<原创科普>固定式水声监视网简介，及其技术发展展望 ...

前言：拙作《浅谈现代体系反潜》：http://lt.cjdby.net/thread-1561588-1-1.html中提到的现代体系反潜的如下图所示主要组成

这个七边形七种武器中的海洋监视卫星不属于水声范畴，笔者了解不多。其他的六个组成近期已经陆续介绍了其中的潜艇声纳：http://lt.cjdby.net/thread-1557708-1-1.html，航空反潜：http://lt.cjdby.net/thread-1567011-1-1.html，和水面舰反潜：http://lt.cjdby.net/thread-1568862-1-1.html。下面讲继续介绍其他三种，这次与大家交流的是固定式水声监视网络。

题记：固定式水声监视网络，是一种长期或短时间临时布放在海洋中或海底的水声监视与探测系统，这种系统的处理中心在岸上或其他平台上，水下基阵布放在需要海域的一种装备，可以通过有线手段、水声通信手段、无线电浮标或卫星通信直接与处理中心或其他节点链接。其中长期固定布放在海底的水声监视系统又常被称为岸基声纳或简称岸站。固定式水声监视网络在反潜体系中可以用于源头监视和持续跟踪，是体系反潜的重要组成，可以说是大国全面反潜体系和小国局部反潜体系的标志性区别之一（另一个区别是海洋监视卫星）。笔者根据收集到的资料简单介绍下固定式水声监视网络，分析下固定式水声监视网络的优缺点所在以及发展展望，所有资料来源于网络，由于笔者专业和水平的限制，可能有所谬误，欢迎批评指正。

潜标，顾名思义就是潜入水中的声纳或海洋监视信标。这种信标由航空平台、水面平台或潜艇携带至布放海域投入水中，采用电池供电的方式自主收集周围的信息，可以通过无线传输（水声或无线电/卫星浮标）的方式与处理中心联系，也可以定期回收记录模块的方式非实时的获取信息。水声潜标一般基阵规模较小，数据传输率有限，单枚潜标可以有效控制的海域不过数十公里半径。如下图我国研制的实时通信潜标就是一种典型的可以实时交换数据的声纳潜标。

潜标的主要优点在于布放灵活，可以随时投放，便于补网。可投放在我无法严密保护的重要或敏感海域、水道进行监测。多个潜标可以通过水声网络组成水下信息网，增强探测性能和控制范围。其缺点在于单个潜标一般基阵较小探测范围有限，采用电池供电工作时间有限，实时潜标需对外发射信号容易暴漏，容易被敌方侦测打捞或破坏。

岸基声纳系统，其更合理的名称应该是：固定布放式大型声纳系统，因为此系统仅是处理中心处于岸上，而不是声纳基阵靠近岸边。这种声纳通过支架布放在海底，或通过专用设备掩埋于海底浅层沉积层中。一般为大型水平线列阵或垂直线列阵形式，其基阵孔径可以达到公里级，频率可以低至十几赫兹，采用被动工作方式，其对潜艇的有效探测作用距离可以达到数百公里，在利用汇聚区效应时，可以将探测区域扩展到上千公里以外。岸基声纳系统气候影响，无流噪声和平台噪声干扰，可以全天候实时大范围监测海洋，是一种十分有效的反潜源头监视和持续跟踪手段。

一般来说，岸基声纳最佳位置为大陆坡或海山中处于声道轴的深度上采取垂直线列阵或垂直-水平线列阵的形式，如下图所示。

声道轴即深海信道中声速最小点位置，进入深海信道的声音将被限制在声道轴附近而不会与海面、海底发生干涉，因此可以传播的很远。如最著名的岸基声纳系统，美国的SOSUS其基站一般都处于岛链和海山附近就是这个原因。如下图是冷战时期SOSUS的基站位置图，需要注意的是，美国东西海岸的SOSUS基站靠近美国大陆这是因为美国沿岸大陆架非常小，很快就到达大陆坡海域。也正是这种原因导致了大家讲固定布放大型声纳系统称为岸基声纳。

根据网上的报道：http://mil.huanqiu.com/china/2013-03/3772997.html，我国岸基声纳基站的选址也与此类似。

岸基声纳的主要缺点是布放工程巨大，不利于维护和临时补网，虽然不容易被敌方声学或其他手段探测到，但处于浅海的岸基声纳基阵容易被渔船的沉底拖网或民用船只的船锚所破坏。

港口和锚地警戒系统安装于重要港口和军舰锚地，对进入敏感区域的水下目标进行监视。其警戒的对象除潜艇外还包括无人水下航行器(UUV)，蛙人运载器以及蛙人。港口和锚地警戒系统一般采取主动和被动工作方式，对小型目标(UUV，蛙人和运载器)的作用距离可以达到数公里，对潜艇的警戒范围一般达到十几公里。这种声纳对水下特种作战意义十分巨大，如前段时间曝光的我南海某岛礁反蛙人火箭炮（如下图），笔者相信其必然有水下的反蛙人警戒系统相配合，甚至可以实现对水下非合作目标的无人值守自主打击。

固定式水声监视网络水声探测基阵布置在海底的非运动平台上，具有基阵阵元间距固定，不受海面气候影响，一般无流噪声和平台噪声影响等特点，因此各种先进的水声探测技术和传感器技术可以方便的应用于固定式水声监视网络上。笔者看来，在可预见的未来，可以应用于固定式水声监视网络的技术包括如下几种。

光纤传感器是利用水中声波激励光学元件，将声信号调制到光信号上的一种器件。其突出的优点是不需要前置放大单元和采集单元，可以由一条光缆直接集成多个光纤传感器组成基阵，将信号送至岸上处理中心。极大的简化了系统组成，有利于减低系统成本。

声场是唯一一种既有标量（声压）信号，又有矢量（质点运动）信号的物理场。以往的声纳仅仅利用了声场中的声压信息，而没有利用矢量信息。矢量传感器在同等基阵规模情况下，可以获得4-6分贝矢量增益，也就是作用距离在低频可以远一倍。海洋噪声场的各项同性性使得矢量通道背景噪声低很多，同时矢量传感器具有自然低频正交指向性可以在极低频频段实现测向定位，对低频探测低噪声潜艇意义很大。由于矢量传感器采集质点运动信息，因此一般在运动平台下受到平台安装基座震动的影响，矢量通道受到影响不能很好的发挥矢量传感器的优势。而在固定式水声监视网络上不存在这个问题，可以大胆使用矢量声学的理论优势。

匹配场和模基处理（就是基于水声模型的处理）是将水声物理与水声工程综合应用的一个前沿技术，其突出特点就是将水声调查获得的先验信息通过水声物理应用于水声探测中。其经典处理方法包括匹配场和时间反转处理。这种处理可以最大限度的利用环境先验知识，达到最佳的水声探测效果。但其十分依赖水声物理模型的准确性，固定式水声监视网络位置确定，周围的水声资料己方应该是了如指掌，因此采用匹配场和模基处理具有先决的有利条件。

固定式水声监视网是反潜探测重要的源头发现和持续跟踪节点，对于我国执行区域拒止战略，应对美国空海一体战威胁具有十分重要的意义。虽然美国在冷战时期就已经在我周边海域布放了大量SOSUS节点，并且可以通过盟国或其自身的船只在我海域布放潜标等设备监视我潜艇活动，但我们需要清醒的看到，技术的发展使得岸基声纳这种有固定安装优势的系统更新换代很快，我们要合理的发挥后发优势，大胆采用先进技术，将我岛链内的海域严密的监视起来，为我执行区域拒之战略打下牢固的基础。更进一步的做法是将我国的固定式水声监视网络推进至岛链附近，甚至监视岛链外妄图对我发动水下导弹攻击的敌对国家水下力量。真正的将岛链做成敌可用我亦可用，敌可往我亦可往的战略大门，为我海军进一步突破岛链，走向大洋提供坚实的后盾。

前言：拙作《浅谈现代体系反潜》：http://lt.cjdby.net/thread-1561588-1-1.html中提到的现代体系反潜的如下图所示主要组成

这个七边形七种武器中的海洋监视卫星不属于水声范畴，笔者了解不多。其他的六个组成近期已经陆续介绍了其中的潜艇声纳：http://lt.cjdby.net/thread-1557708-1-1.html，航空反潜：http://lt.cjdby.net/thread-1567011-1-1.html，和水面舰反潜：http://lt.cjdby.net/thread-1568862-1-1.html。下面讲继续介绍其他三种，这次与大家交流的是固定式水声监视网络。

题记：固定式水声监视网络，是一种长期或短时间临时布放在海洋中或海底的水声监视与探测系统，这种系统的处理中心在岸上或其他平台上，水下基阵布放在需要海域的一种装备，可以通过有线手段、水声通信手段、无线电浮标或卫星通信直接与处理中心或其他节点链接。其中长期固定布放在海底的水声监视系统又常被称为岸基声纳或简称岸站。固定式水声监视网络在反潜体系中可以用于源头监视和持续跟踪，是体系反潜的重要组成，可以说是大国全面反潜体系和小国局部反潜体系的标志性区别之一（另一个区别是海洋监视卫星）。笔者根据收集到的资料简单介绍下固定式水声监视网络，分析下固定式水声监视网络的优缺点所在以及发展展望，所有资料来源于网络，由于笔者专业和水平的限制，可能有所谬误，欢迎批评指正。

潜标，顾名思义就是潜入水中的声纳或海洋监视信标。这种信标由航空平台、水面平台或潜艇携带至布放海域投入水中，采用电池供电的方式自主收集周围的信息，可以通过无线传输（水声或无线电/卫星浮标）的方式与处理中心联系，也可以定期回收记录模块的方式非实时的获取信息。水声潜标一般基阵规模较小，数据传输率有限，单枚潜标可以有效控制的海域不过数十公里半径。如下图我国研制的实时通信潜标就是一种典型的可以实时交换数据的声纳潜标。

潜标的主要优点在于布放灵活，可以随时投放，便于补网。可投放在我无法严密保护的重要或敏感海域、水道进行监测。多个潜标可以通过水声网络组成水下信息网，增强探测性能和控制范围。其缺点在于单个潜标一般基阵较小探测范围有限，采用电池供电工作时间有限，实时潜标需对外发射信号容易暴漏，容易被敌方侦测打捞或破坏。

岸基声纳系统，其更合理的名称应该是：固定布放式大型声纳系统，因为此系统仅是处理中心处于岸上，而不是声纳基阵靠近岸边。这种声纳通过支架布放在海底，或通过专用设备掩埋于海底浅层沉积层中。一般为大型水平线列阵或垂直线列阵形式，其基阵孔径可以达到公里级，频率可以低至十几赫兹，采用被动工作方式，其对潜艇的有效探测作用距离可以达到数百公里，在利用汇聚区效应时，可以将探测区域扩展到上千公里以外。岸基声纳系统气候影响，无流噪声和平台噪声干扰，可以全天候实时大范围监测海洋，是一种十分有效的反潜源头监视和持续跟踪手段。

一般来说，岸基声纳最佳位置为大陆坡或海山中处于声道轴的深度上采取垂直线列阵或垂直-水平线列阵的形式，如下图所示。

声道轴即深海信道中声速最小点位置，进入深海信道的声音将被限制在声道轴附近而不会与海面、海底发生干涉，因此可以传播的很远。如最著名的岸基声纳系统，美国的SOSUS其基站一般都处于岛链和海山附近就是这个原因。如下图是冷战时期SOSUS的基站位置图，需要注意的是，美国东西海岸的SOSUS基站靠近美国大陆这是因为美国沿岸大陆架非常小，很快就到达大陆坡海域。也正是这种原因导致了大家讲固定布放大型声纳系统称为岸基声纳。

根据网上的报道：http://mil.huanqiu.com/china/2013-03/3772997.html，我国岸基声纳基站的选址也与此类似。

岸基声纳的主要缺点是布放工程巨大，不利于维护和临时补网，虽然不容易被敌方声学或其他手段探测到，但处于浅海的岸基声纳基阵容易被渔船的沉底拖网或民用船只的船锚所破坏。

港口和锚地警戒系统安装于重要港口和军舰锚地，对进入敏感区域的水下目标进行监视。其警戒的对象除潜艇外还包括无人水下航行器(UUV)，蛙人运载器以及蛙人。港口和锚地警戒系统一般采取主动和被动工作方式，对小型目标(UUV，蛙人和运载器)的作用距离可以达到数公里，对潜艇的警戒范围一般达到十几公里。这种声纳对水下特种作战意义十分巨大，如前段时间曝光的我南海某岛礁反蛙人火箭炮（如下图），笔者相信其必然有水下的反蛙人警戒系统相配合，甚至可以实现对水下非合作目标的无人值守自主打击。

固定式水声监视网络水声探测基阵布置在海底的非运动平台上，具有基阵阵元间距固定，不受海面气候影响，一般无流噪声和平台噪声影响等特点，因此各种先进的水声探测技术和传感器技术可以方便的应用于固定式水声监视网络上。笔者看来，在可预见的未来，可以应用于固定式水声监视网络的技术包括如下几种。

光纤传感器是利用水中声波激励光学元件，将声信号调制到光信号上的一种器件。其突出的优点是不需要前置放大单元和采集单元，可以由一条光缆直接集成多个光纤传感器组成基阵，将信号送至岸上处理中心。极大的简化了系统组成，有利于减低系统成本。

声场是唯一一种既有标量（声压）信号，又有矢量（质点运动）信号的物理场。以往的声纳仅仅利用了声场中的声压信息，而没有利用矢量信息。矢量传感器在同等基阵规模情况下，可以获得4-6分贝矢量增益，也就是作用距离在低频可以远一倍。海洋噪声场的各项同性性使得矢量通道背景噪声低很多，同时矢量传感器具有自然低频正交指向性可以在极低频频段实现测向定位，对低频探测低噪声潜艇意义很大。由于矢量传感器采集质点运动信息，因此一般在运动平台下受到平台安装基座震动的影响，矢量通道受到影响不能很好的发挥矢量传感器的优势。而在固定式水声监视网络上不存在这个问题，可以大胆使用矢量声学的理论优势。

匹配场和模基处理（就是基于水声模型的处理）是将水声物理与水声工程综合应用的一个前沿技术，其突出特点就是将水声调查获得的先验信息通过水声物理应用于水声探测中。其经典处理方法包括匹配场和时间反转处理。这种处理可以最大限度的利用环境先验知识，达到最佳的水声探测效果。但其十分依赖水声物理模型的准确性，固定式水声监视网络位置确定，周围的水声资料己方应该是了如指掌，因此采用匹配场和模基处理具有先决的有利条件。

固定式水声监视网是反潜探测重要的源头发现和持续跟踪节点，对于我国执行区域拒止战略，应对美国空海一体战威胁具有十分重要的意义。虽然美国在冷战时期就已经在我周边海域布放了大量SOSUS节点，并且可以通过盟国或其自身的船只在我海域布放潜标等设备监视我潜艇活动，但我们需要清醒的看到，技术的发展使得岸基声纳这种有固定安装优势的系统更新换代很快，我们要合理的发挥后发优势，大胆采用先进技术，将我岛链内的海域严密的监视起来，为我执行区域拒之战略打下牢固的基础。更进一步的做法是将我国的固定式水声监视网络推进至岛链附近，甚至监视岛链外妄图对我发动水下导弹攻击的敌对国家水下力量。真正的将岛链做成敌可用我亦可用，敌可往我亦可往的战略大门，为我海军进一步突破岛链，走向大洋提供坚实的后盾。