜导弹和反潜导弹的发射提供水下目标定位数据。 MK48鱼雷，承担水下目标的探测、跟踪和分类工作。 、识别、噪声测向、无源测距、侦察和水下通信等任务。

AN/BQQ-5综合声呐系统由AN/BQS-13船体安装式主/被动球形声呐、AN/BQR-20艏适形声呐和AN/BQR-25拖曳声水听器阵列组成。 AN/BQR-25拖曳声学水听器阵列最初使用TB-16粗线拖曳阵列。聚乙烯包覆拖缆最大长度约800m，直径9.5mm。该阵列在电缆末端布置有水。听者和电子设备，阵列直径8.25mm。该阵列从前端到尾部逐渐变细，以最大限度地减少流动噪音。

AN/BQQ-5声纳系统自1974年以来已开发了5个型号，后续型号为AN/BQQ-5B、AN/BQQ-5C(V)、AN/BQQ-5D和AN/BQQ-5E。

AN/BQQ-5D采用TB-23细线拖曳阵列，于1988年安装运行。它是安装在耐压船体外部从船头到船尾的压力管道中的轻型系统。它配备有电缆绞盘，可卷入潜艇的船首主压载水舱内。 AN/BQQ-5E低频第一球形阵列采用新型无源测距细线拖曳阵列TB-29，该阵列于1993年左右投入海上运行。AN/BQQ-5E提供先进的低频数据探测、跟踪和分类。该系统可提供低频主动抗干扰能力、双拖曳阵列处理和全频谱处理能力。 AN/BQQ-5采用数字多波束转向（DIMUS）技术，仅允许一名声纳操作员同时观察360°方向，并通过改进的显示装置提供被动分类。

截至目前，AN/BQQ-5系列声呐系统已交付100套，其中潜艇用91套、维修教练机用4套、工程模型用5套[2-3]。

目前，所有“洛杉矶”级和“海狼”级攻击核潜艇均配备AN/BQQ-5系统。 “洛杉矶”级核潜艇装备有AN/BQQ-5D和AN/BQQ-5E。 “海狼”级核潜艇装备AN/BQQ-5D型[2-4]。

美国AN/BQQ-5综合声纳系统可以进行主动和被动定位。主动目标定位是通过AN/BQS-13DNA主动声纳实现的。除了使用主动声纳外，快速被动测距声纳还可以起到对目标进行测距和定位的作用。声纳系统在潜艇两侧各设有首、中、尾三个阵列。以中心阵为参考点，利用首、尾阵接收目标信号的时间差，即可计算出目标的距离和方位。 [2]。

AN/BQQ-5系列声纳进一步升级，发展为声学快速COTS插入（ARCI）AN/BQQ-10声纳系统。

AN/BQQ-10计划分多个阶段进行，旨在为潜艇提供性能更强、灵活性更强的通用声纳系统。

该计划第一阶段是为两艘“洛杉矶”级核潜艇上的拖曳阵列声纳提供增强型窄带和空间游标处理器；第二阶段是对两艘核潜艇上的拖曳阵列处理器实施全面大修。升级；第三阶段将改进球形和船体阵列处理器；第四阶段将解决高频声纳处理能力。

目前，一期和二期设备已安装在两艘“洛杉矶”级核潜艇上。第3阶段和第4阶段将随后进行[2-3]。

2008 年 9 月，洛克希德·马丁公司获得了一份价值 890 万美元的合同，为美国海军潜艇生产低成本共形阵列 (LCCA) 并支持其在船上的使用。 LCCA是一个无源平面阵列，安装在潜艇指挥室外壳的后部，并与ARCIAN/BQQ-10声纳系统集成。它提供环境检测和防撞功能，以改进高密度运输环境中的战术控制。 LCCA可以提高拥挤的海上环境中的环境检测能力。该阵列与AN/BQQ-10声纳系统集成，安装在改进型“洛杉矶”级核潜艇上[5]。

此外，由美国海军和国防高级研究计划局共同发起的Tango-Bravo计划致力于五个关键的潜艇技术领域。关键技术领域之一是研究适应船体的声纳阵列，使其可以部署在整个船上。这样的阵列可以实现全方位的声纳监视。一些共形阵列发展计划已经实施，如先进共形海底水声传感器项目和共形声速传感器项目[6]。

1.2 俄罗斯

俄罗斯基本继承了苏联的潜艇声纳技术，是世界上少数能够自行研制拖曳阵声纳的国家之一。俄罗斯潜艇现在普遍配备船基阵列声纳和拖曳式变深声纳。 MGK-540综合声纳系统装备在俄罗斯海军目前服役的所有主战潜艇上，包括“阿库拉”I、II型核潜艇和“塞拉”I、II型核潜艇。该系统主要用于连续监测潜艇所在海域的水面和水下状况，以被动监听的方式对目标进行探测、定向和跟踪。其监测方式分为宽带和窄带，工作频率有音频、低频和次声频。主动检测目标可以确定目标距离和相对方位的变化。分析主动声纳发射的窄带和宽带信号可以确定其方位角参数。该系统还可以对检测到的目标进行自动分类识别，综合性能比较先进。 MGK-540综合声纳系统主要由船体阵列声纳、低/中频、主/被动搜索跟踪声纳和无源拖曳阵列深度声纳组成。其中，低频船体声纳以被动方式进行搜索和预警。换能器阵列安装在弓壳上。该阵列布置在船首鱼雷发射管下方。水面舰艇的被动射程为60公里问鼎app官方下载，潜艇的被动射程为20公里。 ；拖曳阵声纳用于远程被动预警，作用距离大于90km[2]。

俄罗斯671RTMV-III级攻击核潜艇安装的综合声纳系统包括低频被动搜索声纳、主动高频攻击声纳和被动低频声纳舷侧阵列。该级核潜艇还配备了被动甚低频拖曳阵声纳，探测距离超过100公里。它在垂直尾翼上配备了纺锤形回收装置，非常引人注目。

“阿库拉”-II核潜艇采用新型综合声纳系统，包括用于搜索和攻击的无源低频声纳球形阵、舷侧噪声测距声纳、无源甚低频拖曳阵声纳等线阵。 7]。

俄罗斯额尔齐斯/Amfora综合声呐系统由大型MGK-500“鲨鱼鳃”低频主/被动搜索攻击球艏阵、MouseRoar超低频侧噪声测距声呐和Skat3拖曳阵组成。该系统装备在新型“亚森”级攻击核潜艇和“北风之神”级弹道导弹核潜艇上[3,8-9]。

虽然俄罗斯声纳技术整体发展水平与美国相似，但其电子设备多采用中小型集成电路，因此体积通常较大。整个声呐部件较多，可靠性较差，可维护性普遍较差。不同之处。

为了解决上述问题，俄罗斯不遗余力地提高声纳的性能，并发展出以下特点：

1）注重声纳设计技术、制造技术、材料等方面的研究。因此，俄罗斯声纳的水声换能器、声纳阵列和导流罩的整体性能相当不错。它的系统并不突出某个性能，而是关注它。整体匹配后的综合性能；

2）注重潜艇本身的减振降噪，使声纳的性能发挥到最大；

3）高度重视海洋环境条件和海洋波导声传输特性的基础科学研究。经过几十年的积累，俄罗斯已经建立了世界海洋水声传播参数和海底特征软件。这些软件已成为指导声纳操作员正确选择使用的参数是有效声纳性能不可或缺的一部分；创建了新的水下声通道传播理论，为新的信号处理开辟了方向。

4）此外，俄罗斯在声纳系统的配置上也与英国、美国等国家不同。最大的特点是俄罗斯潜艇很少配备被动测距声纳。这并不是因为俄罗斯没有研究被动测距技术，而是因为无法满足实际需求，转而寻求其他方式来解决潜艇隐蔽攻击问题。此外，俄罗斯的拖线阵声纳仅装备核潜艇，不装备常规动力潜艇[2]。

1.3 英国

1983年，英国开始研制2054型被动/主动侦察和拖曳阵声纳设备。 2054型声纳是英国皇家海军“先锋”级弹道导弹核潜艇上的声纳系统。它由2043主/被动声纳、2046拖曳声纳、2082侦察声纳和183水下电话声纳阵列组成。

2054声纳系统使用数字处理器。整个系统包括18个机柜和7个控制台（2个宽带控制台、2个窄带控制台、1个无源阵列控制台、1个侦察声纳控制台和1个声纳控制器控制台，而有源阵列可以使用宽带或窄带控制台）。每个机柜之间通过1553标准数据通路连接，同时还提供外部接口。

英国皇家海军共订购了6套2054声纳系统，其中4套用于“先锋”级弹道导弹核潜艇，2套用作岸基系统。全部已交付使用[3,10]。

2076声纳是泰雷兹公司为英国皇家海军设计的潜艇声纳探测系统。它是世界上最先进的全集成被动/主动搜索和攻击声纳系统[11-12]。

2076声纳的开发始于1990年。2002年，2076声纳系统的大口径舷侧噪声测距声纳组件在英国皇家海军核潜艇HMS Torbay上进行了海上试验。 “托贝”号和“夏普”号分别于2003年和2004年完成了2076声纳更换工作。 “机敏”级核潜艇自建造以来已在艇上配备了2076个声呐[3,13-14]。

2076集成声纳设备采用重要的商业成熟技术，称为第5阶段的增强计划将用COTS产品部分取代过去的结构。这种“开放”架构使得新的软件功能能够快速嵌入。一旦所有工作完成，2076 第 5 阶段系统将在皇家海军攻击潜艇舰队中全面部署 [3,15-16]。

2076声呐系统由主被动声呐系统综合设备组成，包括艏部、围罩、侧面和拖曳阵。其组件包括：2077型帕里安避障声纳、2081型环境监测仪和2094型海洋声纳。 ，2079型主动/被动艏声纳，2078型火控艏组件，2065型拖曳阵列和侧噪声测距声纳。支持系统包括控制站、升级的无线电通信、升级的信号抑制和减少自噪声的新型弹性联轴器[11]。

“天才”号核潜艇是2076型声纳第五阶段的首个试验平台。它于2009年9月开始码头测试，并于2010年第二季度进行海上试验[13]。

2076声纳也已被纳入“快速”级和“特拉法加”级核潜艇升级计划的最后阶段。它为“特拉法加”级核潜艇提供了无与伦比的能力，并使“机敏”级核潜艇在服役时成为英国皇家海军技术最先进的潜艇[18-21]。

1.4 法国

TSM2233是著名的“Eledan”系列声纳的最新一代产品。它是一种模块化集成声纳系统，适用于任何排水量的潜艇，满足任何作战需求。

基于开放系统COTS结构，TSM2233包括以下声学传感器：线性拖曳阵列、侧噪声测距声纳、机头阵列（圆柱形或共形）、侦察阵列、分布式阵列、有源阵列和避障基阵。

TSM2233声纳系统的主要特点是： 模块化信号处理器使其能够适应各种外形尺寸，从而适合新的潜艇设计和现代化改造；检测、跟踪和定位功能自动化程度高，减少了操作人员的疲劳工作量；同时灵活且轻松适应潜艇尺寸和任务要求。

该系统在MiMD型主机系统中采用TMS320、C30和68040微处理器进行信号处理，并与内部交叉高速环网和外部标准VME型数据总线进行通信[3,22]。

法国的TSM2233声纳系统采用先进的算法。其机头阵、侧阵和拖曳阵具有以下优点： 旁瓣抑制；波束宽度减小；方位测量精度大大提高；减少安静目标附近的噪声干扰效应并消除潜艇自身噪声；提高和维持声纳系统的高速探测能力[18]。

TSM2233 声纳系统提供以下功能：

1）被动检测；

2）自动抗干扰；

3）被动自适应处理；

4）自动检测与跟踪；

5）检测；

6）主动能力

7）目标分类；

8）敌方武器警报；

9）目标运动分析。

TSM2233潜艇无源和主动声纳系统安装在巴基斯坦海军的“阿戈斯塔”90B型潜艇上，也已被选装备马来西亚海军的两艘新型“鲉鱼”级潜艇。 TSM2233声纳系统还被选装在印度购买的鲉鱼级常规潜艇上。其衍生品装备在澳大利亚皇家海军的“柯林斯”级核潜艇和法国海军的“红宝石”级核潜艇上[3,18,22]。

1.5 德国

CSU90 是由 Atlas Electronics 开发的技术先进且经济高效的集成潜艇声纳系统，适用于各种规模和任务能力的潜艇。它将传感器的主要功能集成到基于相同技术的系统中，适用于任何情况。 CSU90声纳技术也是ISUS90潜艇作战管理系统的重要组成部分。

CSU90可配备频段约为10kHz至100kHz的传感器系统，可检测该频段内的辐射噪声和重要脉冲信号。不同的声纳传感器可以组合在任何用户定义的配置中。

CSU90包括圆柱形或共形阵列声纳（CAS）、拦截探测和测距声纳（IDRS）、主动宽带操作声纳（BAOS）、被动被动测距声纳（PRS）、侧翼阵列声纳（FAS）、带绞车系统的拖曳式阵列声纳（拖曳阵声纳（TAS）、避雷声纳（MAS）、支持海底地形导航的水底导航声纳（BNS）等。

CSU90/ISUS90系统及其经过海上测试的前身已在全球20多个国家海军的不同级别潜艇上使用，例如土耳其和南非海军的209级潜艇以及希腊和韩国海军的209级潜艇。海军的214型潜艇。此外，瑞典“哥特兰”级（A19型）“哥特兰”号、“哈兰”号和“乌普兰”号潜艇均配备了阿特拉斯电子公司生产的CSU90-2集成声纳传感器。设备[3,23-24]。

CSU90项目近期研制的DBQS-40系统包括：无源中频探测圆柱阵； TAS-3低频拖曳阵声纳； FAS-3 舷侧噪声测距低频/中频探测声纳；被动测距声纳和敌方声纳侦察系统。其主动高频探雷声纳为Atlas电子公司的MOA3070型号[3,25]。

德国和意大利海军的212A级潜艇、印度海军升级后的209级潜艇以及德国新型214型潜艇均配备了DBQS综合声纳系统。此外，德国阿特拉斯电子公司为德国海军提供了DBQS-40声纳系统，安装在四艘德国212A型AIP潜艇上。德国及其出售给以色列和印度的具有“二次打击”能力的U212潜艇也使用了最新的DBQS-40综合声纳系统[26-28]。

德国CSU90集成声呐系统的开放式系统架构与模块化设计相结合，考虑到了未来的增长潜力，在经济条件下融入新技术和系统更新产生了高度的灵活性。提供对第三方应用程序集成的支持。此外，CSU90 的模块化设计可以定制任何所需的设备配置，以满足客户的特定需求 [3]。

Atlas Electronic 的集成传感器海底系统确保为操作员和指挥团队提供最佳支持，包括传感器管理、火力和武器控制、导航和支持功能。该公司还开发了用于水面舰艇的低频主动拖曳阵列声纳。它是一种完全集成的反潜战声纳，可以满足远程搜索和探测任务，并对最安静的潜艇威胁进行探测和分类[19]。

通过对比美国、俄罗斯、英国、法国、德国等国现役最先进的声纳系统可以看出，各国的综合声纳系统各有特点，但哪个国家的声纳性能更好还需要有待将来确定。有待实践检验。

2、潜艇声纳技术发展方向及趋势

现代潜艇的艏声纳系统一般以圆柱形声纳阵列和球形声纳阵列为主。但弓空间毕竟有限，想要大幅度扩大弓阵的规模是很困难的。美国、俄罗斯等国的潜艇已将阵列孔径制成几乎接近船体直径，阵列增益也达到最大。目前，全舰共形阵列已成为潜艇艏部声纳提高性能、降低成本的突破口，是潜艇声纳阵列未来的发展方向。

但全船共形阵列技术还远未成熟，短期内难以实现。美国海军在为弗吉尼亚级潜艇研制声呐时大多采用“螺旋式”研制。由于潜艇侧面的形状比船首更加规则，因此声纳阵列的部署相对容易。因此，首先实现了侧边共形阵列。目前，舷侧共形阵列技术已日趋完善和成熟，普遍应用于各种潜艇。它是目前最成熟的潜艇共形阵列[29]。

此外，潜艇平台有限的空间也制约了声纳性能的提升。同时，潜艇平台的自身噪声也是声纳工作的重要干扰源。拖曳式声纳可以部分突破上述限制，扩大声纳阵列的孔径，增加声纳的探测范围。因此，拖曳式声纳也是未来声纳系统发展的一个重要方向[30]。

随着安静潜艇的出现，对声纳探测性能的要求越来越高，要求保证对水下目标的远距离探测和识别。声纳技术的发展趋势包括以下几个方面：

1）向低频、大功率、大矩阵发展；

2）走向系统化、全面化发展；

3）向系列化、模块化、标准化、高可靠性、可维护性发展；

4）向信息化、智能化方向发展[31]；

5）新材料和加工技术的应用[30]；

6）共形水听器隔振降噪技术的应用[29]。

三、国外潜艇声纳技术发展对我国的启示

1）关注测试在声纳发展中发挥的巨大作用。

海试是研究声纳基本原理、测试验证设备性能最直接、最现实的方式。新的水声理论和方法的提出，离不开海试中现象的发现和数据的积累和验证，包括大规模的声纳系统，包括球阵声纳在内的所有声纳系统的发展都是一个不断测试和改进的过程。从目前的发展趋势来看，随着新型声纳技术和设备的发展，声纳设备的开发和使用以及声纳技术的进步将更加离不开对海洋环境和海洋声通道的认识以及海上试验。将发挥更大的作用。 。

2）从整体上考虑声纳系统的设计。

大型球形阵列声纳阵自诞生以来，就对舰艏的设计产生了重要影响。美国在潜艇设计之初就肯定了声纳的地位，普遍考虑了大型球形阵列声纳的影响。从球形阵列的诞生对艏部鱼雷发射管的影响，到第三批“弗吉尼亚”级核潜艇艏部声纳的变化，都导致了整个艏部设计的重大变化。声呐作为水下活动的主要探测工具，优先占据艇内最佳位置，对工作环境噪声甚至艇体形状都有要求。然而，还必须考虑其他方面，例如流体动力学。因此，声纳系统必须上升到总体水平进行总体设计。

3）重点应用先进数字技术和信息融合技术，推动声纳系统集成化发展。

目前，声纳系统与原来的声纳相比已经发生了很大的变化，但其基本物理性能变化很小。声纳性能的提升主要依靠更可靠的电子设备和更强大的信号处理能力，并进一步走向集成化和自动化。并向一体化方向发展，

新型大口径声纳和最新的信号处理算法对信息处理能力和信息融合提出了更高的要求[6]。

声纳的主要功能是搜索、发现、跟踪和识别目标。目前，在目标运动分析和研究中，纯方位大多是通过声纳测量的目标方位来求解。最小二乘估计和卡尔曼滤波是最常用的方法。然而，通过大量研究发现，单纯采用纯定向算法求解目标运动元素往往需要较长时间收敛，无法实际应用。实际上，通过船舶被动声纳获得的大量目标噪声信息包含目标运动的特征信息，例如距离和速度。如果使用噪声频谱分析和特征提取方法，则可以提取目标的近似距离和速度问鼎娱乐app苹果下载，然后可以融合信息，从而减少溶液时间并提高计算精度[32]。

4）加强完整的保形阵列声纳和拖曳阵列声纳的研究和开发。

从弓形球形阵列的发展来看，球形阵列的性能再也不能满足未来海军的运营要求。弓形形成阵列，甚至整个船的形成阵列都是未来潜艇Sonar的开发方向。应当指出的是，在开发完整的保形阵列声纳配置时，必须考虑计算系统和新数组元素材料的开发水平[6]。

牵引阵列声纳的阵列尺寸很大，操作频率低，有利于线频谱检测，并且可以长距离掩盖目标。阵列深入进入水，可以通过控制拖曳电缆的长度在有利的水层中工作来调整阵列的深度；该阵列远离平台，因此平台噪声和平台噪声和操作范围很长；阵列可以随时缩回，易于维护。拖曳的声纳可以在更长距离的时间内尽早检测到敌方潜艇，并可以在一定程度上减轻越来越低的潜艇造成的威胁，潜艇的速度越来越低，较长的海底鱼雷和导弹范围越来越长[30]。

4. 结论

随着安静潜艇的出现以及核潜艇发射远程弹道导弹的增强能力，短距离主动声纳和传统的被动声纳无法再满足检测潜艇的要求。各个国家的海军转向了更先进的被动声纳的发展，以确保长途检测和识别。水下目标。低频和大光圈已成为长距离检测声纳的发展方向。在未来的海洋战场信息战中，声纳和综合声纳系统将发挥越来越重要的作用。