  [原创]声呐反潜：看看潜艇往哪躲 [公社帖]
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前不久铁血海军论坛有人问过反潜机如何反潜。虽然声呐只是反潜机的其中一个反潜手段，但是因为声呐在海军反潜、反舰是不可缺少的技术并被广泛利用，所以小弟在这里简单的介绍一下反潜声呐。
声呐，英文SONAR 是Sound Navigation and Ranging（声响导航与测距）的简称。即利用声波在水中导航和探测。声呐可分为两类：主动和被动。主动声呐会自己发出声音讯号，借由这个讯号接触物体后反射回来的变化，做为计算这个物体的相对方位与距离的资料。被动声呐的作用和收听装置极为相近，不发出任何讯号，只接收来自于周遭的各种音响讯号来判断与识别不同的物体。与雷达的原理相似，只是雷达用的电磁波， 而声呐用的是声波。主动声呐有一个或多个音源和听音器，通常声呐的音源和听音器在同一个声呐模块中，而军舰核潜艇的声呐接受器通常是一个由很多声呐模块组成球体或半球体。
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潜艇的声呐通常安装在艇上很多个点，而主声呐都装在潜艇的最前端。下图是美军最新的维吉尼亚级核潜艇的透视图，前面那个球形的就是声呐组。
水面舰只的声呐都装在球鼻艏中。下图第一张是日本金刚级驱逐舰鼻艏中的声呐组，下图第二张驱逐舰底部突出的就是声呐所在位置。
由于在海水里随着深度、地点的不同，压力、盐分、温度等等都会随着变化。因此声波在水中传播的形式是很复杂的，所以若要准确地探测物体的距离就省不掉电脑模拟计算。压力、盐分、温度的增加都会导致声波在水中的速度增加。
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在我们还没继续之前，然我们先来看看因为海水温度改变对音波在水中的速度的影响。声音在淡水正常室内温度里传播速度约为1500m/s，随着温度增加，音波的速度也增加。当军舰在海上航行，海面温度随着天气、区域而变化，天气好的时候海面温度也就跟着升高；刮风时因为表面海水蒸发温度也随着下降。当军舰在赤道附近航行时海面温度也比在南北极高、当遇到寒流或暖流时又是另一回事。还有白天和晚上的海面温度也不一样。再看看海水温度因为深度改变温度也随着改变。海水按照温度大致可以分为三层：表面层（Surface Layer）、温度突变层(Thermocline)和深海的等温层(Isothermal Layer)。表面层的温度变化最不固定最复杂，随着天气的海域而改变。温度突变层为过渡的一层，温度介于表面层和等温层之间。等温层就是最底下一层，在寒冷的地方等温层温度通常是4度C，因为海水4度时比重最大。而赤道附近却比较复杂。
下图为声波的速度因为深度改变的变化，这时最常见的例子。在表面一层随着深度增加温度也增加，但是变化不大，音波速度也因此随着增加。同时声波的速度也因为压力的增加而变大。在突变层里温度开始随着深度下降，虽然压力还是随着深度增加而改变，但是声波的速度因为温度下降的幅度大还是下降。到了等温层（深度1000米左右），唯一影响音速的就是压力，所以声音的速度随着深度直线增加，增加幅度大约为每100米1.7m/s。
大家都知道，无论是电磁波还是声波，当进入不同播媒介而速度改变时就会被弯曲，称为折射。同样的，当声波在海水中也会有同样的现象。雷达波因为在空气里的传播速度基本和真空不会有太大的变化，所以这问题不会太严重，可以忽略不计。
水面舰只声呐的传播因为表面层的温度随着深度增加，所以如下图，朝下传播的波束都会往上弯曲，然后在海面反弹。这样对付敌方水面舰只和深度浅（大约300-400米）的潜艇没有问题。潜艇在这个深度以内对抗水面舰只生存率就很渺茫。因为水面舰只如驱逐舰等攻击能力、手段、机动性等远多于大于潜艇。当潜艇要发射鱼雷、潜射导弹时都要在这个深度以内进行，只要对方海面舰队力量、反潜能力足够，潜艇即使能成功作出攻击但接下来自身的生存也是非常大的问题。
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朝下角度大的声波波束则会像下图，进入突变层后朝另一个方向弯曲。所以只要潜艇下潜到500米以下的突变层，没有特别拖曳声呐水面舰只是不能探测到潜艇的，除非潜艇就在驱逐舰的正下面。这个声呐探测不到的区域叫作阴影区（Shadow Zone）。
为了能够探测阴影区的敌方潜艇，最好的方法是潜艇。只要潜艇下潜到表面层与突变层之间，敌方潜艇就不能靠阴影区躲藏。除了潜艇，也有一些国家的海军用可变深度拖曳声呐，就如下图法国海军的F70驱逐舰。
如果水不太深，而且海底的地质有利于声波反弹，驱逐舰还是可以靠海底反弹的声波来探测潜艇。正因为这些理由，潜艇进入浅海是非常危险的。
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声呐的模拟需要海水的温度和盐分取样，这样才能预测声波在附近海域中怎样传播。而且模拟的技术条件很高、需要强大的计算机设备。每一次声波脉冲发射出去都要经过模拟计算、每一次收到回波都要和模拟的数据比较然后作出纠正，然后再发下一组脉冲 因为声呐的模拟难度很高，所以各国海军都大力发展很多不同的反潜手段。完整的反潜网必须有驱逐舰、潜艇、反潜机等互相配合才能有效的探测敌方潜艇。
反潜飞机通常都是要空投声呐浮标，反潜直升机则是用潜出声呐。反潜机的好处是速度快，可以很快的在附近海域布下多个声呐点，这样由几个音源和听音器组成的声呐网可以大大提高反潜系统的性能和可靠性。当然，反潜机反潜的手段不止这个，反潜机还通过电磁探测、低频雷达等探测敌方潜艇，在海面探出排气管的柴油机潜艇则可以用红外线探测。
军用声呐频率在50kHz左右，而渔民伯伯用的是通用的192kHz。因为海水中的盐分和杂质，高频率的声波很容易被海水吸收，越高的频率效果越为严重。所以192kHz在海水中传得不远，特别是进入突变层之后。但是渔民伯伯的192kHz的解像度高：当声波探测到两条鱼时回音是两响，不是一响。这样方便渔民伯伯估计水里有多少鱼。探测潜艇用的就不需要这样的解像度，而更需要的是50kHz远距离反潜的特点。 本文内容于 2008-4-20 9:11:23 被哺乳纲啮齿目编辑 [ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ] 转载请注明出自铁血tiexue.net, 本贴地址: http://bbs.tiexue.net/post_2722500_1.html
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加准原创: 海上重巡203 04-18 23:06
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推荐: 海上重巡203 04-18 23:06
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编辑: 哺乳纲啮齿目 04-19 08:53
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编辑: 哺乳纲啮齿目 04-20 09:11
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超音速的啮齿动物
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以下是引用lhp_sg 在第3楼的发言：
