中国电科第23所展出的光纤水听器岸基阵列实物图片

　　毫无疑问，相比美、日反潜强国，反潜至今仍是我国的一大软肋，尤其是远洋反潜。

　　相比之下，因为有“主场优势”，中国在家门口的近海反潜通过持续不断的建设，已经取得了丰硕成果，外国潜艇想在中国近海做什么小动作就得掂量一下了。

　　潜艇就像水下的“隐身战机”，打击它的一大突出难点还是如何发现它。中国的反潜建设除了我们可见的反潜舰艇、飞机，另一大成果应该就是建设水下预警探测网络，解决发现难问题。

　　2017年5月，央视曾报导中国将投入5年时间与20亿人民币在东海与南海建立海底科学观测网，并于上海临港设立监测与数据中心来储存东海与南海获取的数据。海底科学观测网除了推动地球科学与全球气候的科学研究外，也将满足国防需求，一般相信这指的是会在水下部署声纳阵列作为反潜的远程预警。

　　同样是2017年5月，中国电科第23所声光探测首席专家陈小宝的先进事迹引发外界关注，他的主要成果就是海底科学观测网的主要耳目——光纤水听器。

　　如今1年过去了，在本月初的中国国际国防电子展上，中国电科第23所罕见的展出了光纤水听器岸基阵列的实物图片，这让我得以一窥中国反潜大网中看不见的“千里眼”。那么，水下固定阵列对反潜有何重要性？今天，北国防务就来说说这事。

　　“深海声道”是声波速度在水下因为温度/密度的变化产生先低后高的现象，导致声波在其中会反复折射，上下起伏而传递得更远

　　由于水下声纳阵列的外观类似电缆，在海底绵延上百公里远，会让有些人误以为像是防盗的压力警报器，只能探测到从上面通过的舰船。但其实不是，水下声纳阵列是利用 “深海声道”原理的远程探测器，这是美国科学家于1937年在大西洋观测到的现象：当炸药在约5千米深的海床引爆时，其低频声波传递比预期的远，似乎除了海面与海底的多重反射外，低频声波在深海有个隐密通道可以更低的损失率传递到更远的距离。

　　麻省理工的科学家同时对深海的温度与密度进行量测，绘制出声波在不同深度的速度变化，发觉在特定的深度区间，声波以特定角度射入后，会像光纤一样上下反复折射，由于其能量传递的耗损比多重反射更低，也就形成神秘的 “深海通道”。

　　早期LOFAR是利用绘图机绘制出 “频率-时间”的变化图（左），现在可用计算机绘图代替。当特定频率出现明显信号，分析人员可综合不同位置/角度的阵列信号来三角定位（右）

　　在二战中，深海通道被当作紧急求救管道：飞行员落海后丢入特定深度引爆的小型炸弹，就可被数千公里外的水下听音器探测到，并以三角定位法标定位置，因此这种技术又被称为 “声波标定与测距”（SOFAR）。

　　而在二战后，由于苏联接收了纳粹德国的XXI型潜艇技术，在短期内发展出以呼吸管远程航行的常规潜艇，美国海军秘密将这种技术转为反潜用途。又因为500Hz的极低频声波不但被海水的吸收率很低，而且几乎从任何深度发出都会射入 “深海通道”，因此海军将SOFAR的水下听音器扩展成为440长，含有40段听音器的线形阵列，称为 “水声监视系统”（SOSUS）。

　　缩小的水下听音阵列可以部署在浅海作为近岸反潜警报系统，例如俄制MGK-608E固定被动声纳系统是部署在港口外，探测不明潜艇的接近

　　因此，水下听音阵列并不是只能听到经过的舰船而已，而是从 “深海通道”听到 “千里之外”的舰船噪音，就像是水下的远程预警雷达，或者说预警机。随着技术进步，水下阵列本身也延长到上千公里，可以听到更低频的更远处声响，并用分段阵列方式产生更窄的被动波束，以提升测向的精确度。然而，由于水下听音阵列是一种被动探测器，判断不出声音传递了多久的时间，也就无法像雷达一般测量出目标的距离，必须综合不同位置的阵列才能进行三角定位。

　　而不同阵列如何关连出同一个目标呢？这就要靠 “低频分析与记录”（LOFAR技术）：以频率为横轴，时间为纵轴，用绘图机画出声纳频谱的时间变化，不同船只的持续噪音会在自己的频率上留下明显的线条，则分析人员就可锁定特定船只的频率，调阅各地阵列的纪录来分析其位置。

　　2016年展示的海底观测网（1）包含了深海电力与信息网络来串连铺设在海底的 “声学接收阵列”与多种海洋监测系统。该年8月，中国科学院带领浙江大学等单位在于南海建立了实验网络，在1700米深海置放了由主接驳盒（2）与次接驳盒（3）串通的150千米长基础网络，可提供10kV/10kW的电力，并以1Gbps的光纤（4）将数据传回陆上

　　另一个问题是：既然 “深海声道”是因为海底温度/密度变化所形成的，则声波传递的参数也与海水的环境特性有关，因此水下听音阵列需要搭配大范围的海洋环境实时监控来校正数据。中船工业集团在2016年的 “十二五成就展”就曾展出过完整的海洋观测网模型，藉由海底电缆与光纤作为电力与通讯网络，来支持外海海床上的声学接收阵列与多种环境监控装置，主要目的应该就是协助声学接收阵列分析出准确的目标信息。

　　而第23所的水下阵列也是采用光纤技术，这是将光纤缠绕在易延展的塑料管上，当声波使塑料管产生细微变形，就会导致光纤长度发生变化，使传递的光信号出现相位差。由于光纤可顺便将光信号传递到远处，不需要额外的电子装置与信号，具有构造简单与重量轻的优点，美国最新的“弗吉尼亚”级潜艇也是采用光纤听音阵列技术作为侧视舰体声纳。

　　传统的被动声纳是安装大量的陶瓷听音器，将声波转成电力信号与数字/模拟转换，再透过信号电路传递回信号分析计算机。而光纤听音阵列用光纤同时完成探测与传递任务，因此“弗吉尼亚”级也用这种技术发展出 “轻型大孔径阵列”（LWWAA）

　　不过，水下听音阵列也有其短处：由于它不像雷达天线可以旋转，其探测角度是固定的，即便延长、弯曲声纳阵列来涵盖不同方向，仍可能产生死角；其次，随着潜艇静音技术的提升，水下听音阵列的探测距离也越来越短，渐渐难以发挥原有的远程预警效果。

　　因此，美国海军在冷战后期又发展 “水面拖曳阵列警戒系统”（SURTASS）：利用远洋拖船拖曳800m长的阵列声纳，将原始数据实时透过卫星数据键传回本土进行分析。这种方式可让声纳阵列更接近威胁海域，并机动调整方位，弥补了固定式水下阵列的不足。

　　此次的国防电子展上，23所还展出了光纤水听器拖曳声纳（右），其施放机构与美国“无敌”号的SURTASS拖曳阵列声纳（左）相当类似，有可能是同类型产品

　　另外，水下听音阵列完全靠频率来分辨目标与背景噪音的不同，如果出现新的潜艇，或者潜艇在大修后改变了频率，要如何 “听音辨艇”呢？因此，美国的SOSUS是搭配反潜机队/舰队一起建立的，尤其反潜机的速度快，航程远，在SOSUS一标定出可疑接触方位后，可在短时间内前往附近海域投下声纳浮标，平时可以确认目标型号并记录到声纹数据库，战时就可径行对不明潜艇发动攻击。

　　反潜兵力一直被外军视为中国海军的短板，而中国在建立海底观测网的同时，也同步推动大型反潜机成军，显示出弥补这块短板的强大决心。相信假以时日，中国强大的反潜网络在家门口必将一步步让对手窒息。（作者署名：北国防务）

　　高新6型反潜机在海上大阅兵后又被网友拍到，未来可能搭配水下听音阵列组成反潜网

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