聲吶浮標(biāo)（英文名：Sonar buoy），是無(wú)線電聲吶浮標(biāo)的簡(jiǎn)稱，是反潛飛機(jī)的一種主要反潛探測(cè)設(shè)備。
第一代聲吶浮標(biāo)是從第二次世界大戰(zhàn)到1960年期間的聲吶浮標(biāo)及系統(tǒng)，典型代表是“茱莉”系統(tǒng)。第二代聲吶浮標(biāo)是1960年以后出現(xiàn)的LOFAR浮標(biāo)和主動(dòng)全向浮標(biāo)，特別是1965年FFT技術(shù)出現(xiàn)以后，被動(dòng)全向探測(cè)技術(shù)發(fā)展到了極致。第三代聲吶浮標(biāo)是DIFAR浮標(biāo)家族，從時(shí)、頻域探測(cè)發(fā)展到可以同時(shí)在時(shí)、頻、空域探測(cè)，且指向性增益提高了探測(cè)距離，測(cè)向和定位精度提高，能較好地區(qū)分多目標(biāo)或抑制干擾。第四代聲吶浮標(biāo)是ADAR浮標(biāo)及其主動(dòng)增程系統(tǒng)，這種多基地探測(cè)方式使主被動(dòng)探測(cè)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，更大的基陣孔徑進(jìn)一步提高了探測(cè)距離，更優(yōu)化的波束形成進(jìn)一步提高了測(cè)向和定位精度。
聲吶浮標(biāo)一般由減速降落機(jī)構(gòu)、飄浮機(jī)構(gòu)、天線、電子線路、電池、水聽(tīng)器、電纜和減震阻尼機(jī)構(gòu)和筒體等構(gòu)成。聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線電接收機(jī)用來(lái)接收浮標(biāo)發(fā)射回來(lái)的無(wú)線電信號(hào)，對(duì)其解調(diào)，產(chǎn)生音頻信號(hào)送往信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行處理。聲吶浮標(biāo)種類(lèi)較多，主要分主動(dòng)和被動(dòng)兩大類(lèi)。除了用于目標(biāo)探測(cè)的主動(dòng)或被動(dòng)浮標(biāo)外，還有各種各樣的用于輔助用途的空投浮標(biāo)：常見(jiàn)的有海洋環(huán)境噪聲測(cè)量浮標(biāo)、溫度深度測(cè)量浮標(biāo)、通信浮標(biāo)等。
詞語(yǔ)釋義
聲吶浮標(biāo)，是無(wú)線電聲吶浮標(biāo)的簡(jiǎn)稱，是反潛飛機(jī)尤其是固定翼反潛巡邏機(jī)的一種主要反潛探測(cè)設(shè)備。
歷史沿革
發(fā)展歷程綜述
第一代聲吶浮標(biāo)是從第二次世界大戰(zhàn)到1960年期間的聲吶浮標(biāo)及系統(tǒng)，典型代表是“茱莉”系統(tǒng)，其特點(diǎn)是中高頻寬帶探測(cè)，通過(guò)曲線或能量告警判決目標(biāo)，難以探測(cè)多目標(biāo)，不能抑制干擾，定位目標(biāo)需要飛機(jī)機(jī)動(dòng)在不同位置上投擲爆炸聲源浮標(biāo)，探測(cè)和計(jì)算十分困難。
第二代聲吶浮標(biāo)是1960年以后出現(xiàn)的LOFAR浮標(biāo)和主動(dòng)全向浮標(biāo)，特別是1965年FFT技術(shù)出現(xiàn)以后，被動(dòng)全向探測(cè)技術(shù)發(fā)展到了極致，開(kāi)始出現(xiàn)低頻探測(cè)和頻譜分析，以線譜檢測(cè)來(lái)判決和識(shí)別目標(biāo)，可以使用LOFIX，HYFIX，Doppler-CPA等被動(dòng)定位方式粗略定位目標(biāo)，或者采用CODAR對(duì)浮標(biāo)進(jìn)行粗略測(cè)向，但定位 和測(cè)向精度較低，區(qū)分多目標(biāo)能力也很弱。
第三代聲吶浮標(biāo)是DIFAR浮標(biāo)家族，從時(shí)、頻域探測(cè)發(fā)展到可以同時(shí)在時(shí)、頻、空域探測(cè)，且指向性增益提高了探測(cè)距離，測(cè)向和定位精度提高，能較好地區(qū)分多目標(biāo)或抑制干擾。
第四代聲吶浮標(biāo)是ADAR浮標(biāo)及其主動(dòng)增程系統(tǒng)，這種多基地探測(cè)方式使主被動(dòng)探測(cè)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，更大的基陣孔徑進(jìn)一步提高了探測(cè)距離，更優(yōu)化的波束形成進(jìn)一步提高了測(cè)向和定位精度，收發(fā)分置避免了主動(dòng)探測(cè)的混響干擾又使?jié)撏б?guī)避困難，可以提供全景探測(cè)結(jié)果，同時(shí)跟蹤多目標(biāo)。
浮標(biāo)的誕生及“茱莉”浮標(biāo)
1942年，美國(guó)首先研制出第一型聲吶浮標(biāo)AN/CRT-1，并很快投入作戰(zhàn)使用。從1942年10月到1945年第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，美國(guó)海軍訂購(gòu)了15萬(wàn)枚浮標(biāo)和7500套浮標(biāo)接收機(jī) 。這一時(shí)期的浮標(biāo)內(nèi)部電路均采用電子管器件，機(jī)上沒(méi)有信號(hào)處理，只是將接收到的無(wú)線電信號(hào)解調(diào)轉(zhuǎn)化為音頻之后供聲吶員監(jiān)聽(tīng)，目標(biāo)的搜索、識(shí)別和跟蹤完全依賴于聲吶員的聽(tīng)覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)。
20世紀(jì)50年代，核潛艇的出現(xiàn)和新型常規(guī)潛艇的建造，對(duì)航空反潛提出了更高的要求。美國(guó)海軍針對(duì)蘇聯(lián)潛艇發(fā)展了大量航空反潛平臺(tái)，如SP-5B、P-2V、P3V1、S-2F、HSS-IN、HSS-2、S-3反潛機(jī)、P-3等。這個(gè)時(shí)期浮標(biāo)的代表是名叫“茱莉(Julie)”的被動(dòng)全向浮標(biāo)，主要型號(hào)有SSQ-23、SSQ-26、SSQ-39、SSQ-49。使用這些浮標(biāo)的聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)又稱為“茱莉”系統(tǒng)。它既可以使用多枚被動(dòng)全向浮標(biāo)形成網(wǎng)格陣列進(jìn)行探測(cè)，又可以引爆小型爆炸聲源，產(chǎn)生一個(gè)寬帶高能量脈沖，然后通過(guò)被動(dòng)全向浮標(biāo)檢測(cè)潛艇的回波來(lái)進(jìn)行探測(cè)。
全向聲吶浮標(biāo)
20世紀(jì)60年代，是美國(guó)聲吶浮標(biāo)大量使用和全面發(fā)展的時(shí)期。1960年，被動(dòng)全向浮標(biāo)“杰澤貝爾”AN/SSQ-28開(kāi)始投產(chǎn)，這是一種真正的LOFAR浮標(biāo)，其被動(dòng)頻率為10～2500Hz，這個(gè)頻率段與美國(guó)廣布于各大陸架的岸基SOSUS系統(tǒng)的低頻體制相兼容。1965年，AN/SSQ-41開(kāi)始生產(chǎn)，用于替代“茱莉”系列浮標(biāo)及AN/SSQ-28，后續(xù)AN/SSQ-41B成為P-3C標(biāo)配。為適應(yīng)自導(dǎo)魚(yú)雷攻潛的需求，同時(shí)為了替代“茱莉”系統(tǒng)，主動(dòng)全向浮標(biāo)應(yīng)運(yùn)而生。單枚主動(dòng)全向浮標(biāo)可對(duì)潛艇進(jìn)行測(cè)距，多枚主動(dòng)全向浮標(biāo)根據(jù)三角定位法可實(shí)現(xiàn)對(duì)潛艇目標(biāo)的定位。AN/SSQ-15是第一型主動(dòng)全向浮標(biāo)，后續(xù)型號(hào)有AN/SSQ-47和AN/SSQ-50。到AN/SSQ-50，主動(dòng)浮標(biāo)已經(jīng)發(fā)展為指令激發(fā)式。但不管怎樣，這一時(shí)期航空反潛的主角仍然是被動(dòng)聲吶浮標(biāo)。
定向聲吶浮標(biāo)
在同期發(fā)展的艦船聲吶領(lǐng)域，定向技術(shù)已經(jīng)較為成熟。由于聲吶浮標(biāo)的體積限制，使得許多改進(jìn)聲吶浮標(biāo)的努力顯得并不成功，比如具有旋轉(zhuǎn)定向水聽(tīng)器的SSQ-1。
1967年，美國(guó)海軍在KENDOLL與LESLIE等研制的同振型振速水聽(tīng)器基礎(chǔ)上研制出DIFAR型聲吶浮標(biāo)，這種浮標(biāo)不僅能探測(cè)潛艇，而且能對(duì)潛艇進(jìn)行測(cè)向，其典型代表是美國(guó)海軍的AN/SSQ-53系列。
首批AN/SSQ-53浮標(biāo)采用A尺寸，無(wú)線電通道31個(gè)，定深一檔，聲學(xué)工作頻率為10～2400Hz，1969年定型生產(chǎn)。后來(lái)53A增加了第2個(gè)定深以及兩種工作時(shí)間。53B于1984年開(kāi)始裝備，無(wú)線電通道增加到99個(gè)，定深3檔，工作時(shí)間可選3檔。同期的53C則是一款同性能G尺寸浮標(biāo)。
AN/SSQ-53D于1991年服役并替代53B，此時(shí)的振速傳感器自噪聲水平明顯下降。53D通過(guò)對(duì)聲學(xué)傳感器和減震懸掛系統(tǒng)的精心匹配，顯著提高了低頻靈敏度，工作頻帶下限達(dá)到5Hz，聲學(xué)性能達(dá)到頂峰。1997年，53E在53D的基礎(chǔ)上增加1只固定淺水深度的全向水聽(tīng)器，定深4檔，增加AGC功能和CFS功能。53E開(kāi)始采用專(zhuān)用集成電路(ASIC) 以降低功耗和成本。2000年，53F在53E的基礎(chǔ)上又增加了1 只已校準(zhǔn)的聲壓水聽(tīng)器，進(jìn)一步優(yōu)化浮標(biāo)內(nèi)部設(shè)計(jì)。為了保持反潛機(jī)聲處理軟件的一致性，避免修改航空軟件造成的昂貴代價(jià)，53E和53F依然保留了DIFAR型浮標(biāo)與載機(jī)一貫的通信模式和信號(hào)接口。DIFAR型浮標(biāo)的技術(shù)研究和裝備實(shí)踐促生了DIFAR浮標(biāo)家族的繁榮興盛。1980年，美國(guó)海軍批準(zhǔn)了兩項(xiàng)先進(jìn)聲吶浮標(biāo)的研究計(jì)劃：DICASS和VLAD浮標(biāo)。這是在53系列浮標(biāo)開(kāi)始研制并裝備后，DIFAR領(lǐng)域的一次重大改進(jìn)。
AN/SSQ-62系列浮標(biāo)是一種指令控制型主動(dòng)定向浮標(biāo)（DICASS），它可以受控地發(fā)射主動(dòng)脈沖，然后利用向量水聽(tīng)器接收回波，從而同時(shí)測(cè)定目標(biāo)的方位和距離。
AN/SSQ-77系列浮標(biāo)是一種垂直線列陣被動(dòng)定向浮標(biāo)（VLAD），它具有53系列的定向功能，只是采用1條垂直線列陣替代了53系列浮標(biāo)中的全向水聽(tīng)器，可以使用匯聚區(qū)模式或者海底反射模式探測(cè)。
主動(dòng)增程聲吶浮標(biāo)
美蘇冷戰(zhàn)結(jié)束前后，美國(guó)海軍已經(jīng)開(kāi)始使用AN/SSQ 110爆炸聲源浮標(biāo)作為主動(dòng)聲源，與DIFAR浮標(biāo)或VLAD浮標(biāo)一起構(gòu)成“主動(dòng)增程(EER)”的多基地探測(cè)系統(tǒng)，雖然這比早期的“茱莉”系統(tǒng)有了極大的提高，但由于DIFAR類(lèi)浮標(biāo)的局限性，更需要研制一種適合的平面陣浮標(biāo)。
1991年，美國(guó)海軍開(kāi)始使用專(zhuān)門(mén)研制的AN/SSQ 101型航空布放主動(dòng)接收（ADAR）聲吶浮標(biāo)來(lái)接收主動(dòng)聲源信號(hào)，并與SSQ-110/110A構(gòu)成“改進(jìn)型主動(dòng)增程（IEER）”系統(tǒng)。
ADAR浮標(biāo)采用了5臂擴(kuò)展水平基陣，孔徑5m，陣元數(shù)量40。ADAR浮標(biāo)雖然可以作為被動(dòng)定向浮標(biāo)使用，但主要用于雙基地或多基地探測(cè)的接收陣，使低頻主動(dòng)探測(cè)與大基陣測(cè)向定位技術(shù)較好地融合起來(lái)，避免了主動(dòng)探測(cè)的混響干擾和被動(dòng)探測(cè)的性能下降問(wèn)題。與DIFAR浮標(biāo)家族不同的是，ADAR浮標(biāo)采用了新型的數(shù)字通信鏈路，解決浮標(biāo)水下信息與載機(jī)之間的無(wú)線電傳輸問(wèn)題。
為進(jìn)一步提升多基地探測(cè)能力，美國(guó)海軍又研制了AN/SSQ-125型航空布放低頻聲源浮標(biāo)（ADLFP）， 與ADAR浮標(biāo)構(gòu)成“先進(jìn)型主動(dòng)增程（AEER）”系統(tǒng)。SSQ-125采用多個(gè)壓電陶瓷換能器構(gòu)成線列發(fā)射陣，基頻950Hz，聲源級(jí)213dB。
北約及俄式聲吶浮標(biāo)
以英國(guó)為代表的其他北約國(guó)家在聲吶浮標(biāo)的研制和裝備上，基本緊緊跟隨了美國(guó)的步伐，但在20世紀(jì)90年代以后，又發(fā)展出了自己的特色，誕生了符合北約標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信浮標(biāo)，比如英國(guó)Ultra Electronic 公司的LOFAR浮標(biāo)SSQ-906，HIDAR浮標(biāo)SSQ-955，劍橋郡浮標(biāo)SSQ-963，ALFEA 浮標(biāo)SSQ-926和BARRA浮標(biāo)SSQ 981E等，這些浮標(biāo)采用北約數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，大部分可以兼容數(shù)字和模擬兩種調(diào)制發(fā)射模式，通過(guò)設(shè)置可以選擇在數(shù)字模式或者模擬模式下工作，數(shù)字模式下具有高動(dòng)態(tài)范圍、良好線性度、靈活工作參數(shù)設(shè)置等技術(shù)特點(diǎn)，適用于復(fù)雜探測(cè)環(huán)境。
蘇聯(lián)和后來(lái)俄羅斯的航空聲吶浮標(biāo)水平一直落后于歐美，在反潛機(jī)上僅發(fā)展了被動(dòng)全向浮標(biāo)、被動(dòng)定向浮標(biāo)、主動(dòng)全向浮標(biāo)和爆炸聲源，沒(méi)有采用與西方國(guó)家一樣的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和尺寸，除了被動(dòng)全向浮標(biāo)和爆炸聲源重量較輕體積較小外，被動(dòng)定向浮標(biāo)屬于中型浮標(biāo)，主動(dòng)全向浮標(biāo)可算作巨型浮標(biāo)，不能把它們應(yīng)用于所有的航空反潛平臺(tái)，即使大型的反潛巡邏機(jī)也是以裝備使用被動(dòng)全向浮標(biāo)為主。
工作原理
聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)的原理框圖見(jiàn)下圖：
它由各型聲吶浮標(biāo)（包括儲(chǔ)存架、投放裝置）、浮標(biāo)無(wú)線電接收機(jī)、浮標(biāo)定位儀（或聲參系統(tǒng)）、信號(hào)處理機(jī)、顯控臺(tái)等組成。無(wú)線電接收機(jī)用來(lái)接收浮標(biāo)發(fā)射回來(lái)的無(wú)線電信號(hào)，對(duì)其解調(diào)，產(chǎn)生音頻信號(hào)送往信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行處理。現(xiàn)代的接收機(jī)都是多通道的，可以同時(shí)接收多路信號(hào)，常用的有8、16、32、64通道等多種配置。聲吶浮標(biāo)參考系統(tǒng)是用來(lái)測(cè)定聲吶浮標(biāo)位置。信號(hào)處理機(jī)的作用是將浮標(biāo)發(fā)回的聲數(shù)據(jù)進(jìn)行與浮標(biāo)類(lèi)型相應(yīng)的處理，解算并提取信號(hào)的各種特征供聲吶員對(duì)目標(biāo)檢測(cè)和分類(lèi)，信號(hào)處理機(jī)還可完成目標(biāo)位置的解算，形成相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)，供顯控臺(tái)顯示。顯控臺(tái)是人機(jī)交互界面設(shè)備。
現(xiàn)代浮標(biāo)均具有功能選擇方式，以便浮標(biāo)在投放前可進(jìn)行射頻通信通道、工作壽命、工作深度及工作模式的設(shè)置。其射頻工作范圍為136～173.5MHz，按375kHz帶寬分成99個(gè)工作頻道，根據(jù)接收聲吶浮標(biāo)的工作頻率，無(wú)線電接收機(jī)的每個(gè)接收通道可在這 99個(gè)頻道中獨(dú)立地任選一個(gè)頻道工作。不同種類(lèi)的浮標(biāo)其壽命設(shè)置也不同，最小的如溫深浮標(biāo)一般只有十幾分鐘，需要長(zhǎng)時(shí)間工作的浮標(biāo)例如被動(dòng)全向、定向浮標(biāo)壽命最長(zhǎng)可設(shè)置到8～ 12小時(shí)。工作深度也有幾檔可選，從數(shù)十米到數(shù)百米不等。至于模式選擇，則是指多模式浮標(biāo)，例如AN/SSQ-955浮標(biāo)就可工作于數(shù)字或模擬兩種模式，投放前需要設(shè)定。浮標(biāo)投放成功后，就可將換能器獲取的聲信號(hào)（對(duì)于溫度深度浮標(biāo)則是溫度探頭感知的數(shù)據(jù)）調(diào)制到射頻載波上發(fā)回，由機(jī)上的無(wú)線電接收機(jī)接收。
結(jié)構(gòu)組成
聲吶浮標(biāo)一般由減速降落機(jī)構(gòu)、飄浮機(jī)構(gòu)、天線、電子線路、電池、水聽(tīng)器、電纜和減震阻尼機(jī)構(gòu)和筒體等構(gòu)成。平常各部件都封裝在筒體之中，標(biāo)準(zhǔn)的浮標(biāo)筒體長(zhǎng)度有A尺寸（914.4mm）、G尺寸（419.1mm）和F尺寸（304.8mm），每種浮標(biāo)的外徑均為123.825mm。
主要分類(lèi)
聲吶浮標(biāo)種類(lèi)較多，主要分主動(dòng)和被動(dòng)兩大類(lèi)。一般初始探測(cè)時(shí)主要使用被動(dòng)浮標(biāo)，由于被動(dòng)全向浮標(biāo)最廉價(jià)，使用的最多。先進(jìn)國(guó)家趨向于使用被動(dòng)定向浮標(biāo)，雖然其價(jià)格較高，但性能好，只要較少數(shù)量就可實(shí)現(xiàn)較多的被動(dòng)全向浮標(biāo)才能完成的功能，進(jìn)入攻擊階段再使用主動(dòng)浮標(biāo)對(duì)目標(biāo)精確定位。大多數(shù)浮標(biāo)的工作參數(shù)都是投放前人工設(shè)定的，比較先進(jìn)的則可以在浮標(biāo)投放后，根據(jù)需要遙控設(shè)定。除了用于目標(biāo)探測(cè)的主動(dòng)或被動(dòng)浮標(biāo)外，還有各種各樣的用于輔助用途的空投浮標(biāo)：常見(jiàn)的有海洋環(huán)境噪聲測(cè)量浮標(biāo)、溫度深度測(cè)量浮標(biāo)、通信浮標(biāo)等。
典型型號(hào)
被動(dòng)全向浮標(biāo)
被動(dòng)全向浮標(biāo)的換能器不具有方向性。它主要用于對(duì)目標(biāo)輻射噪聲作LOFAR（低頻分析和記錄）分析。其主要特點(diǎn)是低頻寬帶，一般工作在5～2400Hz。由于其造價(jià)便宜，相對(duì)輕小，是用得最多的浮標(biāo)類(lèi)型。被動(dòng)全向浮標(biāo)不能測(cè)出目標(biāo)的方向，所以單枚浮標(biāo)無(wú)法對(duì)目標(biāo)實(shí)時(shí)定位。一般要同時(shí)使用多枚被動(dòng)全 向浮標(biāo)聯(lián)合確定目標(biāo)相對(duì)位置。常用的方法主要分為以下幾種。
DOPPLER- CPA方法
利用目標(biāo)通過(guò)距浮標(biāo)最近點(diǎn)（CPA）前后的LOFAR圖上多普勒頻移變化量可推算目標(biāo)通過(guò)時(shí)的最近距離和速度。這種方法的前提是目標(biāo)作勻速直線運(yùn)動(dòng)。此方法的定位精度取決于譜線頻率的跟蹤測(cè)量精度。如果目標(biāo)在多枚浮標(biāo)附近通過(guò)，則可利用它們的CPA分析結(jié)果聯(lián)合對(duì)目標(biāo)定位，從而取得較好的定位效果。
LOFIX方法
這種方法利用多枚浮標(biāo)接收的目標(biāo)LOFAR圖上同一譜線的幅度比例來(lái)解算目標(biāo)的位置。此方法的前提是假定目標(biāo)輻射噪聲是各向同性的，這顯然與實(shí)際情況有距離。所以其定位誤差一般較大，只能作為初始定位參考。
CODAR方法
不同于前兩種方法只用窄帶線譜，此方法是使用寬帶信號(hào)。通過(guò)適當(dāng)投放的一對(duì)被動(dòng)全向浮標(biāo)，計(jì)算它們的信號(hào)相關(guān)函數(shù)就能確定信號(hào)到達(dá)它們的延遲時(shí)間。從而得出目標(biāo)可能位置的軌跡曲線。如果再有另一枚與它們不在同一直線上的浮標(biāo)（最好在垂直方向上），則可得到另一條軌跡線，根據(jù)兩者的交點(diǎn)就可能估計(jì)目標(biāo)的位置。
HYFIX方法
這是利用LOFAR圖上觀察到的由突發(fā)事件引起的多普勒突變來(lái)定位的。測(cè)出兩枚浮標(biāo)譜圖上的突變發(fā)生的時(shí)間差，就可以兩浮標(biāo)為焦點(diǎn)確定一組雙曲線軌跡。如果有另一枚浮標(biāo)可用，則可根據(jù)交點(diǎn)確定目標(biāo)位置。
典型的被動(dòng)全向浮標(biāo)產(chǎn)品和參數(shù)如表示。最新的全向聲吶浮標(biāo)是SSQ906G“寬帶LOFAR”浮標(biāo)（G尺寸）和SB114B“錨定寬帶LOFAR”浮標(biāo)（2/3A尺寸）。SSQ53F“組合式浮標(biāo)”（A尺寸）具有寬帶低頻搜索與測(cè)距能力。
被動(dòng)定向浮標(biāo)
它的水聽(tīng)器能定向工作，又稱為DIFAR（指向性頻譜分析或記錄）浮標(biāo)。DIFAR定向浮標(biāo)包括一個(gè)羅盤(pán)和三個(gè)相互獨(dú)立的聲信號(hào)通道，聲信號(hào)通道包括兩個(gè)正交的偶極子通道和一個(gè)全向通道，羅盤(pán)用于確定南-北和東-西偶極子的真方向，浮標(biāo)定向誤差能達(dá)到±10°以內(nèi)（高信噪比情況下）。這種水聽(tīng)器對(duì)低頻流噪聲十分敏感，但是對(duì)浮標(biāo)懸浮降噪系統(tǒng)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)后，可以使浮標(biāo)自噪聲低于環(huán)境背景噪聲。
理論上，DIFAR水聽(tīng)器特別適合于窄帶信號(hào)的檢測(cè)。在實(shí)際應(yīng)用中，即使在寬帶干擾或各向異性的背景噪聲環(huán)境下，這種類(lèi)型的水聽(tīng)器也能用來(lái)對(duì)本地寬帶信號(hào)進(jìn)行有效的檢測(cè)和估計(jì)。DIFAR浮標(biāo)在多基地主動(dòng)搜索系統(tǒng)中也被用作為低成本接收機(jī)，在低回波和低混響環(huán)境（有限背景噪聲情況）下尤為突出。
被動(dòng)定向浮標(biāo)的信號(hào)傳輸和處理要比被動(dòng)全向浮標(biāo)復(fù)雜得多。它利用副載波先將四路信號(hào)調(diào)制組合，再利用抑制載波的單邊帶調(diào)制方式調(diào)制到射頻載波發(fā)射；在接收端，通過(guò)解調(diào)將這些信號(hào)分開(kāi)，再將兩個(gè)偶極子信號(hào)與全向信號(hào)組合形成心形波束，從而能對(duì)目標(biāo)定向。為能全向檢測(cè)，也可形成三個(gè)相互間隔為120oC的心形波束，每個(gè)波束都可 進(jìn)行LOFAR分析。水聽(tīng)器模塊在水中的實(shí)際方向可由羅盤(pán)數(shù)據(jù)提供，這些處理都是在信號(hào)處理機(jī)中進(jìn)行的。典型的被動(dòng)定向浮標(biāo)產(chǎn)品和參數(shù)如表所示：
主動(dòng)浮標(biāo)
主動(dòng)浮標(biāo)發(fā)射聲脈沖，一般是水平無(wú)指向性的，稱為主動(dòng)全向浮標(biāo)，多采用簡(jiǎn)單的收發(fā)共用的單個(gè)圓柱形換能器，一般都工作在9～13kHz的頻帶范圍，只能測(cè)距，故需要多枚才能確定目標(biāo)的位置。新型的主動(dòng)浮標(biāo)接收則采用定向方式，并盡可能降低工作頻率，例如SSQ62E DICASS（Directional Command Active Sonobuoy System）和SSQ963D CAMBS，這些主動(dòng)浮標(biāo)將頻率下限降到6kHz左右，應(yīng)用發(fā)射垂直線列陣以提高聲源級(jí)。單枚浮標(biāo)即可以確定目標(biāo)的方位和距離。但必須采用有方向性的水聽(tīng)器或接收基陣，因此機(jī)構(gòu)要復(fù)雜一些。或者與被動(dòng)定向浮標(biāo)相似采用偶極子水聽(tīng)器，或使用多水聽(tīng)器的體積陣技術(shù)。例如CAMBS就是由6根水聽(tīng)器條構(gòu)成的圓柱形體積陣，采用自適應(yīng)波束形成以抑制指向性干擾。與DIFAR浮標(biāo)一樣，它也需要羅盤(pán)。典型的主動(dòng)浮標(biāo)產(chǎn)品參數(shù)如表所示：
溫度-深度浮標(biāo)
溫度-深度浮標(biāo)的探頭是溫度傳感器。當(dāng)浮標(biāo)入水穩(wěn)定后，自動(dòng)釋放探頭下沉。探頭的形狀和電纜線圈的機(jī)構(gòu)可保證探頭勻速下降，從而獲得溫度深度曲線。溫深浮標(biāo)測(cè)得的海洋溫度剖面數(shù)據(jù)經(jīng)處理機(jī)處理后得到聲線圖，可供聲吶員確定最佳的浮標(biāo)布署間距、工作深度及信號(hào)發(fā)射脈寬等設(shè)置。常見(jiàn)的溫深浮標(biāo)產(chǎn)品及其參數(shù)見(jiàn)表：典型的主動(dòng)浮標(biāo)產(chǎn)品參數(shù)如表3所示
發(fā)展趨勢(shì)
航空搜潛面臨的挑戰(zhàn)
隨著潛艇向隱身化、長(zhǎng)航時(shí)、大潛深、高攻擊方向發(fā)展，以及新概念潛艇的出現(xiàn)，未來(lái)水下作戰(zhàn)方式向無(wú)人水下集群方向發(fā)展，其對(duì)航空反潛作戰(zhàn)的影響如下：
1) 傳統(tǒng)潛艇隱身能力的增強(qiáng)使得聲吶的探測(cè)距離下降
2) 潛艇長(zhǎng)續(xù)航、大潛深能力的增強(qiáng)，加大了深遠(yuǎn)海探測(cè)的難度
3) 高航速的潛艇使得航空反潛的快速靈活優(yōu)勢(shì)相對(duì)減弱，跟蹤時(shí)間變短
4) 除傳統(tǒng)潛艇外，UUV也成為反潛作戰(zhàn)的對(duì)象
5) 水下目標(biāo)的仿生設(shè)計(jì)，使其可與海洋環(huán)境融為一體，無(wú)人設(shè)備尺寸更小
6) 通信技術(shù)的發(fā)展，使得無(wú)人裝備及潛艇之間的通信更易實(shí)現(xiàn)，水下平臺(tái)態(tài)勢(shì)感知能力不斷提高，更容易躲避探測(cè)
7) 低成本的無(wú)人潛艇沒(méi)有人員傷亡的后顧之憂，敢于同反潛機(jī)對(duì)抗
從戰(zhàn)術(shù)層面來(lái)說(shuō)，驅(qū)潛作戰(zhàn)將更多地被拒潛作戰(zhàn)代替，從“大海撈針”式的傳統(tǒng)反潛作戰(zhàn)模式向水下區(qū)域態(tài)勢(shì)透明的反潛作戰(zhàn)方式轉(zhuǎn)變。通過(guò)在大范圍布防水下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，航空反潛可以快速應(yīng)召，“定點(diǎn)清除”
航空聲吶浮標(biāo)發(fā)展方向
要對(duì)付未來(lái)水下目標(biāo)的“隱、快、多、小”，航空反潛聲吶有兩個(gè)發(fā)展方向：
1) 使航空平臺(tái)成為靈活布放水下監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸平臺(tái)，通過(guò)向作戰(zhàn)海域布設(shè)水下監(jiān)視系統(tǒng)，使對(duì)敵方水下目標(biāo)探測(cè)、跟蹤和打擊的機(jī)會(huì)達(dá)到最大，一般通過(guò)大型運(yùn)輸機(jī)來(lái)完成，長(zhǎng)航時(shí)的無(wú)人機(jī)可以充當(dāng)水下監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的跨界面通信節(jié)點(diǎn)。
2) 提高傳感器攜帶和快速布設(shè)能力，通過(guò)部署小型化傳感器，以及通用的、可重構(gòu)的有人和無(wú)人載荷任務(wù)系統(tǒng)來(lái)增加作戰(zhàn)靈活性。
第1個(gè)發(fā)展方向包含3個(gè)概念：長(zhǎng)航時(shí)自組網(wǎng)靈活部署錨系浮標(biāo)，快速布設(shè)技術(shù)，以及分布式處理及通信技術(shù)。美國(guó)軍隊(duì)海網(wǎng)計(jì)劃中的自主式分布傳感器（DADS）系統(tǒng)是這個(gè)發(fā)展方向的示例。自主式分布傳感器是一種高機(jī)動(dòng)、較廉價(jià)、可快速布設(shè)的水下監(jiān)視系統(tǒng)，它隨海上編隊(duì)一起行動(dòng)，使美軍有能力在潛在敵國(guó)的沿海建立水下信息探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，有效對(duì)付這些國(guó)家的安靜型常規(guī)潛艇和水雷的威脅。
第2個(gè)發(fā)展方向主要應(yīng)對(duì)飽和性、高強(qiáng)度、多波次進(jìn)攻的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，此種情況下，希望聲吶浮標(biāo)是接近“彈藥無(wú)限”的，各類(lèi)航空平臺(tái)都可以攜帶，以密集的可消耗性探測(cè)器材在拒潛區(qū)域內(nèi)保持空、時(shí)覆蓋，同時(shí)減少出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間。
美國(guó)軍隊(duì)2017年11月在反潛訓(xùn)練中驗(yàn)證反潛無(wú)人機(jī)MQ-9，其設(shè)想是無(wú)人機(jī)可攜帶60枚G尺寸小型化HIDAR浮標(biāo)和ALFEA浮標(biāo)。2018年7月，以色列航宇工業(yè)公司推出用于“蒼鷺”無(wú)人機(jī)的反潛戰(zhàn)設(shè)備，其中的聲吶浮標(biāo)據(jù)報(bào)道是“小型、輕質(zhì)的創(chuàng)新型聲吶浮體，可在高海況下發(fā)射并接收聲信號(hào)”。另有資料表明，美國(guó)SeaLandAire技術(shù)公司利用3D打印技術(shù)正在研究的微型浮標(biāo)，僅是A尺寸浮標(biāo)的1/16大小，可以在任何符合MJU-10 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射器上進(jìn)行投放。
縮減浮標(biāo)類(lèi)型是多平臺(tái)使用、減少出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間、簡(jiǎn)化使用方案最合適的手段，而小型化和減重是為了滿足多平臺(tái)使用和多裝載的需求。在類(lèi)型縮減后最有可能保留的接收陣浮標(biāo)是被動(dòng)定向浮標(biāo)，單獨(dú)使用可以進(jìn)行被動(dòng)探測(cè)，配合小型化主動(dòng)聲源浮標(biāo)可以構(gòu)成多基地探測(cè)模式。
傳統(tǒng)的聲吶浮標(biāo)投放高度為50～3000m，為保證落點(diǎn)精確，反潛機(jī)往往要降低投放高度。但低空投放會(huì)導(dǎo) 致飛機(jī)飛行速度降低，易于受到反偵察、規(guī)避甚至攻擊，且雷達(dá)光電視野小，存在機(jī)體疲勞、燃油經(jīng)濟(jì)性差、機(jī)組人員舒適性不高等問(wèn)題。未來(lái)“高空反潛戰(zhàn)”需要實(shí)現(xiàn)聲吶浮標(biāo)在高空高速條件下的精確投放。美國(guó)軍隊(duì)P-8A已取消低空的磁異探測(cè)，飛行高度一般在4500m以上。美軍正在現(xiàn)有浮標(biāo)和系統(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)，以較低的成本實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)高空精準(zhǔn)投放。
參考資料 >
Analytical Optimization on GNSS/Sonar Buoy Array Deployment for Underwater Positioning.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)信息科學(xué)版.2025-08-23