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@slayerhuahua


转帖：作者:兵器迷的天空



静里水声何处觅，流光暗影锁真机（上）——浅谈反潜新兵光纤水听器的发展.上篇




2014年9月11日,根据英国《简氏防务周刊》网站报道，美国海军“俄亥俄”级巡航导弹核潜艇“密歇根”号（SSGN 727）指挥官本杰明·皮尔森8月12日曾对一组前来参观的记者说，“密歇根”号在2013年年底就被部署到了亚太地区，并在东海、南海和菲律宾海执行了任务。出于作战安全考虑，他拒绝透露细节，但皮尔森称这些海域“就像我们的后院”。

此话一出，引起了很多军迷对中国反潜能力的担忧。

众所周知，中国海军的传统长项是反舰，以鹰击系列为代表的各种舰（潜）载和机载反舰导弹，林林总总，层出不穷，很早就与世界先进水平一搏短长。更不要说DF21-D陆基反舰导弹的独门绝技，傲视全球。而随着HHQ-9，HHQ-16和FL-3000系列所组成的远中近多层次舰空导弹的广泛装备，海军区域-点防空能力的快速进步，也让人倍感欣慰。随着052D的出现，海基的陆攻、反导、反卫星能力的空白也逐渐开始被填补，为军迷带来了更多的惊喜。

相比之下，反潜能力，成为目前中国海军最大、也是最重要的一块短板。特别是在周边国家大量装备静音潜艇的情况下，这块短板更显得格外刺眼。不要说美国，就是日本，也一直都在公开嘲笑中国的反潜能力。

所以，我们今天的话题，就是围绕着与反潜声呐技术密切相关的一个领域展开——光纤水听器。

兵器迷咽口唾沫，这个话题，真不好讲啊。流体力学巨难，水声学更是高大上。业余苦读了一阵，还是连一知半解都算不上，再给大家讲什么原理，那真叫不靠谱啊。

但只讲应用，完全不介绍原理，不是咱的风格。况且如果不对原理稍加解释，就很难看出应用的奥妙。帖子写完，犹豫了很久。硬着头皮上吧，也许能引出真正的专家，点评一二，就是咱的福气了。各位拍砖吧，俺顶着锅呢。

一 水听器的ABC

大家知道，对空、对地侦查的各种技术，其信息传递的无线载体，主要是各种电磁波（包括红外、紫外、可见光、微波、激光和各种无线电波）。而在水中，电磁波的传播损耗却非常大，有效传播距离大受影响。最直观的是可见光，无论阳光多么灿烂，在海平面200米以下就完全漆黑一片了。科学测量表明，电磁波在水中的传输损耗比声波约高3个数量级。也就是说,以功率计算，二者相差30dB；以幅值计算，二者相差达60dB。因而电磁波很难成为水下远距离信息传递的有效手段。迄今为止,声波依然是海洋中远距离传输的最有效载体。很自然的，水声学也就成为反潜探测技术最重要的研究领域之一。

1 压电式水听器

水听器，就是通过接收声波对水下目标进行探测、定位与识别的传感器，是水声学最重要的声学测量仪器。传统水听器一般都是压电式水听器，即在水下的设备前端有一个压电传感器。如果潜艇经过某水域，引起水的振动，并通过声波传递开来，压电传感器感受到这样的声波压力，就将压力信号转变为电信号，并通过电缆传递到飞机或者舰艇的信号处理平台，进行信号处理。根据上述原理，它也被称为“声压”水声器。

压电水听器，在数十年的实际运用中得到很大的发展，同时也暴露出很多问题，主要有三个。

第一个问题：“左右舷模糊”

这位晕倒：兵器迷，打住！ “左右舷模糊”？我听得左右脑袋都模糊了！

客官莫急，容俺细细回禀。

首先，水听器一般可以分为无指向性和有指向性两大类. 无指向性指的是水听器对来自于声场空间各方向的声波具有相同的响应,不存在空间选择性；而有指向性，意思是水听器只对空间某些特定方向的声波有响应。直到上个世纪末，大多数声纳系统，包括浮漂声呐和水下拖曳声阵的水听器，基本上都是无指向性的压电传感器。这种传感器组成的单线阵声呐的波束具有圆锥对称性，所以无法判断目标方位指向在舰艇的哪一侧，这就是所谓的“左右舷”模糊问题。

只知道有潜艇，但不知道在反潜测量船的左边还是右边，这样的反潜探测当然大打折扣。

办法呢？有了。

既然单线阵分不清左船舷，那就采用双线阵。双线阵不仅具有轴向孔径，而且沿着阵的法向（横向）也具有横向孔径。因此，利用两根线阵各自指向目标波束的时延差即可判断目标的左右舷。

别高兴太早，刚刚解决了老问题，新问题又来了——兵器迷的帖子，拐弯抹角是少不了的，呵呵。

第二个问题：重量过大，维护困难

拖曳声呐的战术型阵列长100米左右，供战术反潜使用，拖曳最大航速可达30节；监视型阵长1000米左右（美国双体水声探测船拖曳线列阵长度高达1800米)。这样长的拖曳声呐阵列需要布置水下电子元件，还要提供双线阵的信道复用和数据传输电缆和供电电缆，因而价格昂贵,重量较大，维护成本高。如果水下密封出现问题，将导致水下电子设备失效，影响探测效果。

比如美国西屋电气公司、古尔德公司和通用电气公司协作研制的的AN/SQR-19拖曳声纳，1985年交付使用。它承担了大范围远距离初始探测潜艇的任务，并引导舰载反潜直升机SH-60B飞往目标区域，使用机载探潜设备对潜艇实施精确定位。全系统由水下系统和舰载电子设备两部分组成。其水下系统包括线列阵和1700米长的拖缆。线列阵由8个声学组件、3个隔振组件、1个遥测驱动组件和尾部稳定结构件组成。在8个声学组件中，有4个低频、3个中频和1个高频声组件。每一组件长12米，由48个等间距的水听器构成。水听器基阵内设有前放、滤波、多路复合、数/模变换等电子器件以及监测基阵方向、深度和环境温度的传感器。遥测驱动组件是用遥测发送器，把基阵采集的数据经电缆送舰上处理，并接收舰上的指令。仅仅后甲板收放线列阵的操纵设备，就重达7620公斤，中小型舰艇的安装和操纵大型拖曳声呐的困难可见一斑。

第三个问题：压电水听器得到的声场信息不完整

目前广泛应用的压电式声压水听器，只能得到声场的声压标量。

流体力学告诉我们，在流体类连续介质（如海水）中，任意一点附近的运动状态可用压强、密度及流体运动速度表述。相对应的，描述声场的声学量声压、压缩量和质点振速，都是时间和空间的函数。其中，声压为标量（标量，英文scalar，亦称“无向量”，即只有数值大小或幅值高低，而没有方向的物理量。比如质量、密度），质点振速为矢量（矢量，英文vector,既有大小又有方向的物理量，在数学中称作向量。比如速度、力）。标量信息和矢量信息二者合起来才是声场的完整信息。而压电式水听器只能测量声压标量信息，单纯声压信息处理系统也只能分析这样的不完整信息，因此反潜目标测量的能力受限。

这位问了，能不能设计同时测量标量信息和矢量信息的水听器呢？

您说得对。这就是——

2 矢量水听器

矢量水听器作为一种新型的水声测量设备, 采用组合传感器，不但可以测量声场中最常见的标量物理量———声压,而且还可以直接和同步测量声场同一点处流体介质质点的振速矢量。系统后端，则采用联合信息处理系统进行目标方位的声压、振速联合估计。矢量水听器对各向同性噪声的抗相干干扰能力和线谱检测能力大幅度提高，并可实现远场多目标的识别等。

1950年代中期,美国学者发表了有关使用惯性传感器直接测量水中质点振速的经典论文。但是此后很长时间，矢量声学基本停滞在概念层面。

在矢量水听器的理论研究方面，真正具有突破性的先驱者，应当说是苏联学者。

1970-80年代，苏联研制成功了声矢量传感器开展海洋环境噪声研究，但仅仅是实验室研究阶段，而且依然是冷门，研究既缺乏体系化的理论，更缺乏有实质意义的工程应用。幸运之神对苏联科学家的锲而不舍发出微笑是在1989年，苏联出版了世界上第一部声矢量传感技术的专著《声学矢量-相位方法》，真正全面的论述了声矢量传感器技术的原理和应用。2003年又出版了《海洋矢量声学》，提出了基于声矢量传感器的海上实验、数据处理以及理论分析等一整套方法，声矢量传感器技术研究和应用热潮终于逐渐兴起。

理论上苏联一马当先，而矢量水听器在工程应用方面，应当说美苏是并驾齐驱。

苏联：在1980年代开始研制拖曳矢量线列阵声纳，先后有БГА11-9-17/5、БГА10-4、БГА5-3/2、БГА24-9-6/4等型号的矢量线列阵。俄罗斯的矢量水听器在海岸预警声纳、海洋环境噪声测量和水雷引信等方面得到应用。

美国：1970年代，矢量水听器成功应用于远程浮标声纳AN/SSQ-53系统和DIFAR定向浮标中，以及拖曳声阵SURTASS。目前美国的研究主要集中在新型矢量传感器、矢量舷侧阵声纳、矢量舰壳声纳以及矢量水雷声引信方面，开发了矢量信号处理专用的DSP模块。
矢量水听器当然好。人们可以将声压水听器经过改进成为声压矢量水听器。不过，这对水下传感器提出了更高的要求。工程测量上一般来说，在同一环境中，探测矢量比探测标量难得多。何况电子元器件在数百米深海的环境中，要达到测量声场矢量所需要的高灵敏度，工作参数要非常稳定,对材料、结构和制作工艺的要求也极高。不是美苏这样的工业强国和海洋工程强国，就很难达到这样的水准。因此，矢量水听器的大规模工程应用也受到了诸多限制。

测量参数越来越多-传感器越来越多-声线阵越来越大-设备越来越贵，怎么办呢？

“千呼万唤始出来”，兵器迷唠叨这半天，我们今天的主角，光纤水听器，终于该露面了。

预知后事如何，且听下回——《光纤水听器》分解。

注：所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：
《声矢量传感器研究进展》
《光纤矢量水听器原理与应用》
《光纤矢量水听器研究进展》
《声学学报》

本文同时引用了公开论文《光纤矢量水听器研究进展》中的图片在此一并致谢

静里水声何处觅，流光暗影锁真机
——浅谈反潜新兵光纤水听器的发展.中篇



上篇介绍了声压水听器和矢量水听器的原理和特点，前者性能缺失，后者费用昂贵。光纤矢量水听器可以有效解决二者的问题，这一篇我们就来谈谈——

光纤矢量水听器

光纤矢量水听器(英文 fiber optic vector hydrophone, 以下简称FOVH)是一种新型水声探测器，顾名思义，它可以像压电矢量水听器一样，在一个点上的测量信号中，就同时包含了声场的标量信息和三维矢量信息，同时又采用了光器件，通过高灵敏度的光学相干检测，将声波振速信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统提取声波信息，且FOVH克服了压电矢量水听器的电器件带来的诸多问题。

FOVH根据工作原理细分，有强度型、干涉型和光纤光栅型等。强度型FOVH不需解调装置，信号处理简单，缺点是性能易受到光源强度稳定性的影响，且传感器探头设计复杂，加工难度大。光栅型FOVH因光纤光栅的反射带宽较宽，如不对传感头增敏处理，在用干涉法解调时很难达到要求的信号分辨率，虽然目前仍然是研究热点，但仍未进行工程应用。因此我们在这里，仅介绍发展相对迅速，应用相对广泛的一种：基于光纤干涉仪原理构造的干涉型FOVH。

咱们来看看迈克尔逊光纤干涉仪（Fiber Michelson Interferometer）的工作原理。

有朋友告诉兵器迷，不愿意看枯燥的原理。那您直接飘过这段，看后面就是。

如下图1。



首先，由激光器Laser发出的激光经3dB光纤耦合器（coupler）分为两路：

一路构成光纤干涉仪的信号臂(signal arm)，它绕在一个弹性柱体上。在水下声场，潜艇的振动声波加速度，引起弹性柱体的轴向形变，而轴向形变引起径向形变，造成信号臂光纤的长度发生变化，最终导致光信号产生相位差变化。这个过程称为声波的调制。

另一路则构成参考臂（reference arm）。

两臂的光信号经后端反射膜(mirrors)反射后返回光纤耦合器。由于信号臂的光相位被调制过，与参考臂的光相位有差异，因此二者发生干涉，干涉的光信号经光电探测器(detector)转换为电信号，由信号处理就可以拾取声波的信息。
图1：麦克尔逊光纤干涉仪基本结构图。


喘口气，原理终于讲完了。朋友们也歇口气，看兵器迷的文章，不容易啊。

其实，大家从原理图就可以很容易的理解，相比较压电矢量水听器，FOVH的优点是非常明显的：

高探测灵敏度和高动态范围：FOVH采用光学干涉原理构成。光器件的天然优势，使得FOVH比电器件的自噪声低，灵敏度高。光纤加速度计可检测的最小信号，比传统压电矢量水听器要高2-3 个数量级,这使弱信号，甚至比海洋背景噪声低得多的弱信号探测成为可能。而且测量的动态范围大. 压电水听器的动态范围一般在80-90dB , 而FOVH的动态范围可以到120 —140dB。这对于反潜战斗中探测静音潜艇的战术需求，特别是对海洋背景噪声复杂的东亚浅海海区的反潜作战是极为有利的。

高抗干扰能力：FOVH抗电磁干扰、信号串扰能力强。全光光纤水听器信号传感与传输均以光为载体,在几百兆赫以下的电磁干扰影响几乎可以忽略不计,复用通道信号的串扰也非常小。

适于远距离传输与组阵：光纤传输损耗小, 大约只有0.2dB/km，无串扰，非常适于远距离传输，FOVH采用FDM频分复用、波分复用WDM，及时分复用TDM等技术进行多路复用,非常适合水下阵列的大规模\超大规模组阵，传输距离可达上百甚至上千公里。

更高效的解决左右舷模糊问题：FOVH的每个单向传感单元均具有指向性，而且抑制环境噪声能够达到4.8～6.0dB。全阵列的指向信息经过后端信号系统分析，具有更高的指向精度。因此，FOVH在有效解决声压水听器阵列的左右舷模糊问题的同时，在相同阵增益的情况下可大大减小线阵列的孔径。

可靠性高维护性高：FOVH激光由光源发出,经光纤传输至光纤水听器,并在拾取声信号后再经光纤传回信号处理设备。也就是说，在潮湿阴冷咸度大的海洋深水中（专业术语：湿端）无任何电子器件，无任何电源装置。而且光纤对水密性要求低,耐高温、抗腐蚀，能在恶劣的水下、地下、沙下、油下等自然环境中实现长期稳定工作。光设备器件比电设备器件相比大大简化，探测缆及传输缆皆为轻质细口径光缆,拖曳声呐容易收放，信号传感与传输实现了一体化。所有这些因素，都大大提高系统的可靠性和维护性。FOVH拖曳声呐可以在多年工作期内反复投放而免维护工作，而传统拖曳声呐就必须定期维护，工作量还是很大的。

低工程应用门槛：相比压电矢量水听器，FOVH的光器件构造简单，体积重量小，价格低廉。压电式水听器一个阵元需要几百个电子和光学器件，而FOVH一个阵元只有一个手指大小，为大规模工程奠定了扎实的基础。进一步的，由于FOVH的几何形状适应性大大高于声压水听器，传输光缆也比电缆更细更轻，和更好的空间适应性，因此，不仅可制成很长的线性阵列传感器.而且还可制成均匀紧贴舰体的共形传感器，这就为FOVH布设在设备空间狭小的中小型舰船、潜艇、无人潜航器提供了良好的工程可行性。

此外，上述工程优势，使得FOVH在石油、天然气等资源勘探中获得了军事反潜应用的广阔前景。 用FOVH采集地震波信号,经过信号处理可以得到待测区域的资源分布信息。用于海洋勘探时,FOVH可以布放在海底。用于陆地勘探时,FOVH可以吊放到高温高压的勘测井中,或埋到沙漠中的沙子底下。比如美国基于光纤水听器的钻孔成像系统,就可以勘探地下石油或天然气。


国外光纤矢量水听器的研究和应用发展

西方发达国家（矢量）光纤水听器的研究和发展，已经渐入佳境。各国国防和研究部门为此投入了大量的经费和科研实力，将FOVH进行工程化。表1 为各国研究机构的列表：
表1 发达国家光纤矢量水听器研发部门



如果说,在声压矢量水听器方面,美国和苏联并驾齐驱,互有短长,那么在光纤矢量水听器领域,只能说美国是处于一枝独秀的领先地位，已经将其他国家远远甩在后面。

岔一句，兵器迷老说美国是帝范儿，绝对是崇洋不媚外。碳纤维、钛合金、铼、卫星、发动机、无人机…你说哪方面美国不占领先优势？他犯过错误，打过败仗。但世界第一，依然是妥妥的。你就是恨的牙根痒，也得承认这一点。你要是想超过他，顶要紧的就是跟他学。

只要是有志气的中国军工人，眼睛里就有美国这样的目标，而且，只有美国。

书归正传。美国人的FOVH研究脉络大体如下：

1976年: 美国海军研究实验室Bucaro等人发表了第一篇有关光纤水听器的论文，演示了一套基于光纤技术的水声传感系统，这是首次对光纤水听器进行探索性的研究。

1980年：成功地进行了“玻璃板(Cqassboard)”塑料心轴型光纤水听器试验。

1981年：封装第一个“黄铜板(BrassY )”光纤水听器。

1982年7月：进行光纤水听器的第一次海上试验，在巴哈马群岛部署为海军流动噪声驳船(MONOB)系统的噪声监测装置开发的塑料心轴型光纤水听器。试验结果证实了光纤水听器低于海况零（即零级海况）的噪声特性。

1983～1986年期间，美国海军实验室进行了多次拖曳阵列海上演示，其中包括心轴型光纤水听器。

1987年：成功地进行了两次拖曳光缆试验和一次声纳阵列试验(10单元水听器)。试验和海军研究实验室进行的8单元频分复用(FDM)实验共同确定了全光拖曳阵列计划的询问方法。同年，美国Gould公司海事系统分公司获得了美国海上系统司令部价值1300万美元的全光拖曳阵列合同

1988年全光拖曳阵列在海上试验中取得很大成功。6月，美国海军研究实验室制订出潜艇用“光纤水听器系统标准”。

1990年代，美国国防部把光纤海底监视系统作为22项关键技术之一。美国1986-1990财年用于光纤反潜战的技术预算达到8000万美元，绝大部分用在光纤水听器上。

1990年6月，Litton制导和控制公司根据与海军研究实验室签定的合同，制作出两个基于心轴型迈克尔逊干涉仪结构的水听器、—个光纤船体穿透器和光电子子系统，装在668级攻击潜艇上，并进行了首次演示，水听器的工作带宽为64Hz~50kHz。之后，光纤水听器平面阵列将安装在海狼级(SSN一21级)和其它新型攻击潜艇上。

1990年4月.美国海军研究实验室在格陵兰Kap Eiler Rasmussen附近的Independence峡湾出海口，用两个水听器测量海岸坚冰下的环境噪声.获得了北极寂静噪声数据。该系统在北极9天的测试期间工作正常，水听器在500Hz时的噪声电平低于零级海况26dB，系统背景噪声低于零级海况33dB。

2000 年,美国利通资源勘探仪器公司研制成功96阵元全光光纤水听器系统,应用于海洋、陆地石油、天然气勘探.

2001 年,美国海军与利通资源勘探仪器公司签订基于光纤水听器的远程供电全光固定分布式系统(RP FDS2C) 开发合同。

2003年，美国弗吉尼亚级核潜艇安装了2700个光纤水听器阵元的全光水听器阵列声呐

近年来，美国海军研究实验室把主攻方向集中在三个方面：第一.中频工作的声透明薄型大面积(3OSmm×305mm)水听器和高频工作的小面积平面水听器，用于海底声监测的宽带(1Hz~50kHz)、高灵敏度(在整个频带内低于零级海况10dB)且能工作于浅海和深海的光纤水听器。
“千呼万唤始出来”，兵器迷唠叨这半天，我们今天的主角，光纤水听器，终于该露面了。

预知后事如何，且听下回——《光纤水听器》分解。

注：所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：
《声矢量传感器研究进展》
《光纤矢量水听器原理与应用》
《光纤矢量水听器研究进展》
《声学学报》
本文同时引用了公开论文《光纤矢量水听器研究进展》中的图片在此一并致谢
更多文章，请见个人博客
http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_1455885643_0_1.html

静里水声何处觅，流光暗影锁真机
——浅谈反潜新兵光纤水听器的发展.下篇
中篇谈了FOVH的原理与西方特别是美帝的研究与应用情况。

有朋友催兵器迷了：抖包袱、打埋伏都有限度。酒过三巡菜过五味了，最要紧咱中国的事儿,咋总不提呢?

好,咱们这就——上硬菜!

中国压电矢量水听器：

众所周知，中国的声呐技术，乃至整个水声技术，一直是一个短板。以压电矢量水听器来说，研究工作从1990年代才开始——对比美苏，这个起点，落后了至少20年。

中国哈尔滨工程大学、西北工业大学、中船重工715所和中科院声学所，是当时研究压电矢量水听器的主力军。有关声压梯度水听器和双水听器声强测量等研究工作同步展开。应当指出的是，在中苏关系正常化之后，以及中俄友好关系提升之后，中国通过对俄技术引进，全面展开了压电矢量水听器的工程应用研究。

以外场实验为标准，真正深入的研究工作要更晚，大约开始研究的时间在1998年。在这一年，中国进行了最早的关于声矢量传感器技术的外场实验：吉林松花湖实验。在这之后又进行了2000年的辽宁大连海试，2002年的北京密云水库实验，2003年的东海、南海声矢量传感器线阵实验。

中国FOVH光纤矢量水听器：

中国光纤矢量水听器的研究工作始于1986-1990年的“七五”计划期间,并在“八五”、“九五”和后续计划期间列入研究计划。中国FOVH的主要研究机构有：
-    国防科大长沙光电科学与工程学院
-    中国科学院声学研究所
-    声场声信息国家重点实验室

1996年，是中国FOVH发展的分水岭，中国将海洋领域纳入863计划，在南海建成了国家级海洋声学研究基地，海洋监测高技术领域从此走上了发展正轨，从实验室原理性研究到现场水域试验,都取得了一定的进展。

历经近二十年的大规模投入和持续跟踪、引进、消化、研究和实验，中国光纤矢量水听器技术在2001-2005年的“十五”计划后期，终于在关键性技术和（试）应用上开始获得突破性进展。

2002年8月，进行了中国首次光纤水听器阵列的海上试验。

据公开论文报道：

2003年7月，国防科大研制的光纤矢量水听器，在中船重工715所水声一级计量站进行了一维光纤矢量水听器的灵敏度及指向性测试，测试声压灵敏度达到-140dB，指向性为“8”字指向性，串扰小于-20dB。利用锐化技术应进目标方位估计,较准确地估算了目标船的方位角，并对海洋声场的矢量特性进行了测量。


图1 一维光纤矢量水听器




2003年8月，国防科大研制的四分量三维光纤矢量水听器在青岛外海域进行了海上试验，并成功实现了矢量三维定向和匹配场三维定位。在图1中可以看到，三个维度的三个干涉型光纤加速度计做成一个彼此正交的圆柱体，专业术语为“三维芯轴型推挽式结构”，以减小体积和交叉串扰。
图2 三维光纤矢量水听器结构图



2005年，中国在青岛附近海域布建完成了“水下光纤综合探测系统”项目实验。

2008年4月，国防科大在南海进行了光纤矢量水听器的相关海上试验, 测试方向精度：优于5°（信噪比>3dB），工作水深可达500米。如图3和图4。

图3：三维矢量光纤传感头封装实物图，左图为封装前，右图为封装后。


图4三维光纤矢量水听器南海海上试验现场




2009年4月，“中国科学院声学研究所南海声学与海洋综合观测实验站”正式在海南陵水成立。至此，中国国的水声学研究，形成了中科院声学所北京本部，加东海站、北海站和南海站三个濒海研究平台的1+3格局。

2009年10月，海南陵水基地开始布放“863”重点项目“岸基光纤线列阵水声综合探测系统”。

2010年1月，863重点项目“岸基光纤线列阵水声综合探测系统”在南海多个关键海域成功布放完毕。

2011年，中科院在陵水站建设9600平方米的“南海海洋技术与系统试验研究基地”（一期）。同年，科技部在距陵水基地岸边100公里处，布放了第二套岸基光纤探测系统。

2012年, 科技部依托陵水基地建设中国首个“南海海底观测网试验系统”。同年,年国务院50号文令：在海南陵水建设海底观测网系统。

2013年5月13日，《中国科学报》报道，南海海洋所联合沈阳自动化所和声学研究所共同完成的中国第一个海底观测系统得到第一批数据。海底观测示范系统由岸基站、2km长的光电缆、基于自主技术的1个主接驳盒和1个次接驳盒、3套观测设备、1个声学网关节点与3个观测节点构成，并具有扩展功能，岸基站提供10kv高压直流电，接驳盒布放在20m水深的海底。

2014年5月11日,中科院南海海洋研究所网站报道，随着海底观测数据在屏幕上的实时显示，标志中国首个水下监视系统和海底观测系统建成。

图5： 海底监测数据实时显示


2012年，第八届国防电子展上，中国电子信息产业集团公司、国防科技大学、湖南光纤传感技术工程实验室，联合展出了国产光纤水听器的模型。

2014年，第九届国防电子展上中国电子信息产业集团公司和北京神州普惠科技股份有限公司联合展出了过程光纤水听器和FOVH阵元实物。至此，国产FOVH终于公开在世人的眼前。从报道看，中国的FOVH研发团队基于动态匹配的大容差光学均衡阵列设计与组装创新技术、光纤水听器阵列数据采集与信号处理技术、声全息测量技术、声聚焦技术、声场预报技术、声学仿真平台技术、声学仿真平台技术，已然渐成体系，让人对国产光纤水声器的发展充满了自豪和期许。
看到国内的进步，自然心里高兴。

可是，还是给大家提个醒：2014年中国投入使用的国产FOVH大多是128阵元的，根据技术要求不同，阵
元间距0.75米-25米。国产FOVH256阵元的产品正在研制中，而美国2000年的产品是96阵元，2003年弗吉尼亚级核潜艇安装的是2700个FOVH的全光水听器阵列声呐舷侧阵。

别嫌兵器迷煞风景——进步是一种事实，差距也是一种事实。如果说前者值得我们欣喜，而后者就更有理由，值得我们格外的尊重。

总结

从中国FOVH的发展历程来，我们读到了一个清晰而重要的词汇：跨越。

从历史上看，1990年代之前，中国水声研究的底子是非常薄的。虽然中国上世纪50年代未，水声学的第一支国家队就组建于三亚，也就是即日后的中科院声学所南海研究站。但是，在声压水声器和传统压电矢量水听器的发展过程都乏善可陈。为什么？

第一：没钱。水声学烧钱，比电商还狠（后面详述）。“新”中国名字好听，从装备上，实际是个旧穷国。别说大面积反潜侦听网，就是拖曳声呐都是天鹅肉。好歹有个船壳声呐就很高科技了。一艘大舰相当于一个步兵师，传统的中国大陆军哪有那么多钱往水里砸。日本靠美国了。欧洲有无限制潜艇战的历史，知道反潜的重要性，但水声学的发展比美国差远了，主要问题也是钱。

第二：潜艇曾经不是主要威胁。很长一段时间内，中国面临的海上威胁主要来自美蒋的飞机——比如PV2每月2次，最远一直飞到哈尔滨侦查完再飞回台湾都拦不住。到1961年10月，累计大陆拦截400多架次无战果。其次是军舰，1950年代台湾的军舰一直有效封锁中国东部沿海，有兴趣的网友可以去查查1955年的台山列岛海战，国共的战果一边倒到什么程度（两边的材料都要看啊，特别是那边）。至于反潜，大陆海军被击沉击伤的舰艇不少，可有一艘是损于敌方潜艇？兵器迷没查到。后面的威胁就是北约都忌惮的苏联的坦克狂飙和战术核武器了。谁还有工夫理会躲躲藏藏的潜艇？

第三：反潜技术本身效果有限。无须赘述黄海和东海的复杂浅水环境噪声影响水听器的效果，很长一段时间，反潜效果最佳的武器还是潜艇本身。至于拖曳声呐，太大太沉——80年代中国引进法国的SS12，拖曳距离才200米，探测距离才16海哩，甲板重量却有4吨。况且，30年前中国舰艇的柴油机那轰鸣的低频噪声，装上啥声呐也白搭啊。就算是反潜第一大户美国，远有埃及老式柴电潜艇，近有瑞典哥特兰、中国宋改，都破了美国的反潜网。

需求不急迫，花钱不知底，效果不理想。穷人出身的中国水声研究步子，快得了吗？在这种情况下，反潜声呐装备，特别是拖曳声呐装备的发展，也就失去了技术基础，成为无源之水。这也是为什么美日嘲笑中国反潜能力数十年没有实质性改善的根本原因。

然而，时移世易。

随着中国中国海外贸易的发展，海上运输安全日益重要。中国海军防空反舰能力的提高，包括航母和核潜艇在内的大中型舰艇走向深蓝的步伐也在加快，这些都大大增加了我方面临敌方潜艇的几率。

同时，潜艇降噪技术发展造成了需求的变化。过去，潜艇的辐射噪声主要在高频。因此，探测潜艇噪声的声呐基阵的尺寸可以做的很小。浮漂声呐和吊放声呐就大致可以对付。但是21世纪以来，潜艇的降噪技术使得高频噪声大幅度减弱，因此主要辐射噪声在低频。而探测低频大波长噪声，声呐换能基阵的尺寸就要相应增大。因此，中国海军对声呐阵列如拖曳声呐、大型固定阵列的战术需求日益增高。

所幸的是，中国在水声器件方面薄弱的局面，在1990年代，终于迎来了一个翻身的转机。

一方面，如前文所述，在1990年代中苏关系正常化之后，中国有机会师从苏俄的水声技术。从而在基础理论、实验方法和数据处理、数据分析得到全面提升。另一方面，在矢量水听器的工程实现上，中国又可以绕过苏美电器件时代的很多坎坷，直接利用当时开始大规模应用的光纤传输、光传感器技术，集中精力发展光器件时代的水听器。

兵器迷之所以前面絮絮叨叨的介绍基础理论，目的就是让大家看出来：其实光纤水听器在水声探测的理论上，其实并没有全新的突破。光技术对水声探测的主要贡献，是在工程层面上，用全新的技术手段，去解决机电技术水声传感和声纳数据传输无法实现的高效率、一体化难题,同时大幅度提升系统的可靠性,降低制造、使用和维护的总成本。***ZIBAO兄所说，模（拟）改数（字），硬（件）改软（件）、机（械）改电（子），电（气）改光（纤）——原理依旧，手段大变。

幸运的是，中国从继承传统理论和使用现代技术这两个方面抓住了机会，从而“弯道超车”，实现了中国矢量水声器的光纤化，从而缩小了与世界先进水平的差距。

跨越式发展的例子很多，中国相控阵雷达技术——有源体制超越无源体制的发展，中国通信交换技术——程控式交换超越纵横制交换的发展，中国陀螺仪技术——光纤体制超越机电体制，都是实例。发展中国家作为现代工业的后来者，能否实现跨越式发展，在于能否充分利用成熟理论补课的同时，抓住新技术发展的契机，并将二者加以结合。中国军工近年来的跨越式进步层出不穷，FOVH为这样的发展模式提供了一个很好的样例。

反观苏俄，在传统水声技术和工程上与美国本来是伯仲之间的事。然而在1990年代的苏联解体和其后十几年的经济困顿中，误了光通信这班车。虽然普京执政后逐渐开始恢复元气，但依旧在FOVH的发展上慢了一步。昔日的矢量水声学开山大师，现在已经被美国甩在了后面。

中国的一追一赶，苏俄的一停一顿，进退交错的对比之下，真是让人百感交集。

当然，跨越式发展，也是有局限的，看着别人走过的道超越，达到别人的80%，最多能勉强赶上别人。再想超近道就难了。因为，根本就没道了。有别人也不告诉咱。理论功底基础研究这时候就很重要了。理论先进一分，算法先进一分，工程上略施手段，进步一代半代都是可能的。基础落后，再大的能耐也就是仿得快。从这个角度讲，俄罗斯如果完全缓过来，比我们进步更快。

深一步聊：跨越式发展，说起来轻松，做起来又谈何容易。技术上要追赶，工程上要追赶，都有一个必不可少的条件。

对了。就是资金。

美国1990年代中期，五年用了8000万美元在光纤反潜上。从1988年初开始，美国用于发现低噪声柴电潜艇的近岸固定水声监视系统FDS耗资超过11亿美元。中国现在呢，更是没少花，《中国科学报》载文，2011年中科院投资的第二套岸基光纤探测系统，4000万人民币；同年陵水站“南海海洋技术与系统试验研究基地”，仅仅第一期就是7800万人民币；2012年, 科技部建的中国首个“南海海底观测网试验系统”，也是第一期，投资2.5亿元人民币。——用网络语言说，蛮拼的。

以前有句话，说“有钱不能打水漂”。可现在，为了光纤水声技术，白花花的银子，真正是大把大把往水里倒。为嘛？金钱换时间啊。

再往深一步想，为什么国家肯于往这里面投资？

这位说，有钱了呗。

也对。

不过中国人多底薄，再多的钱，也要有所选择。为什么选择了水声这一块？

窃以为，这从一个很小的侧面，反映出中国的发展战略已经发生了根本性的转折——中国正在从陆权时代加速进入海权时代。

什么是海权时代？

就是国家的力量、民族的利益、军力的发展、争端的起源和舆论的焦点，更多的集中在海洋而不是陆地。中国现在的贸易依存海洋，中国未来的发展依赖海洋，因此中国从此的战场就在海洋。

从水听器的角度看，我们看看美国的海权时代意味着什么：

美国从上世纪60年代起，针对苏联的潜艇在本土东西两侧的大西洋和太平洋建设固定式海洋水声监视系统，每个方向由多达三条深水水听器阵列组成，电缆总长度超过3万海里。在太平洋方的三条警戒线分别是：第一条由俄罗斯的堪察加外海经日本列岛向南延伸到菲律宾和马六甲海峡——这就是第一岛链的反潜水声器监听链，第二条由阿留申群岛到夏威夷群岛，第三条设在美国西海岸大陆架200海里外。2006年美国通过了由近海、区域、全球三大海底观测系统组成的“海洋观测计划”（OOI）。该计划于2009开始建设，计划使用30年。其中最为重要的是区域性海底观测网，即东北太平洋的加拿大“海王星”（NEPTUNE）计划，能将上千个海底观测设备联网。加拿大的NEPTUNE海底观测网已于2009年12月8日建成，目前有6个基站，海缆长度达800千米。

中国艰难沉重地开始由陆向海时，已经被美日韩台菲的第一岛链封锁了半个多世纪。近年来我们遇到的所有海上争端，似乎都让人听到，一个囚徒试图奋力挣脱这条锁链时发出的，类似金属碰撞般的铿锵作响。

国内某知名的外交学者说: “第一岛链只有想象概念，把地理上一些稀疏的小岛说是对中国的封锁完全是耸人听闻”。呵呵，兵器迷觉得，这样的言论，Too simple, sometimes naïve.

扯远了。

在本系列文章的最后，让我们再次把目光投向暗流涌动的南中国海。中国为什么在南海而不是其他地方，接连建立第一套、第二套岸基光纤探测系统，以及中国首个水下监视系统和海底观测系统？为什么陵水基地近年来，各种军民两用水声项目应接不暇？（这里边有真功夫，也有凑热闹，还有空手套白狼的，热闹非凡啊，呵呵。）

第一：中国黄海的平均水深只有30-40米，东海的平均水深是340米，南海的平均水深为1212米，这对工作深度500米的FOVH实验具有重要的意义（大型拖曳声呐阵列的最大倾斜入海工作深度也是500米）。

另：有消息说中国已经在第一岛链内侧已经设置了反潜侦听网，兵器迷存疑：从公开技术文献看，中国光纤水听器的技术进展没那么快。部分军港的保护性侦听网估计是有的，但如果整个第一岛链布设，这么大阵仗美日能没反应？至少公开资料中，美国认为中国只在南海有稍大规模的反潜侦查网。

第二：比较黄海和东海，南海海域广大，是中国海军陆基防空力量无法完全覆盖的海域，却是美国海军核潜艇能够大显身手的区域。二者叠加，对我方舰艇在这个海域的作战行动构成了更大的威胁。特别是考虑到解放军三亚新型核潜艇基地以及巨浪-2南海发射阵地的安全，上述威胁对中国海基战略核反击力量构成了不可忽视的严峻考验。更不要说未来三亚基地还承接着中国航母母港的潜在需求。这个海域的反潜作战需求之高就更加确定无疑。

第三：南海是中国贸易运输要道，特别是能源运输的最大线路，而美国和东盟各国的潜艇力量一直在此持续活跃。保障这一区域的畅通安全，是中国近海海洋权益的最大体现。

因此，在南海率先部署FOVH阵列水声探测系统，既是科研实验的需要，也是经济利益的需要，更是军事准备的需要。

今年简氏防务周刊报道中国居然能够在排水量1400吨的056轻护卫上部署小型拖曳声呐，探测距离远超压传统小型压电式拖曳声呐，足见中国反潜装备小型化的进步之快。2014年，中国新制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2012-2030年）》明确将海底观测系统列为16项将建设的重大科学工程的首位。

看见没，2030年见。好好活着吧——“谁活着，谁就看得见”（萨拉热窝的瓦尔特曾这样说）。

中国FOVH的科研和工程实践表明：我们在可见的将来，将有能力部署最大探测距离超过1000公里的，与海岸观通系统、舰船观测系统、空中预警系统、卫星监视系统完整整合的水下监视和海底观测系统。并可以将FOVH的应用范围，扩大到警戒声纳、拖曳线列阵声纳、舷侧阵共形阵声纳、水雷声引信、鱼雷探测声纳、多基地声纳、水下潜航器的导航定位、分布式传感器网络等。大中型船艇用拖曳声呐的探测距离，有望超过100公里达到150公里的水平。光纤矢量水听器对中国海军反潜能力提升的重要性，是无论怎样估计都不过分的。

中国光纤反潜技术的跨越式发展，从一个侧面反映出中国海军反潜能力快速提高的趋势，这块刺眼的短板，将有望在10-15年内被持续加长。回顾和展望这样的发展历程，让我们有理由对“密歇根”号艇长本杰明·皮尔森的“南海东海后院”论，给出这样的评论：

在昨天，这的确是一个事实；在今天，这或许是一个疑问；在明天，这将只能是一个笑话。

愿这样的明天，早日到来。

静里水声何处觅，流光暗影锁真机


注：所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：
《声矢量传感器研究进展》
《光纤矢量水听器原理与应用》
《光纤矢量水听器研究进展》
《声学学报》
本文同时引用了公开论文《光纤矢量水听器研究进展》中的图片在此一并致谢
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转帖：作者:兵器迷的天空



静里水声何处觅，流光暗影锁真机（上）——浅谈反潜新兵光纤水听器的发展.上篇




2014年9月11日,根据英国《简氏防务周刊》网站报道，美国海军“俄亥俄”级巡航导弹核潜艇“密歇根”号（SSGN 727）指挥官本杰明·皮尔森8月12日曾对一组前来参观的记者说，“密歇根”号在2013年年底就被部署到了亚太地区，并在东海、南海和菲律宾海执行了任务。出于作战安全考虑，他拒绝透露细节，但皮尔森称这些海域“就像我们的后院”。

此话一出，引起了很多军迷对中国反潜能力的担忧。

众所周知，中国海军的传统长项是反舰，以鹰击系列为代表的各种舰（潜）载和机载反舰导弹，林林总总，层出不穷，很早就与世界先进水平一搏短长。更不要说DF21-D陆基反舰导弹的独门绝技，傲视全球。而随着HHQ-9，HHQ-16和FL-3000系列所组成的远中近多层次舰空导弹的广泛装备，海军区域-点防空能力的快速进步，也让人倍感欣慰。随着052D的出现，海基的陆攻、反导、反卫星能力的空白也逐渐开始被填补，为军迷带来了更多的惊喜。

相比之下，反潜能力，成为目前中国海军最大、也是最重要的一块短板。特别是在周边国家大量装备静音潜艇的情况下，这块短板更显得格外刺眼。不要说美国，就是日本，也一直都在公开嘲笑中国的反潜能力。

所以，我们今天的话题，就是围绕着与反潜声呐技术密切相关的一个领域展开——光纤水听器。

兵器迷咽口唾沫，这个话题，真不好讲啊。流体力学巨难，水声学更是高大上。业余苦读了一阵，还是连一知半解都算不上，再给大家讲什么原理，那真叫不靠谱啊。

但只讲应用，完全不介绍原理，不是咱的风格。况且如果不对原理稍加解释，就很难看出应用的奥妙。帖子写完，犹豫了很久。硬着头皮上吧，也许能引出真正的专家，点评一二，就是咱的福气了。各位拍砖吧，俺顶着锅呢。

一 水听器的ABC

大家知道，对空、对地侦查的各种技术，其信息传递的无线载体，主要是各种电磁波（包括红外、紫外、可见光、微波、激光和各种无线电波）。而在水中，电磁波的传播损耗却非常大，有效传播距离大受影响。最直观的是可见光，无论阳光多么灿烂，在海平面200米以下就完全漆黑一片了。科学测量表明，电磁波在水中的传输损耗比声波约高3个数量级。也就是说,以功率计算，二者相差30dB；以幅值计算，二者相差达60dB。因而电磁波很难成为水下远距离信息传递的有效手段。迄今为止,声波依然是海洋中远距离传输的最有效载体。很自然的，水声学也就成为反潜探测技术最重要的研究领域之一。

1 压电式水听器

水听器，就是通过接收声波对水下目标进行探测、定位与识别的传感器，是水声学最重要的声学测量仪器。传统水听器一般都是压电式水听器，即在水下的设备前端有一个压电传感器。如果潜艇经过某水域，引起水的振动，并通过声波传递开来，压电传感器感受到这样的声波压力，就将压力信号转变为电信号，并通过电缆传递到飞机或者舰艇的信号处理平台，进行信号处理。根据上述原理，它也被称为“声压”水声器。

压电水听器，在数十年的实际运用中得到很大的发展，同时也暴露出很多问题，主要有三个。

第一个问题：“左右舷模糊”

这位晕倒：兵器迷，打住！ “左右舷模糊”？我听得左右脑袋都模糊了！

客官莫急，容俺细细回禀。

首先，水听器一般可以分为无指向性和有指向性两大类. 无指向性指的是水听器对来自于声场空间各方向的声波具有相同的响应,不存在空间选择性；而有指向性，意思是水听器只对空间某些特定方向的声波有响应。直到上个世纪末，大多数声纳系统，包括浮漂声呐和水下拖曳声阵的水听器，基本上都是无指向性的压电传感器。这种传感器组成的单线阵声呐的波束具有圆锥对称性，所以无法判断目标方位指向在舰艇的哪一侧，这就是所谓的“左右舷”模糊问题。

只知道有潜艇，但不知道在反潜测量船的左边还是右边，这样的反潜探测当然大打折扣。

办法呢？有了。

既然单线阵分不清左船舷，那就采用双线阵。双线阵不仅具有轴向孔径，而且沿着阵的法向（横向）也具有横向孔径。因此，利用两根线阵各自指向目标波束的时延差即可判断目标的左右舷。

别高兴太早，刚刚解决了老问题，新问题又来了——兵器迷的帖子，拐弯抹角是少不了的，呵呵。

第二个问题：重量过大，维护困难

拖曳声呐的战术型阵列长100米左右，供战术反潜使用，拖曳最大航速可达30节；监视型阵长1000米左右（美国双体水声探测船拖曳线列阵长度高达1800米)。这样长的拖曳声呐阵列需要布置水下电子元件，还要提供双线阵的信道复用和数据传输电缆和供电电缆，因而价格昂贵,重量较大，维护成本高。如果水下密封出现问题，将导致水下电子设备失效，影响探测效果。

比如美国西屋电气公司、古尔德公司和通用电气公司协作研制的的AN/SQR-19拖曳声纳，1985年交付使用。它承担了大范围远距离初始探测潜艇的任务，并引导舰载反潜直升机SH-60B飞往目标区域，使用机载探潜设备对潜艇实施精确定位。全系统由水下系统和舰载电子设备两部分组成。其水下系统包括线列阵和1700米长的拖缆。线列阵由8个声学组件、3个隔振组件、1个遥测驱动组件和尾部稳定结构件组成。在8个声学组件中，有4个低频、3个中频和1个高频声组件。每一组件长12米，由48个等间距的水听器构成。水听器基阵内设有前放、滤波、多路复合、数/模变换等电子器件以及监测基阵方向、深度和环境温度的传感器。遥测驱动组件是用遥测发送器，把基阵采集的数据经电缆送舰上处理，并接收舰上的指令。仅仅后甲板收放线列阵的操纵设备，就重达7620公斤，中小型舰艇的安装和操纵大型拖曳声呐的困难可见一斑。

第三个问题：压电水听器得到的声场信息不完整

目前广泛应用的压电式声压水听器，只能得到声场的声压标量。

流体力学告诉我们，在流体类连续介质（如海水）中，任意一点附近的运动状态可用压强、密度及流体运动速度表述。相对应的，描述声场的声学量声压、压缩量和质点振速，都是时间和空间的函数。其中，声压为标量（标量，英文scalar，亦称“无向量”，即只有数值大小或幅值高低，而没有方向的物理量。比如质量、密度），质点振速为矢量（矢量，英文vector,既有大小又有方向的物理量，在数学中称作向量。比如速度、力）。标量信息和矢量信息二者合起来才是声场的完整信息。而压电式水听器只能测量声压标量信息，单纯声压信息处理系统也只能分析这样的不完整信息，因此反潜目标测量的能力受限。

这位问了，能不能设计同时测量标量信息和矢量信息的水听器呢？

您说得对。这就是——

2 矢量水听器

矢量水听器作为一种新型的水声测量设备, 采用组合传感器，不但可以测量声场中最常见的标量物理量———声压,而且还可以直接和同步测量声场同一点处流体介质质点的振速矢量。系统后端，则采用联合信息处理系统进行目标方位的声压、振速联合估计。矢量水听器对各向同性噪声的抗相干干扰能力和线谱检测能力大幅度提高，并可实现远场多目标的识别等。

1950年代中期,美国学者发表了有关使用惯性传感器直接测量水中质点振速的经典论文。但是此后很长时间，矢量声学基本停滞在概念层面。

在矢量水听器的理论研究方面，真正具有突破性的先驱者，应当说是苏联学者。

1970-80年代，苏联研制成功了声矢量传感器开展海洋环境噪声研究，但仅仅是实验室研究阶段，而且依然是冷门，研究既缺乏体系化的理论，更缺乏有实质意义的工程应用。幸运之神对苏联科学家的锲而不舍发出微笑是在1989年，苏联出版了世界上第一部声矢量传感技术的专著《声学矢量-相位方法》，真正全面的论述了声矢量传感器技术的原理和应用。2003年又出版了《海洋矢量声学》，提出了基于声矢量传感器的海上实验、数据处理以及理论分析等一整套方法，声矢量传感器技术研究和应用热潮终于逐渐兴起。

理论上苏联一马当先，而矢量水听器在工程应用方面，应当说美苏是并驾齐驱。

苏联：在1980年代开始研制拖曳矢量线列阵声纳，先后有БГА11-9-17/5、БГА10-4、БГА5-3/2、БГА24-9-6/4等型号的矢量线列阵。俄罗斯的矢量水听器在海岸预警声纳、海洋环境噪声测量和水雷引信等方面得到应用。

美国：1970年代，矢量水听器成功应用于远程浮标声纳AN/SSQ-53系统和DIFAR定向浮标中，以及拖曳声阵SURTASS。目前美国的研究主要集中在新型矢量传感器、矢量舷侧阵声纳、矢量舰壳声纳以及矢量水雷声引信方面，开发了矢量信号处理专用的DSP模块。
矢量水听器当然好。人们可以将声压水听器经过改进成为声压矢量水听器。不过，这对水下传感器提出了更高的要求。工程测量上一般来说，在同一环境中，探测矢量比探测标量难得多。何况电子元器件在数百米深海的环境中，要达到测量声场矢量所需要的高灵敏度，工作参数要非常稳定,对材料、结构和制作工艺的要求也极高。不是美苏这样的工业强国和海洋工程强国，就很难达到这样的水准。因此，矢量水听器的大规模工程应用也受到了诸多限制。

测量参数越来越多-传感器越来越多-声线阵越来越大-设备越来越贵，怎么办呢？

“千呼万唤始出来”，兵器迷唠叨这半天，我们今天的主角，光纤水听器，终于该露面了。

预知后事如何，且听下回——《光纤水听器》分解。

注：所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：
《声矢量传感器研究进展》
《光纤矢量水听器原理与应用》
《光纤矢量水听器研究进展》
《声学学报》

本文同时引用了公开论文《光纤矢量水听器研究进展》中的图片在此一并致谢

静里水声何处觅，流光暗影锁真机
——浅谈反潜新兵光纤水听器的发展.中篇



上篇介绍了声压水听器和矢量水听器的原理和特点，前者性能缺失，后者费用昂贵。光纤矢量水听器可以有效解决二者的问题，这一篇我们就来谈谈——

光纤矢量水听器

光纤矢量水听器(英文 fiber optic vector hydrophone, 以下简称FOVH)是一种新型水声探测器，顾名思义，它可以像压电矢量水听器一样，在一个点上的测量信号中，就同时包含了声场的标量信息和三维矢量信息，同时又采用了光器件，通过高灵敏度的光学相干检测，将声波振速信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统提取声波信息，且FOVH克服了压电矢量水听器的电器件带来的诸多问题。

FOVH根据工作原理细分，有强度型、干涉型和光纤光栅型等。强度型FOVH不需解调装置，信号处理简单，缺点是性能易受到光源强度稳定性的影响，且传感器探头设计复杂，加工难度大。光栅型FOVH因光纤光栅的反射带宽较宽，如不对传感头增敏处理，在用干涉法解调时很难达到要求的信号分辨率，虽然目前仍然是研究热点，但仍未进行工程应用。因此我们在这里，仅介绍发展相对迅速，应用相对广泛的一种：基于光纤干涉仪原理构造的干涉型FOVH。

咱们来看看迈克尔逊光纤干涉仪（Fiber Michelson Interferometer）的工作原理。

有朋友告诉兵器迷，不愿意看枯燥的原理。那您直接飘过这段，看后面就是。

如下图1。



首先，由激光器Laser发出的激光经3dB光纤耦合器（coupler）分为两路：

一路构成光纤干涉仪的信号臂(signal arm)，它绕在一个弹性柱体上。在水下声场，潜艇的振动声波加速度，引起弹性柱体的轴向形变，而轴向形变引起径向形变，造成信号臂光纤的长度发生变化，最终导致光信号产生相位差变化。这个过程称为声波的调制。

另一路则构成参考臂（reference arm）。

两臂的光信号经后端反射膜(mirrors)反射后返回光纤耦合器。由于信号臂的光相位被调制过，与参考臂的光相位有差异，因此二者发生干涉，干涉的光信号经光电探测器(detector)转换为电信号，由信号处理就可以拾取声波的信息。
图1：麦克尔逊光纤干涉仪基本结构图。


喘口气，原理终于讲完了。朋友们也歇口气，看兵器迷的文章，不容易啊。

其实，大家从原理图就可以很容易的理解，相比较压电矢量水听器，FOVH的优点是非常明显的：

高探测灵敏度和高动态范围：FOVH采用光学干涉原理构成。光器件的天然优势，使得FOVH比电器件的自噪声低，灵敏度高。光纤加速度计可检测的最小信号，比传统压电矢量水听器要高2-3 个数量级,这使弱信号，甚至比海洋背景噪声低得多的弱信号探测成为可能。而且测量的动态范围大. 压电水听器的动态范围一般在80-90dB , 而FOVH的动态范围可以到120 —140dB。这对于反潜战斗中探测静音潜艇的战术需求，特别是对海洋背景噪声复杂的东亚浅海海区的反潜作战是极为有利的。

高抗干扰能力：FOVH抗电磁干扰、信号串扰能力强。全光光纤水听器信号传感与传输均以光为载体,在几百兆赫以下的电磁干扰影响几乎可以忽略不计,复用通道信号的串扰也非常小。

适于远距离传输与组阵：光纤传输损耗小, 大约只有0.2dB/km，无串扰，非常适于远距离传输，FOVH采用FDM频分复用、波分复用WDM，及时分复用TDM等技术进行多路复用,非常适合水下阵列的大规模\超大规模组阵，传输距离可达上百甚至上千公里。

更高效的解决左右舷模糊问题：FOVH的每个单向传感单元均具有指向性，而且抑制环境噪声能够达到4.8～6.0dB。全阵列的指向信息经过后端信号系统分析，具有更高的指向精度。因此，FOVH在有效解决声压水听器阵列的左右舷模糊问题的同时，在相同阵增益的情况下可大大减小线阵列的孔径。

可靠性高维护性高：FOVH激光由光源发出,经光纤传输至光纤水听器,并在拾取声信号后再经光纤传回信号处理设备。也就是说，在潮湿阴冷咸度大的海洋深水中（专业术语：湿端）无任何电子器件，无任何电源装置。而且光纤对水密性要求低,耐高温、抗腐蚀，能在恶劣的水下、地下、沙下、油下等自然环境中实现长期稳定工作。光设备器件比电设备器件相比大大简化，探测缆及传输缆皆为轻质细口径光缆,拖曳声呐容易收放，信号传感与传输实现了一体化。所有这些因素，都大大提高系统的可靠性和维护性。FOVH拖曳声呐可以在多年工作期内反复投放而免维护工作，而传统拖曳声呐就必须定期维护，工作量还是很大的。

低工程应用门槛：相比压电矢量水听器，FOVH的光器件构造简单，体积重量小，价格低廉。压电式水听器一个阵元需要几百个电子和光学器件，而FOVH一个阵元只有一个手指大小，为大规模工程奠定了扎实的基础。进一步的，由于FOVH的几何形状适应性大大高于声压水听器，传输光缆也比电缆更细更轻，和更好的空间适应性，因此，不仅可制成很长的线性阵列传感器.而且还可制成均匀紧贴舰体的共形传感器，这就为FOVH布设在设备空间狭小的中小型舰船、潜艇、无人潜航器提供了良好的工程可行性。

此外，上述工程优势，使得FOVH在石油、天然气等资源勘探中获得了军事反潜应用的广阔前景。 用FOVH采集地震波信号,经过信号处理可以得到待测区域的资源分布信息。用于海洋勘探时,FOVH可以布放在海底。用于陆地勘探时,FOVH可以吊放到高温高压的勘测井中,或埋到沙漠中的沙子底下。比如美国基于光纤水听器的钻孔成像系统,就可以勘探地下石油或天然气。


国外光纤矢量水听器的研究和应用发展

西方发达国家（矢量）光纤水听器的研究和发展，已经渐入佳境。各国国防和研究部门为此投入了大量的经费和科研实力，将FOVH进行工程化。表1 为各国研究机构的列表：
表1 发达国家光纤矢量水听器研发部门



如果说,在声压矢量水听器方面,美国和苏联并驾齐驱,互有短长,那么在光纤矢量水听器领域,只能说美国是处于一枝独秀的领先地位，已经将其他国家远远甩在后面。

岔一句，兵器迷老说美国是帝范儿，绝对是崇洋不媚外。碳纤维、钛合金、铼、卫星、发动机、无人机…你说哪方面美国不占领先优势？他犯过错误，打过败仗。但世界第一，依然是妥妥的。你就是恨的牙根痒，也得承认这一点。你要是想超过他，顶要紧的就是跟他学。

只要是有志气的中国军工人，眼睛里就有美国这样的目标，而且，只有美国。

书归正传。美国人的FOVH研究脉络大体如下：

1976年: 美国海军研究实验室Bucaro等人发表了第一篇有关光纤水听器的论文，演示了一套基于光纤技术的水声传感系统，这是首次对光纤水听器进行探索性的研究。

1980年：成功地进行了“玻璃板(Cqassboard)”塑料心轴型光纤水听器试验。

1981年：封装第一个“黄铜板(BrassY )”光纤水听器。

1982年7月：进行光纤水听器的第一次海上试验，在巴哈马群岛部署为海军流动噪声驳船(MONOB)系统的噪声监测装置开发的塑料心轴型光纤水听器。试验结果证实了光纤水听器低于海况零（即零级海况）的噪声特性。

1983～1986年期间，美国海军实验室进行了多次拖曳阵列海上演示，其中包括心轴型光纤水听器。

1987年：成功地进行了两次拖曳光缆试验和一次声纳阵列试验(10单元水听器)。试验和海军研究实验室进行的8单元频分复用(FDM)实验共同确定了全光拖曳阵列计划的询问方法。同年，美国Gould公司海事系统分公司获得了美国海上系统司令部价值1300万美元的全光拖曳阵列合同

1988年全光拖曳阵列在海上试验中取得很大成功。6月，美国海军研究实验室制订出潜艇用“光纤水听器系统标准”。

1990年代，美国国防部把光纤海底监视系统作为22项关键技术之一。美国1986-1990财年用于光纤反潜战的技术预算达到8000万美元，绝大部分用在光纤水听器上。

1990年6月，Litton制导和控制公司根据与海军研究实验室签定的合同，制作出两个基于心轴型迈克尔逊干涉仪结构的水听器、—个光纤船体穿透器和光电子子系统，装在668级攻击潜艇上，并进行了首次演示，水听器的工作带宽为64Hz~50kHz。之后，光纤水听器平面阵列将安装在海狼级(SSN一21级)和其它新型攻击潜艇上。

1990年4月.美国海军研究实验室在格陵兰Kap Eiler Rasmussen附近的Independence峡湾出海口，用两个水听器测量海岸坚冰下的环境噪声.获得了北极寂静噪声数据。该系统在北极9天的测试期间工作正常，水听器在500Hz时的噪声电平低于零级海况26dB，系统背景噪声低于零级海况33dB。

2000 年,美国利通资源勘探仪器公司研制成功96阵元全光光纤水听器系统,应用于海洋、陆地石油、天然气勘探.

2001 年,美国海军与利通资源勘探仪器公司签订基于光纤水听器的远程供电全光固定分布式系统(RP FDS2C) 开发合同。

2003年，美国弗吉尼亚级核潜艇安装了2700个光纤水听器阵元的全光水听器阵列声呐

近年来，美国海军研究实验室把主攻方向集中在三个方面：第一.中频工作的声透明薄型大面积(3OSmm×305mm)水听器和高频工作的小面积平面水听器，用于海底声监测的宽带(1Hz~50kHz)、高灵敏度(在整个频带内低于零级海况10dB)且能工作于浅海和深海的光纤水听器。
“千呼万唤始出来”，兵器迷唠叨这半天，我们今天的主角，光纤水听器，终于该露面了。

预知后事如何，且听下回——《光纤水听器》分解。

注：所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：
《声矢量传感器研究进展》
《光纤矢量水听器原理与应用》
《光纤矢量水听器研究进展》
《声学学报》
本文同时引用了公开论文《光纤矢量水听器研究进展》中的图片在此一并致谢
更多文章，请见个人博客
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静里水声何处觅，流光暗影锁真机
——浅谈反潜新兵光纤水听器的发展.下篇
中篇谈了FOVH的原理与西方特别是美帝的研究与应用情况。

有朋友催兵器迷了：抖包袱、打埋伏都有限度。酒过三巡菜过五味了，最要紧咱中国的事儿,咋总不提呢?

好,咱们这就——上硬菜!

中国压电矢量水听器：

众所周知，中国的声呐技术，乃至整个水声技术，一直是一个短板。以压电矢量水听器来说，研究工作从1990年代才开始——对比美苏，这个起点，落后了至少20年。

中国哈尔滨工程大学、西北工业大学、中船重工715所和中科院声学所，是当时研究压电矢量水听器的主力军。有关声压梯度水听器和双水听器声强测量等研究工作同步展开。应当指出的是，在中苏关系正常化之后，以及中俄友好关系提升之后，中国通过对俄技术引进，全面展开了压电矢量水听器的工程应用研究。

以外场实验为标准，真正深入的研究工作要更晚，大约开始研究的时间在1998年。在这一年，中国进行了最早的关于声矢量传感器技术的外场实验：吉林松花湖实验。在这之后又进行了2000年的辽宁大连海试，2002年的北京密云水库实验，2003年的东海、南海声矢量传感器线阵实验。

中国FOVH光纤矢量水听器：

中国光纤矢量水听器的研究工作始于1986-1990年的“七五”计划期间,并在“八五”、“九五”和后续计划期间列入研究计划。中国FOVH的主要研究机构有：
-    国防科大长沙光电科学与工程学院
-    中国科学院声学研究所
-    声场声信息国家重点实验室

1996年，是中国FOVH发展的分水岭，中国将海洋领域纳入863计划，在南海建成了国家级海洋声学研究基地，海洋监测高技术领域从此走上了发展正轨，从实验室原理性研究到现场水域试验,都取得了一定的进展。

历经近二十年的大规模投入和持续跟踪、引进、消化、研究和实验，中国光纤矢量水听器技术在2001-2005年的“十五”计划后期，终于在关键性技术和（试）应用上开始获得突破性进展。

2002年8月，进行了中国首次光纤水听器阵列的海上试验。

据公开论文报道：

2003年7月，国防科大研制的光纤矢量水听器，在中船重工715所水声一级计量站进行了一维光纤矢量水听器的灵敏度及指向性测试，测试声压灵敏度达到-140dB，指向性为“8”字指向性，串扰小于-20dB。利用锐化技术应进目标方位估计,较准确地估算了目标船的方位角，并对海洋声场的矢量特性进行了测量。


图1 一维光纤矢量水听器




2003年8月，国防科大研制的四分量三维光纤矢量水听器在青岛外海域进行了海上试验，并成功实现了矢量三维定向和匹配场三维定位。在图1中可以看到，三个维度的三个干涉型光纤加速度计做成一个彼此正交的圆柱体，专业术语为“三维芯轴型推挽式结构”，以减小体积和交叉串扰。
图2 三维光纤矢量水听器结构图



2005年，中国在青岛附近海域布建完成了“水下光纤综合探测系统”项目实验。

2008年4月，国防科大在南海进行了光纤矢量水听器的相关海上试验, 测试方向精度：优于5°（信噪比>3dB），工作水深可达500米。如图3和图4。

图3：三维矢量光纤传感头封装实物图，左图为封装前，右图为封装后。


图4三维光纤矢量水听器南海海上试验现场




2009年4月，“中国科学院声学研究所南海声学与海洋综合观测实验站”正式在海南陵水成立。至此，中国国的水声学研究，形成了中科院声学所北京本部，加东海站、北海站和南海站三个濒海研究平台的1+3格局。

2009年10月，海南陵水基地开始布放“863”重点项目“岸基光纤线列阵水声综合探测系统”。

2010年1月，863重点项目“岸基光纤线列阵水声综合探测系统”在南海多个关键海域成功布放完毕。

2011年，中科院在陵水站建设9600平方米的“南海海洋技术与系统试验研究基地”（一期）。同年，科技部在距陵水基地岸边100公里处，布放了第二套岸基光纤探测系统。

2012年, 科技部依托陵水基地建设中国首个“南海海底观测网试验系统”。同年,年国务院50号文令：在海南陵水建设海底观测网系统。

2013年5月13日，《中国科学报》报道，南海海洋所联合沈阳自动化所和声学研究所共同完成的中国第一个海底观测系统得到第一批数据。海底观测示范系统由岸基站、2km长的光电缆、基于自主技术的1个主接驳盒和1个次接驳盒、3套观测设备、1个声学网关节点与3个观测节点构成，并具有扩展功能，岸基站提供10kv高压直流电，接驳盒布放在20m水深的海底。

2014年5月11日,中科院南海海洋研究所网站报道，随着海底观测数据在屏幕上的实时显示，标志中国首个水下监视系统和海底观测系统建成。

图5： 海底监测数据实时显示


2012年，第八届国防电子展上，中国电子信息产业集团公司、国防科技大学、湖南光纤传感技术工程实验室，联合展出了国产光纤水听器的模型。

2014年，第九届国防电子展上中国电子信息产业集团公司和北京神州普惠科技股份有限公司联合展出了过程光纤水听器和FOVH阵元实物。至此，国产FOVH终于公开在世人的眼前。从报道看，中国的FOVH研发团队基于动态匹配的大容差光学均衡阵列设计与组装创新技术、光纤水听器阵列数据采集与信号处理技术、声全息测量技术、声聚焦技术、声场预报技术、声学仿真平台技术、声学仿真平台技术，已然渐成体系，让人对国产光纤水声器的发展充满了自豪和期许。
看到国内的进步，自然心里高兴。

可是，还是给大家提个醒：2014年中国投入使用的国产FOVH大多是128阵元的，根据技术要求不同，阵
元间距0.75米-25米。国产FOVH256阵元的产品正在研制中，而美国2000年的产品是96阵元，2003年弗吉尼亚级核潜艇安装的是2700个FOVH的全光水听器阵列声呐舷侧阵。

别嫌兵器迷煞风景——进步是一种事实，差距也是一种事实。如果说前者值得我们欣喜，而后者就更有理由，值得我们格外的尊重。

总结

从中国FOVH的发展历程来，我们读到了一个清晰而重要的词汇：跨越。

从历史上看，1990年代之前，中国水声研究的底子是非常薄的。虽然中国上世纪50年代未，水声学的第一支国家队就组建于三亚，也就是即日后的中科院声学所南海研究站。但是，在声压水声器和传统压电矢量水听器的发展过程都乏善可陈。为什么？

第一：没钱。水声学烧钱，比电商还狠（后面详述）。“新”中国名字好听，从装备上，实际是个旧穷国。别说大面积反潜侦听网，就是拖曳声呐都是天鹅肉。好歹有个船壳声呐就很高科技了。一艘大舰相当于一个步兵师，传统的中国大陆军哪有那么多钱往水里砸。日本靠美国了。欧洲有无限制潜艇战的历史，知道反潜的重要性，但水声学的发展比美国差远了，主要问题也是钱。

第二：潜艇曾经不是主要威胁。很长一段时间内，中国面临的海上威胁主要来自美蒋的飞机——比如PV2每月2次，最远一直飞到哈尔滨侦查完再飞回台湾都拦不住。到1961年10月，累计大陆拦截400多架次无战果。其次是军舰，1950年代台湾的军舰一直有效封锁中国东部沿海，有兴趣的网友可以去查查1955年的台山列岛海战，国共的战果一边倒到什么程度（两边的材料都要看啊，特别是那边）。至于反潜，大陆海军被击沉击伤的舰艇不少，可有一艘是损于敌方潜艇？兵器迷没查到。后面的威胁就是北约都忌惮的苏联的坦克狂飙和战术核武器了。谁还有工夫理会躲躲藏藏的潜艇？

第三：反潜技术本身效果有限。无须赘述黄海和东海的复杂浅水环境噪声影响水听器的效果，很长一段时间，反潜效果最佳的武器还是潜艇本身。至于拖曳声呐，太大太沉——80年代中国引进法国的SS12，拖曳距离才200米，探测距离才16海哩，甲板重量却有4吨。况且，30年前中国舰艇的柴油机那轰鸣的低频噪声，装上啥声呐也白搭啊。就算是反潜第一大户美国，远有埃及老式柴电潜艇，近有瑞典哥特兰、中国宋改，都破了美国的反潜网。

需求不急迫，花钱不知底，效果不理想。穷人出身的中国水声研究步子，快得了吗？在这种情况下，反潜声呐装备，特别是拖曳声呐装备的发展，也就失去了技术基础，成为无源之水。这也是为什么美日嘲笑中国反潜能力数十年没有实质性改善的根本原因。

然而，时移世易。

随着中国中国海外贸易的发展，海上运输安全日益重要。中国海军防空反舰能力的提高，包括航母和核潜艇在内的大中型舰艇走向深蓝的步伐也在加快，这些都大大增加了我方面临敌方潜艇的几率。

同时，潜艇降噪技术发展造成了需求的变化。过去，潜艇的辐射噪声主要在高频。因此，探测潜艇噪声的声呐基阵的尺寸可以做的很小。浮漂声呐和吊放声呐就大致可以对付。但是21世纪以来，潜艇的降噪技术使得高频噪声大幅度减弱，因此主要辐射噪声在低频。而探测低频大波长噪声，声呐换能基阵的尺寸就要相应增大。因此，中国海军对声呐阵列如拖曳声呐、大型固定阵列的战术需求日益增高。

所幸的是，中国在水声器件方面薄弱的局面，在1990年代，终于迎来了一个翻身的转机。

一方面，如前文所述，在1990年代中苏关系正常化之后，中国有机会师从苏俄的水声技术。从而在基础理论、实验方法和数据处理、数据分析得到全面提升。另一方面，在矢量水听器的工程实现上，中国又可以绕过苏美电器件时代的很多坎坷，直接利用当时开始大规模应用的光纤传输、光传感器技术，集中精力发展光器件时代的水听器。

兵器迷之所以前面絮絮叨叨的介绍基础理论，目的就是让大家看出来：其实光纤水听器在水声探测的理论上，其实并没有全新的突破。光技术对水声探测的主要贡献，是在工程层面上，用全新的技术手段，去解决机电技术水声传感和声纳数据传输无法实现的高效率、一体化难题,同时大幅度提升系统的可靠性,降低制造、使用和维护的总成本。***ZIBAO兄所说，模（拟）改数（字），硬（件）改软（件）、机（械）改电（子），电（气）改光（纤）——原理依旧，手段大变。

幸运的是，中国从继承传统理论和使用现代技术这两个方面抓住了机会，从而“弯道超车”，实现了中国矢量水声器的光纤化，从而缩小了与世界先进水平的差距。

跨越式发展的例子很多，中国相控阵雷达技术——有源体制超越无源体制的发展，中国通信交换技术——程控式交换超越纵横制交换的发展，中国陀螺仪技术——光纤体制超越机电体制，都是实例。发展中国家作为现代工业的后来者，能否实现跨越式发展，在于能否充分利用成熟理论补课的同时，抓住新技术发展的契机，并将二者加以结合。中国军工近年来的跨越式进步层出不穷，FOVH为这样的发展模式提供了一个很好的样例。

反观苏俄，在传统水声技术和工程上与美国本来是伯仲之间的事。然而在1990年代的苏联解体和其后十几年的经济困顿中，误了光通信这班车。虽然普京执政后逐渐开始恢复元气，但依旧在FOVH的发展上慢了一步。昔日的矢量水声学开山大师，现在已经被美国甩在了后面。

中国的一追一赶，苏俄的一停一顿，进退交错的对比之下，真是让人百感交集。

当然，跨越式发展，也是有局限的，看着别人走过的道超越，达到别人的80%，最多能勉强赶上别人。再想超近道就难了。因为，根本就没道了。有别人也不告诉咱。理论功底基础研究这时候就很重要了。理论先进一分，算法先进一分，工程上略施手段，进步一代半代都是可能的。基础落后，再大的能耐也就是仿得快。从这个角度讲，俄罗斯如果完全缓过来，比我们进步更快。

深一步聊：跨越式发展，说起来轻松，做起来又谈何容易。技术上要追赶，工程上要追赶，都有一个必不可少的条件。

对了。就是资金。

美国1990年代中期，五年用了8000万美元在光纤反潜上。从1988年初开始，美国用于发现低噪声柴电潜艇的近岸固定水声监视系统FDS耗资超过11亿美元。中国现在呢，更是没少花，《中国科学报》载文，2011年中科院投资的第二套岸基光纤探测系统，4000万人民币；同年陵水站“南海海洋技术与系统试验研究基地”，仅仅第一期就是7800万人民币；2012年, 科技部建的中国首个“南海海底观测网试验系统”，也是第一期，投资2.5亿元人民币。——用网络语言说，蛮拼的。

以前有句话，说“有钱不能打水漂”。可现在，为了光纤水声技术，白花花的银子，真正是大把大把往水里倒。为嘛？金钱换时间啊。

再往深一步想，为什么国家肯于往这里面投资？

这位说，有钱了呗。

也对。

不过中国人多底薄，再多的钱，也要有所选择。为什么选择了水声这一块？

窃以为，这从一个很小的侧面，反映出中国的发展战略已经发生了根本性的转折——中国正在从陆权时代加速进入海权时代。

什么是海权时代？

就是国家的力量、民族的利益、军力的发展、争端的起源和舆论的焦点，更多的集中在海洋而不是陆地。中国现在的贸易依存海洋，中国未来的发展依赖海洋，因此中国从此的战场就在海洋。

从水听器的角度看，我们看看美国的海权时代意味着什么：

美国从上世纪60年代起，针对苏联的潜艇在本土东西两侧的大西洋和太平洋建设固定式海洋水声监视系统，每个方向由多达三条深水水听器阵列组成，电缆总长度超过3万海里。在太平洋方的三条警戒线分别是：第一条由俄罗斯的堪察加外海经日本列岛向南延伸到菲律宾和马六甲海峡——这就是第一岛链的反潜水声器监听链，第二条由阿留申群岛到夏威夷群岛，第三条设在美国西海岸大陆架200海里外。2006年美国通过了由近海、区域、全球三大海底观测系统组成的“海洋观测计划”（OOI）。该计划于2009开始建设，计划使用30年。其中最为重要的是区域性海底观测网，即东北太平洋的加拿大“海王星”（NEPTUNE）计划，能将上千个海底观测设备联网。加拿大的NEPTUNE海底观测网已于2009年12月8日建成，目前有6个基站，海缆长度达800千米。

中国艰难沉重地开始由陆向海时，已经被美日韩台菲的第一岛链封锁了半个多世纪。近年来我们遇到的所有海上争端，似乎都让人听到，一个囚徒试图奋力挣脱这条锁链时发出的，类似金属碰撞般的铿锵作响。

国内某知名的外交学者说: “第一岛链只有想象概念，把地理上一些稀疏的小岛说是对中国的封锁完全是耸人听闻”。呵呵，兵器迷觉得，这样的言论，Too simple, sometimes naïve.

扯远了。

在本系列文章的最后，让我们再次把目光投向暗流涌动的南中国海。中国为什么在南海而不是其他地方，接连建立第一套、第二套岸基光纤探测系统，以及中国首个水下监视系统和海底观测系统？为什么陵水基地近年来，各种军民两用水声项目应接不暇？（这里边有真功夫，也有凑热闹，还有空手套白狼的，热闹非凡啊，呵呵。）

第一：中国黄海的平均水深只有30-40米，东海的平均水深是340米，南海的平均水深为1212米，这对工作深度500米的FOVH实验具有重要的意义（大型拖曳声呐阵列的最大倾斜入海工作深度也是500米）。

另：有消息说中国已经在第一岛链内侧已经设置了反潜侦听网，兵器迷存疑：从公开技术文献看，中国光纤水听器的技术进展没那么快。部分军港的保护性侦听网估计是有的，但如果整个第一岛链布设，这么大阵仗美日能没反应？至少公开资料中，美国认为中国只在南海有稍大规模的反潜侦查网。

第二：比较黄海和东海，南海海域广大，是中国海军陆基防空力量无法完全覆盖的海域，却是美国海军核潜艇能够大显身手的区域。二者叠加，对我方舰艇在这个海域的作战行动构成了更大的威胁。特别是考虑到解放军三亚新型核潜艇基地以及巨浪-2南海发射阵地的安全，上述威胁对中国海基战略核反击力量构成了不可忽视的严峻考验。更不要说未来三亚基地还承接着中国航母母港的潜在需求。这个海域的反潜作战需求之高就更加确定无疑。

第三：南海是中国贸易运输要道，特别是能源运输的最大线路，而美国和东盟各国的潜艇力量一直在此持续活跃。保障这一区域的畅通安全，是中国近海海洋权益的最大体现。

因此，在南海率先部署FOVH阵列水声探测系统，既是科研实验的需要，也是经济利益的需要，更是军事准备的需要。

今年简氏防务周刊报道中国居然能够在排水量1400吨的056轻护卫上部署小型拖曳声呐，探测距离远超压传统小型压电式拖曳声呐，足见中国反潜装备小型化的进步之快。2014年，中国新制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2012-2030年）》明确将海底观测系统列为16项将建设的重大科学工程的首位。

看见没，2030年见。好好活着吧——“谁活着，谁就看得见”（萨拉热窝的瓦尔特曾这样说）。

中国FOVH的科研和工程实践表明：我们在可见的将来，将有能力部署最大探测距离超过1000公里的，与海岸观通系统、舰船观测系统、空中预警系统、卫星监视系统完整整合的水下监视和海底观测系统。并可以将FOVH的应用范围，扩大到警戒声纳、拖曳线列阵声纳、舷侧阵共形阵声纳、水雷声引信、鱼雷探测声纳、多基地声纳、水下潜航器的导航定位、分布式传感器网络等。大中型船艇用拖曳声呐的探测距离，有望超过100公里达到150公里的水平。光纤矢量水听器对中国海军反潜能力提升的重要性，是无论怎样估计都不过分的。

中国光纤反潜技术的跨越式发展，从一个侧面反映出中国海军反潜能力快速提高的趋势，这块刺眼的短板，将有望在10-15年内被持续加长。回顾和展望这样的发展历程，让我们有理由对“密歇根”号艇长本杰明·皮尔森的“南海东海后院”论，给出这样的评论：

在昨天，这的确是一个事实；在今天，这或许是一个疑问；在明天，这将只能是一个笑话。

愿这样的明天，早日到来。

静里水声何处觅，流光暗影锁真机


注：所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：
《声矢量传感器研究进展》
《光纤矢量水听器原理与应用》
《光纤矢量水听器研究进展》
《声学学报》
本文同时引用了公开论文《光纤矢量水听器研究进展》中的图片在此一并致谢
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