從寂靜中聽聲
——聲吶技術(shù)的新發(fā)展

畢 琳 / 文

經(jīng)過100 多年的發(fā)展，聲吶技術(shù)已經(jīng)有較為成熟的技術(shù)構(gòu)成及相關(guān)的原理學說。但是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，聲吶需要面對具有更加不確定性的作戰(zhàn)環(huán)境，更為復雜的系統(tǒng)環(huán)境和多樣的計算模型。同時，目前現(xiàn)代潛艇的隱身性能越來越好，威脅也隨之增大，除環(huán)境因素外，聲吶技術(shù)的發(fā)展還需要考慮人的因素及其中的策略博弈，在對抗中得到提高。

以萬法應萬變

目前，大多數(shù)聲吶所使用的作戰(zhàn)效能模型無外乎兩種：即確定性模型與隨機性模型。確定性模型即可以用一組關(guān)系式來描述系統(tǒng)中的所有狀態(tài)，但是確定性模型的得出需要目標和傳播環(huán)境都為已知可測這一嚴苛的條件。同時，其也僅是一次觀測下的概率性結(jié)果，欲得到較為準確的數(shù)學模型則需要對目標進行連續(xù)觀測。然而連續(xù)觀測會受諸多條件的限制，其最重要的一部分便是目標在可覆蓋范圍內(nèi)所處時間，顯然，這一時間取決于目標的相對運動狀態(tài)。故在進行聲吶的警戒能力度量時，需要加入連續(xù)觀測時間這一約束條件，這也隨之產(chǎn)生了聲吶對目標實現(xiàn)自主追蹤的技術(shù)需求。

針對目標的運動需將其分為兩種情況進行分析，即目標無意識運動和目標存在對抗意識的運動。對于無意識目標的相對運動，目前需要解決的問題為在某個距離上首次發(fā)現(xiàn)目標位置的概率測算。這里所提到的“概率”測算不僅僅是目標與環(huán)境的不可知性。事實上，即使在熟知的環(huán)境中的情況也存在相當?shù)奈粗?。而對于存在對抗意識的目標來說，當?shù)弥似浯嬖趯挂庾R后，我們所要實現(xiàn)的第一目標便是保持與目標接觸，與當丟失了目標位置后第一時間恢復對目標的捕捉，因此此時需要對聲吶系統(tǒng)進行更為策略化與規(guī)則化的控制。當多目標同時出現(xiàn)，多聲吶同時工作時還會出現(xiàn)更為復雜的概率問題。

軍事系統(tǒng)的不確定性是技術(shù)人員和作戰(zhàn)人員的共同難題，解決聲吶系統(tǒng)的不確定性更是水聲技術(shù)人員們的共同目標。目前，相關(guān)系統(tǒng)的精度越來越高，這一目標也越發(fā)地突出。美軍的作戰(zhàn)理論《基于效果的作戰(zhàn)》，其思想核心便是基于準確性的作戰(zhàn)，然而這一思想的完美實現(xiàn)卻是異常困難?！皽蚀_性”是對系統(tǒng)的一個極大的約束條件，目前僅有極小的一部分信息可以滿足這一需求，而且其尚需要極為大量的傳感器使用和龐大的研究投入才能實現(xiàn)。伴隨著這巨額的資源投入，我們會不禁產(chǎn)生疑問，這筆投入到底能產(chǎn)生多大的實際效果，其收獲到底能不能匹配資源的付出？答案是否定的。根據(jù)“哥德爾不完備性定理”，我們無法從測量的結(jié)果中判斷出其是否與客觀保持一致性，同時測量的不準確性是所有類波系統(tǒng)的固有屬性，其不會隨著測量次數(shù)的增加而降低。這一問題所導致的結(jié)果便是，即使通過采用大量傳感器來對目標進行持續(xù)細化的分析，也只會得到更為失諧的結(jié)果。

為解決以上問題，我們可以考慮跳出系統(tǒng)來實現(xiàn)信息的輸入，通過建立相應的概率模型來實現(xiàn)對系統(tǒng)效能的優(yōu)化，在系統(tǒng)中加入相應的決策與控制來提高系統(tǒng)的運行速度（至少要比我們的對手快），以此來產(chǎn)生信息差，建立信息優(yōu)勢。針對環(huán)境問題，聲吶系統(tǒng)可以通過犧牲自身一部分性能的方式來實現(xiàn)寬容性，以復雜的計算代價來獲取更為有限的適應性。只要付出可靠且可信的努力，這種不確定性問題一定會迎刃而解。

打鐵還需自身硬

當前，聲吶的發(fā)展與海洋聲學技術(shù)與電子信息技術(shù)密切相關(guān)。目前，潛艇的隱身性能越發(fā)強大?！鞍察o型”潛艇，裝備了AIP 的潛艇（AIP：不依賴空氣推進裝置），以及大小潛艇的威脅不斷增大，現(xiàn)在淺海反潛已經(jīng)成為了海軍的重點任務(wù)之一。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)也成了高新技術(shù)，引領(lǐng)著軍事領(lǐng)域產(chǎn)生一系列革命性的變化，其作為一種新型的作戰(zhàn)類型，實質(zhì)為通過網(wǎng)絡(luò)來產(chǎn)生戰(zhàn)斗力?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭中由平臺戰(zhàn)爭向網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭轉(zhuǎn)變的趨勢十分明顯，而這股潮流也影響著水下軍事器件，聲吶便是其中之一。當今世界近期雖然在水下聲學技術(shù)方面并沒有產(chǎn)生革命性的進展，但是民用信息處理技術(shù)卻日新月異，這也為聲吶技術(shù)的發(fā)展提供了方向。其一，應注重編隊作戰(zhàn)，要讓聲吶系統(tǒng)具備多基探測能力，要讓潛艇雙向技術(shù)的研究成為熱點；其二，要實現(xiàn)聲吶的淺海作戰(zhàn)性能，提升對小目標的探測性能。

縱使現(xiàn)在潛艇的反偵察技術(shù)已經(jīng)達到了一個較高的水平，但其依舊無法解決在低頻段無法取得較好效果的問題，因此低頻，大功率，大基陣是當前聲吶發(fā)展的一個重要方向。此外，由于淺海中海洋環(huán)境構(gòu)成較為復雜，聲吶系統(tǒng)不但要克服混響的影響，還要達到有效的探測范圍，這就需要聲吶在具有高功率聲源的同時，還要有交替使用的頻率及較大的帶寬以接收不同頻率的聲吶信號。

此外，聲吶的綜合程度是衡量其發(fā)展水平的重要依據(jù)之一，當前世界已經(jīng)基本突破了聲吶系統(tǒng)與裝備間的結(jié)合，開始轉(zhuǎn)向與整個艦艇上的電子信息系統(tǒng)進行集成。例如，美國的“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇裝備的C3I 電子系統(tǒng)便是由聲吶，作戰(zhàn)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)綜合而成的，同時系統(tǒng)采用了開放式結(jié)構(gòu)以方便各系統(tǒng)之間的連接。過于復雜的系統(tǒng)必然會伴隨著其他的隱患問題，目前聲吶系統(tǒng)的平均故障間隔在400h ～450h 左右，其平均修復時間在1h 以內(nèi)，為實現(xiàn)系統(tǒng)故障化自檢系統(tǒng)和數(shù)字化的發(fā)展，提高聲吶的可靠性和可維修性，我國需要對微型組件進行進一步的開發(fā)和使用，并對諸如環(huán)能器等器件進行開發(fā)利用，來提高聲吶系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維修性。

為應對潛艇技術(shù)的進步帶來的威脅，我們需要將聲吶技術(shù)與海洋環(huán)境，傳播信道，安裝平臺等因素充分結(jié)合，以大幅度提高聲吶在淺海區(qū)域的作戰(zhàn)能力，這一方面重點體現(xiàn)在拖曳陣聲吶系統(tǒng)與反潛浮標上。拖曳陣聲吶系統(tǒng)采用了寬帶信號產(chǎn)生和處理，高能密度轉(zhuǎn)換材料和稀疏接受陣等三種新型技術(shù)來獲取清晰的聲學圖像并對其進行處理，不但可以減少水層擾動帶來的干擾，還能克服海水中的混響問題，提高約20db ～30db 主動探測的性能。反潛浮標則是為了應對惡劣的水文條件設(shè)計的多基地回聲探測系統(tǒng)。美國已經(jīng)基本完成實現(xiàn)了以上兩種新型的反潛技術(shù)，同時這些技術(shù)也是我國的主要攻克方向與發(fā)展目標。

資源融合 共同為聲吶發(fā)展出謀劃策

目前，聲吶技術(shù)的發(fā)展需要面對聲學優(yōu)勢的弱化與研發(fā)成本上升的雙重壓力，為解決這一問題，我們可以采用在聲吶系統(tǒng)中采取民用現(xiàn)成電子信息技術(shù)的手段。基于民用技術(shù)的開放式系統(tǒng)可以較為顯著地提升潛艇的聲吶性能，降低生產(chǎn)成本，簡化設(shè)備更新過程。但是真正實現(xiàn)這一改變是一個漫長而又復雜的過程，其問題主要存在于：將軍用的聲吶技術(shù)與民用的信息技術(shù)結(jié)合不僅僅是一個技術(shù)層面的問題，更是相應過程和管理模式的改變。對于軍方和供應商這一層面而言都需要理解并認同這一新的組織模式，產(chǎn)品支持和結(jié)構(gòu)管理辦法。

面對著聲吶技術(shù)與民用技術(shù)融合的諸多好處，美國開展了聲學現(xiàn)成技術(shù)快速植入（A-RCI）項目，同時也引起了英國、挪威、西班牙等國的紛紛效仿。目前這一融合也成了聲吶技術(shù)的主要發(fā)展方向。