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漫水桥本文综述了接收阵技术发展历程，关键技术，对比不同接收阵的优缺点，以及未来的发展趋势。 声纳接收阵，由一定数量规模的水听器组成，排列形成水听器阵列，以获得更好的增益。为适应潜艇作战使用，减少暴露风险，常常在潜艇上装备各种类型的声纳接收阵。本文对国内外声纳接收阵技术发展做了简要综述。 1 国内外潜艇声纳接收阵发展历程
国外潜艇上装备常见的声纳类型有艇艏声纳，舷侧声纳和拖曳声纳等。美国核潜艇的艇艏声纳有AN/BQS-6声纳、AN/BQS-13声
尾部进行收放。后续TB-29声纳声学段有13段，整个声学段长度为634m ，每个声学段长度为48.8m ，包含32个声通道。TB-33光纤细线拖曳线列阵声纳，与传统压电陶瓷水听器相比，灵敏度更高，自噪声更低、体积更小，重量更轻，抗干扰性更强。
2 当前接收阵的关键技术
随着消声瓦的应用、潜艇动力系统的不断升级，潜艇的隐身
技术快速发展，低噪声潜艇的辐射噪声声源级已接近于海洋环境噪声。这给拖曳线列阵声纳探测潜艇等水下目标带来很大的困难。拖曳线列阵的关键技术如水听器、成阵技术和信号处理技术等迫切需 声纳接收阵技术发展综述
中国船舶重工集团公司第七一五研究所 翁金辉
表1 美国潜艇各声纳系统艇艏阵列表
系统AN/BQQ-1AN/BQQ-2AN/BQQ-5
AN/BQQ-6AN/BQQ-10艇艏阵
卑南族
BQS-6、BQR-7
BQS-6、BQR-7
BQS-11/12/13DNA、BQR-7
郝爱芳
BQS-13DNA、BQR-7
BQS-13、BQR-7
另：AN/BQS-9型艇艏阵是装备于俄亥俄级核
潜艇的艇艏阵声纳
纳和AN/BQR-7声纳等，被动工作频率基本在1k-5kHz 左右。
目前国内外的舷侧阵有四种方式，美国的宽孔径阵，英、法国家的207舷侧阵，三点被动测距阵，即204基阵形式，以及其他阵型。如AN/BQG-5被动测距舷侧阵装备于美国海狼级潜艇和洛杉矶级改进型潜艇。舷侧阵声纳可以弥补被动拖曳线列阵声纳在探测左右舷目标噪声方位时的模糊性问题。因此，它通常与被动拖曳线列阵声纳配合使用，以充分发挥各自的长处。
被动拖曳线列阵是目前探测超远距离目标噪声最理想的一种基阵结构形式。如美国的TB-23拖曳线列阵声纳，该声纳是通过绞盘收放的，长达2574m ，闲置时存放在潜艇的压载舱中，能够在潜艇
要做出提高和突破。2.1 水听器技术
水听器是将声信号转换成电信号的换能器，用于水中通信、探测、目标定位、跟踪等，是声纳的重要部件。
压电陶瓷水听器：压电陶瓷水听器是目前主流的水听器，研究时间长，工艺较为成熟，其稳定性和可靠性较高，现役声纳装备中基本用的是压电陶瓷水听器。
光纤水听器：光纤传感器是一种基于光纤通信技术和光电子技术的新新型水下传感器。其通过高灵敏度的光纤相干检测，将水
声信号转换成光信号，并通过光纤传至信号处理系统提取声信号信
徒手画图1 潜艇拖线阵发展历程
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党内立法法息。光纤水听器的关键技术有：光源、关键光纤器件、探头技术、抗偏振衰落技术、抗相位衰落技术、信号处理技术、多路复用技术以及工程技术等。
矢量水听器：矢量水听器能同时测量声场中的声压和振速信息，相对于标量水听器，具有更好的抗相干干扰能力和线谱检测能力，更有利于实现远场多目标的识别。2.2 成阵技术
常用的拖曳线列阵声纳通常有几部分组成：声学段、采集传输系统等组成。声学段由多个水听器按照
一定的间距布放组成，可放置不同工作频率的水听器，形成低频段和高频段。声学段的水听器信息和非声传感器信息通过阵段内的采集传输系统上传至信号处理、显示控制系统。采集传输系统长线阵在拖曳过程中，受水下湍流、拖曳速度受限的情况下，会出现阵型畸变的情况。为减小阵形畸变带来的负面影响，通常在声学段中增加航向传感器，通过实时处理，实现对阵形的监测和补偿。2.3 水声信号处理技术
采用合理的信号处理技术是提高拖曳线列接收阵性能的途径之一。在被动探测中，可以利用信号处理算法提高输出信噪比，将目标信号从噪声和干扰中提出才出来，从而实现目标的探测、定位和识别。被动声纳信号处理常用的技术有以下三方面：波束形成技术、频域滤波提取线谱分量、时间积分处理获得时间增益。
波束形成技术是被动声纳系统的重要部分，主要有常规波束形成和自适应波束形成技术。常规波束形成的权值向量是固定的。延迟求和方法和加窗处理技术都是常见的固定权值波束形成方法，如矩形窗、三角窗（Bartlett 窗）、汉宁（Hanning ）窗、汉明（Ham-ming ）窗、布兰克曼（Blackman ）窗等。实际工程上，应用较为广泛的是矩形窗，合理的选择窗长度能控制主瓣宽度和失真程度。
自适应波束形成技术，它的权值向量随接收数据的变化而自适应调
图2 光纤水听器用于宽孔径阵
整，获得的波束图也随之改变。由于自适应算法的数据量更多，运算量极大，占用的信号处理硬件设施多，给声纳实际使用中带来了一定影响。
频域滤波提取线谱分量也是被动声纳中常用的手段。实际舰艇噪声的低频段线谱成分中包含丰富的信息，有效提取特征谱线，不仅可以进行目标检测，也可以用于目标的识别和跟踪。常用的手段有DEMON 谱分析和LOFAR 谱分析。通过DEMON 谱分析可以得到水下目标的螺旋桨叶片数，从而分辨水下目标的类型。通过LOFER 谱，可以观察到某一方向上信号功率随时间的变化，进而分析目标的特征信息。
时间积分获取时间增益也是水声信号处
理中的常用方法。由于海洋环境复杂，水听器接收到的实际信号可能存在畸变，信号处理上可通过时间积分，来提高积分时间内的信号增益，从而抑制干扰对信号的影响。实际线列阵使用时，会选取合适的积分时间，获取宽带检测的非相干累积增益，理想情况下，积分时间越长，背景的起伏越小，检测效果更稳定，且输出信噪比也有所提高。
3 不同类型的接收阵、使用场景、优缺点
海洋环境复杂多变，水下目标类型多样，单一的接收阵无法满足实际使用的需求，因此逐渐开发各种类型的接收阵。
被动式拖曳线列接收阵，只接收目标的辐射噪声，本身不发射信号。具有孔径大、远离本船噪声源、隐蔽性强等优点。被动式拖曳线列接收阵，常常安装于潜艇中，作为潜艇探测的手段之一，但也受限于潜艇内部空间，无法安装大规模、大孔径的长线阵，因此探测性能有限。被动式拖曳线列接收阵也常用于辅助
船，进行声学测量等。
图3 SURTASS拖线阵
主被动联合式拖曳线列接收阵。随着潜艇降噪技术的日益提升，西方发达国家的潜艇的噪声级已接近隐身，单靠被动接收信号
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难以探测目标，因此需要主动发射声波探测，利用回波信号进行探测。这种主被动联合式拖曳声纳的探测距离取决于发射阵声源级的上限，是水面舰艇探测潜艇的主要手段。这种声纳的难点是需要发射足够的声源级，对于收放系统和发射机的能力要求较高；发射较强的声波，易被敌方潜艇接收到有规信号，也存在暴露战术意图的风险。
多线拖曳线列阵声纳。相比较单线阵，多线阵具有更强的探测性能。双线阵可以通过信号处理算法，解决单线阵存在的左右舷分辨模糊的问题，常用时延差法和能量差法，来分辨目标的左右舷位置；双线阵的阵增益比相同长度的单线阵可以提高3dB ，对目标的探测距离也可以更远。美国L-3公司的LFATS 声纳系统，其拖曳线列接收阵最多数量达到4条。多线阵声纳的收放技术是实际使用过程的需要克服的困难；多线阵在海况恶劣、船只急转时等情况下容
易出现尾部缠绕等问题，也需要进一步解决分析。
图4 德国ATLAS双线阵
舷侧阵声纳，通常应用于潜艇等水下目标。将水听器沿艇身纵长方向排列，在两舷侧壳上形成两列长线阵。舷侧阵声纳的优点是工作频率低，作用距离远，不占用潜艇内部空间，左右舷分辨效果好。舷侧阵声纳的主要缺点是本舰噪声的干扰，相比较拖曳线，舷侧阵声纳更靠近潜艇的螺旋桨和动力装置，有效的控制本舰噪声是提高舷侧阵声纳探测性能的关键。控制本舰噪声的研究方向有自适
应本舰噪声抵消技术、隔振系统研究等。
图5 弗吉尼亚级潜艇舷侧阵声纳
矢量水听器阵列。矢量水听器阵可以同时接收声压和振速信息，可以有效解决目标左右舷分辨问题，同时具有更高的阵增益，目标检测的性能更强。但是矢量水听器阵列安装于水面船舶和水下航行器等载体，由于载体障板声学散射的影响，会导致矢量水听器性能发挥受到极大影响。业内常见的MEMS 矢量水听器阵列技术，该技术具有微型化、多样化和微电子化等特点。
光纤水听器阵。光纤水听器研究起步于七十年代末的美国海军试验，国外的光纤水听器技术在理论研究和应用开发上具有领先优势。美军的TB33光纤细线拖曳线列阵声纳，与传统压电陶瓷水听器相比，灵敏度更高，自噪声更低、体积更小，重量更轻，抗干扰
性更强等优点。
图6 全光纤拖线阵声纳概念图
4 接收阵的未来发展趋势
成阵技术的发展：发展低频、宽带、大孔径的线列阵是今后的主流的发展趋势，其目的为了取得更高的处理增益，使得声纳的作用距离增加，探测性能提高。
水声信号处理技术的发展：短时间内提高水听器和成阵技术探测性能较为困难，采用有效合理的信号处理算法提取出目标信息是未来接收阵探测的发展趋势之一。由于海洋环境复杂、水下目标信息多变，需要进一步发展波束形成技术和方位估计技术，提高被动探测的稳定性和适用性。
多基地声纳协同探测技术发展：实际声纳使用过程中，普遍存在水下目标识别困难，虚警概率高等问题，多基地声纳系统可以在多个方位对目标进行识别跟踪，探测范围更广，具有更强的探测能力。但同时复杂的水声环境、大量的传感器信息以大量的干扰源信息对多基地声纳的信息融合技术提出较高的要求，目前的多源信息技术还需要进一步的发展。
