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技术，使潜艇的探测越来越难，潜艇已构成了最

2013-07-13 01:01

　　技术，使潜艇的探测越来越难，潜艇已构成了最重要的水下威胁，先进的探测技术对于水下反潜作战也显得尤为迫切。
　　1 水下反潜战的意义
　　一方面，由于先进的隐身技术（敷瓦及减振降噪）、传感技术、信号处理技术和水下防御措施的快速发展使反潜作战越来越困难。在近三四十年内，美国和俄罗斯潜艇的辐射噪声大约每年以0.5～1dB 的速度下降，从而使被检测的距离每年缩小0.5～2km，由于频率较高的声波在水中衰减快，而老式声纳利用声传播途径又较为单一，所以主动方式下只能达到5～8km 左右的工作距离，探测距离较近测向精度也很差。这无疑给声呐探测带来了极大挑战。近年来发生了多起潜艇水下相撞事故（如库尔斯克号潜艇事故、英法核潜艇相撞事件）以及潜艇和海面舰艇相撞的事件，都说明水下反潜作战中对水下探测的技术提出了越来越高的要求。[1]
　　另一方面，作战对象拥有潜艇甚至安静型潜艇，意味着必须尽早开始有效的反潜作战准备，包括收集情报、战场准备、清扫作战区域、监视交通要道，以及保护水面舰艇等。用高新技术改善远程探测系统性能，发展先进的反潜装备已成为掌握制海权，?卫权益、开发海洋资源的首要环节。从世界各国发展海军的战略态势可看出：不论是西方发达国家还是我周边各国，都把潜艇战与反潜战放在现代海战的特别重要地位，不惜投入大量人力财力，研究开发水声远程探测新技术，研制新型声呐系统和设备，以增强他们的潜艇战与反潜战实力。
　　2 参量阵声纳理论
　　近一个多世纪的研究和实践表明，由于声波在水介质中较电磁波和光波相比具有最小的衰减系数，声波是目前惟一可利用的能够在水中远距离传播的能量形式，是水下远程信息传播的最佳载体。因此，水声研究是实现水下远程探测的基础，各种声呐装备是完成远程探测的手段和工具。

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　　其中ω=２p ｆ，ｆ为声波频率，ｃ为声速，ρ 为海水密度，? 为海水粘滞系数，c 为热传导系数，CV 定容比热，CP 定压比热。由上述公式我们知道，吸收系数a 是与频率的平方成正比的，即频率越高，吸收愈大，因而声波的传播距离愈小；反之，频率愈低，吸收愈小，因而声波的传播距离愈大。
　　传统的声纳探测如果采用高频超声波，在海水环境下衰减较快，探测距离有限。如果使用低频，为了产生具有足够穿透力的低频，则需要大功率大装备，换能器必须做得大而重，同时大功率会带来大的噪声，反而不利于潜艇本身的隐蔽。而且大振幅声波会形成冲击波造成海水空化现象,由非线性理论我们知道，声波在介质中传播由于非线性效应，波形会发生畸变，产生冲击波，冲击波的形成距离由公式如下：
　　Xs = M bk - （2）这里0 M =u0/c0 , u0 为声波质点振动振幅，c0 为声波在海水中的声速，b 为非线性系数，k =ω/c0 为波数，显然u0 越大越容易产生冲击波，其发射的波束角也较大，因而探测分辨率也较差。但是参量阵声纳则能很好的解决这一矛盾。
　　参量阵声纳是基于声波的相互作用的原理，它指的是不同频率的有限振幅声波在一种媒体中传播时，会产生新的频率的声波。如果只考虑两个频率的话，最后产生声波的频率是这两个频率的和差频波。传播的信号称为原波。和频波将很快被衰减掉，主要考虑的就是差频波。差频波沿声轴方向将以相同的速度与原波一起向前传播，并与原波在行进过程中不断产生新的差频波叠加。可以预料，在声轴方向上差频波将达到较大的值，而在非轴方向上，由于非同向叠加，故幅度很小。这就会形成很好的指向性。如果原波是一个宽带信号的话，一般来说，它总可以用傅立叶积分表示，而被积函数是单频正弦波，无限多个频率成分的两两相互作用产生一个宽带差频信号，从而构成了所谓的宽带参量阵。

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　　在声参量发射阵中，设两束声波的传播方向相同，第一束声波的角频率为ω1 ， 第二束角频率为ω2 ，在参量阵理论中将这两束声波称之为原波，它们的频率称之为原频率。当两个波完全重合，在介质中传播时，两个原波相互作用，从而出现新的辐射源。如果只考虑二阶相互作用，介质中将参量激励起2ω1 ，2ω2，ω1+ω2，ω1-ω2四种频率成分的声波，而后二个频率成分称之为和频波与差频波，由于原波、高频谐波和频波受到的吸收大，故超过一定的距离后只有差频波存在，除了特别指出外，一般所说的参量阵就只指差频波。由于它的指向性很尖锐，频带较宽，可以提高空间分辨率，抗混响，并能获得较高的信号处理增益。