拖曳线列阵声呐及其左右舷分辨方法
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时间：2017-08-11
1 拖曳线列阵声呐概述
所谓的拖曳线列阵声呐，其实就是通过将水听器在电缆上布置成线列阵，然后通过拖拽电缆完成水中目标探测的一种声呐。利用该种声呐，可进行潜艇辐射噪声的听测，也能完成遠程监视、识别和测向。最早，人们将该种声呐安装在警戒船上，后来则将其改进并安装在水面舰艇上。随着该技术的发展，该种声呐被广泛应用在核潜艇和水面舰艇上，主要用于进行水下环境的远距离监视，是一种被动的探测技术。直至冷战结束，海军作战区转向大陆沿岸浅海地区，该种声呐也开始用于进行主/被动联合探测[1]。从总体上来看，左右舷分辨方法是拖曳线列阵声呐的关键技术指标，将对该种声呐的使用产生重要影响。
2 拖曳线列阵声呐的左右舷分辨方法的探究
2.1 传统左右舷分辨方法
在过去的拖曳线列阵声呐基阵中，采用的是无指向性的水听器。针对水平入射的信号，则要以基阵为轴向对称进行等强度镜像目标的分辨。如果无法进行左右舷的分辨，声呐就会出现左右舷模糊的问题。采用传统的分辨方法，需要使本艇完成一次转向机动，从而使单线阵根据目标方位变化进行分辨。但该种方法的采用，无法进行目标的实时分辨。因为在机动的过程中，还会出现单线阵发生畸变的问题，继而导致波束无法及时形成。而直至单线阵恢复稳定后，才能完成目标左右舷的分辨。所以，采用传统左右舷分辨方法，需要花费一定的时间才能完成左右舷分辨，从而导致目标捕获时间被延长，继而造成目标有较大的可能丢失。
2.2 左右舷交替发射方法
采用本舰机动的方式进行左右舷分辨，还要从发射端或接收端的角度考虑如何实现实时分辨。针对这一问题，英国BAe公司和法国Thcmson公司联合完成了一种发射基阵的生产，可以利用左右舷交替发射法完成左右舷分辨。该种发射基阵为垂直线列阵，按照背靠背的方式组合，可以利用挡板加权方法增强发射指向性。具体来讲，就是能够在水面上构成心形指向性，然后通过左右舷交替发射进行目标分辨。但是，采用该种发射方法仍然无法解决被动工作状态下的出现的左右舷模糊问题。此外，在主动探测状态下，如果在脉冲发射上消耗较长的重复周期，也无法进行左右舷的实时分辨。因此，采用该种分辨方法依然无法满足拖曳线列阵声呐的使用需求。
2.3 LFTASS左右舷分辨方法
为解决左右舷模糊问题，拖曳线列阵声呐的基阵结构得到了改进。目前在拖曳线列阵声呐中，可以采用三种方法进行左右舷分辨。首先，可以采用三元水听器组进行左右舷的分辨。采取该种方法，需要在一个圆周内的等边三角形中进行线列阵基元的分布，列阵由三个无指向性的水听器构成，其平面与列阵相垂直。在进行左右舷分辨时，则需要使用几何相移模型，所以还要使其中两个水听器保持信号波长1/3的间距。但如果信号频率较低，则意味着基阵的尺寸将较大，所以会对该方法的使用产生影响。而想要减小尺寸，从而为声呐安装提供便利，还要使用横截尺寸较小的水听器，确保其尺寸比流噪声空间距离大，并不超过接收信号波长的1/10。为此，还要采用最优波束加权方法进行噪声模型的获取。其次，可以采用双线阵进行左右舷分辨。具体来讲，就是使用三维波束形成方法，在三维坐标系中完成二元水听器组的建立。经过三维处理，则能使两个水听器具有指向性，所以能够完成左右舷的分辨。采取该种方法，能够使横截尺寸过大的三元水听器组的分辨问题得到解决。最后，还可以采用矢量水听器进行左右舷的分辨。但不同于前两种方法，该种方法目前仍然不够成熟，还要得到进一步的研究。使用该种水听器，能够完成振速传感器和声压水听器的组合，所以能够对声波的振速信息和声压信息进行运用。近年来，美国和俄罗斯等军事强国一直在研究矢量水听器，以期解决水声信号处理问题。相较于标量传感器，使用矢量传感器不仅能够获得更多的信息，还能获得更高的定位精度。就目前来看，单个矢量水听器具有指向性。在线列阵中使用该种矢量水听器，能够不受频率的限制，并且能够形成心形或“8”字形的指向性，进而使左右舷模糊问题得到解决。
3 结语
通过分析可以发现，拖曳线列阵声呐的研究仍然是军事研究和水声工程发展探索的重要课题。而随着相关研究的开展，拖曳线列阵声呐的性能也将得到进一步提高。就目前来看，左右舷分辨方法是拖曳线列阵声呐的研究重点，从而衍生出了双线阵、三元水听器等多种分辨方法。因此，相信本文对拖曳线列阵声呐及其左右舷分辨方法展开的研究，能够为相关工作的开展带来启示。
参考文献
[1]华香凝，段发阶，蒋佳佳，等.拖曳线列阵声呐数据录取系统的设计与实现[J].计算机应用研究，2013，10：3022-3025+3029.
所谓的拖曳线列阵声呐，其实就是通过将水听器在电缆上布置成线列阵，然后通过拖拽电缆完成水中目标探测的一种声呐。利用该种声呐，可进行潜艇辐射噪声的听测，也能完成遠程监视、识别和测向。最早，人们将该种声呐安装在警戒船上，后来则将其改进并安装在水面舰艇上。随着该技术的发展，该种声呐被广泛应用在核潜艇和水面舰艇上，主要用于进行水下环境的远距离监视，是一种被动的探测技术。直至冷战结束，海军作战区转向大陆沿岸浅海地区，该种声呐也开始用于进行主/被动联合探测[1]。从总体上来看，左右舷分辨方法是拖曳线列阵声呐的关键技术指标，将对该种声呐的使用产生重要影响。
2 拖曳线列阵声呐的左右舷分辨方法的探究
2.1 传统左右舷分辨方法
在过去的拖曳线列阵声呐基阵中，采用的是无指向性的水听器。针对水平入射的信号，则要以基阵为轴向对称进行等强度镜像目标的分辨。如果无法进行左右舷的分辨，声呐就会出现左右舷模糊的问题。采用传统的分辨方法，需要使本艇完成一次转向机动，从而使单线阵根据目标方位变化进行分辨。但该种方法的采用，无法进行目标的实时分辨。因为在机动的过程中，还会出现单线阵发生畸变的问题，继而导致波束无法及时形成。而直至单线阵恢复稳定后，才能完成目标左右舷的分辨。所以，采用传统左右舷分辨方法，需要花费一定的时间才能完成左右舷分辨，从而导致目标捕获时间被延长，继而造成目标有较大的可能丢失。
2.2 左右舷交替发射方法
采用本舰机动的方式进行左右舷分辨，还要从发射端或接收端的角度考虑如何实现实时分辨。针对这一问题，英国BAe公司和法国Thcmson公司联合完成了一种发射基阵的生产，可以利用左右舷交替发射法完成左右舷分辨。该种发射基阵为垂直线列阵，按照背靠背的方式组合，可以利用挡板加权方法增强发射指向性。具体来讲，就是能够在水面上构成心形指向性，然后通过左右舷交替发射进行目标分辨。但是，采用该种发射方法仍然无法解决被动工作状态下的出现的左右舷模糊问题。此外，在主动探测状态下，如果在脉冲发射上消耗较长的重复周期，也无法进行左右舷的实时分辨。因此，采用该种分辨方法依然无法满足拖曳线列阵声呐的使用需求。
2.3 LFTASS左右舷分辨方法
为解决左右舷模糊问题，拖曳线列阵声呐的基阵结构得到了改进。目前在拖曳线列阵声呐中，可以采用三种方法进行左右舷分辨。首先，可以采用三元水听器组进行左右舷的分辨。采取该种方法，需要在一个圆周内的等边三角形中进行线列阵基元的分布，列阵由三个无指向性的水听器构成，其平面与列阵相垂直。在进行左右舷分辨时，则需要使用几何相移模型，所以还要使其中两个水听器保持信号波长1/3的间距。但如果信号频率较低，则意味着基阵的尺寸将较大，所以会对该方法的使用产生影响。而想要减小尺寸，从而为声呐安装提供便利，还要使用横截尺寸较小的水听器，确保其尺寸比流噪声空间距离大，并不超过接收信号波长的1/10。为此，还要采用最优波束加权方法进行噪声模型的获取。其次，可以采用双线阵进行左右舷分辨。具体来讲，就是使用三维波束形成方法，在三维坐标系中完成二元水听器组的建立。经过三维处理，则能使两个水听器具有指向性，所以能够完成左右舷的分辨。采取该种方法，能够使横截尺寸过大的三元水听器组的分辨问题得到解决。最后，还可以采用矢量水听器进行左右舷的分辨。但不同于前两种方法，该种方法目前仍然不够成熟，还要得到进一步的研究。使用该种水听器，能够完成振速传感器和声压水听器的组合，所以能够对声波的振速信息和声压信息进行运用。近年来，美国和俄罗斯等军事强国一直在研究矢量水听器，以期解决水声信号处理问题。相较于标量传感器，使用矢量传感器不仅能够获得更多的信息，还能获得更高的定位精度。就目前来看，单个矢量水听器具有指向性。在线列阵中使用该种矢量水听器，能够不受频率的限制，并且能够形成心形或“8”字形的指向性，进而使左右舷模糊问题得到解决。
3 结语
通过分析可以发现，拖曳线列阵声呐的研究仍然是军事研究和水声工程发展探索的重要课题。而随着相关研究的开展，拖曳线列阵声呐的性能也将得到进一步提高。就目前来看，左右舷分辨方法是拖曳线列阵声呐的研究重点，从而衍生出了双线阵、三元水听器等多种分辨方法。因此，相信本文对拖曳线列阵声呐及其左右舷分辨方法展开的研究，能够为相关工作的开展带来启示。
参考文献
[1]华香凝，段发阶，蒋佳佳，等.拖曳线列阵声呐数据录取系统的设计与实现[J].计算机应用研究，2013，10：3022-3025+3029.
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