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搜捕利器,疏而不漏——蛙人探测声呐揭秘
来源: 军工天地 | 作者:《国防科技工业》 | 发布时间: 2022-03-21 | 2411 次浏览 | 分享到:
蛙人声呐探测设备是反蛙人装备建设体系中的重要装备之一,是针对蛙人或其他水下小目标的搜捕利器,其重要性也越发被各国重视……

蛙人,又名“水鬼”,是一个国家极其精锐的兵种之一,具有分散性、独立性、破坏性大等特点。随着冷战的结束,西方各国的海上军事战略重心从深海向浅海逐渐转移。同时,经过911恐怖袭击后,以蛙人、UUV等方式恐怖袭击码头、港口的活动愈演愈烈,并且随着现代科技快速发展,蛙人的装备越来越先进,对海军水面舰艇、浅水码头以及海上重要资产威胁也日益增大,因此,反蛙人声呐探测设备的研发愈加重要,新反蛙人装备的研发迫在眉睫。蛙人声呐探测设备是反蛙人装备建设体系中的重要装备之一,是针对蛙人或其他水下小目标的搜捕利器,其重要性也越发被各国重视。

01“麻雀虽小五脏俱全”

蛙人探测声呐探测目标虽然较小,但其系统组成却应有尽有。其主要包括三个部分,即水上部分、水下部分和转换部分。

 

水上部分主要有电源、声呐显示单元、主控单元以及声呐数据处理器等,其中主控单元是整个系统的“大脑”,控制高频多波束蛙人探测声呐头的运行,使声呐在全方向扫描模式或定向探测模式下工作。声呐处理器数据主要是基于工控机软件处理器,是整个系统的主要数据处理中心。

水下部分主要包括声呐发射阵和接收阵、声呐处理器和强声驱离装置等。其中最重要的是声呐发射阵和接收阵,它们是整个系统的“左膀右臂”。发射阵相当于一个喊话器,它会向四面八方发出一定的声波,其频率可达几十K或上百K,属于高频信号。而接收阵则用来“回收”这些信号,如果在扫描过程中从某个方向“回收”到了高频信号,则可以怀疑此方向存在蛙人。强声驱离装置是水下攻击类武器,在系统对接收到的信号进行分析并确认入侵方向后,会以多种不同的语言轮流对入侵者发出喊话警告,也可以发出强脉冲波,使一定范围内的入侵者感到不适或受到伤害,以达到驱离入侵者的目的。

02 蛙人“特色”

声呐发射阵发出的声波遇到蛙人后会被反射回来一部分,而相同的发射声波,对于不同的蛙人目标反射声波的强度不同,蛙人的这种反射声波的能力即目标强度。而呼吸器、潜水服和蛙人人体本身是影响蛙人目标强度的主要因素。

呼吸器 蛙人凭借呼吸器才能在水下长时间停留,目前市面上的呼吸器有开式和闭式两种。开式呼吸器,顾名思义,在水下使用过程中处于开放状态会产生呼吸气泡群;闭式呼吸器较开式呼吸器体积小,且采用循环方式,使用过程中不会产生呼吸气泡群。由于闭式呼吸器具有更小的目标强度,所以蛙人这种要求隐蔽性高的技术分队多采用闭式呼吸器。

 

潜水服 蛙人装备的干式潜水服一般与人体本身之间有隔离气层,而这层隔离层也在一定程度上增大了蛙人被探测到的可能性。

蛙人人体 由于人体的肌肉、脂肪等组织与水的阻抗相近,对于反射回波强度贡献很小,起主要作用的是人体的肺部,人体的肺部是发射声波的主要散射体。

03 如何探测

主动探测声呐和被动探测声呐是蛙人探测声呐的两种主要探测方式。

蛙人具有各种自身“特色”,根据这些特点,便可以直接对其进行探测,这就是被动探测方式,即通过探测蛙人自身发出声波信号进行探测与识别。由于蛙人需要在水下呼吸,区别于其他水下设备,它不仅具有声散射特性,还具有声辐射特性。被动探测即通过声呐检测蛙人的辐射信号确定蛙人位置。蛙人的辐射信号主要由呼吸产生。蛙人携带的呼吸器具有调节器,而调节器上的设备会随着蛙人的呼吸辐射出周期性的信号。而被动探测方式即通过声呐探测蛙人在水下吸气时所辐射出的高频信号,此信号具有信噪比高的特点,通过检测具有这种特征的信号分析确定蛙人的具体位置。

被动探测优点是不会产生环境干扰,但由于其主要依靠蛙人自身辐射的信号,信号强度较弱,因此探测距离短,一般为200米左右,而且被动探测局限性较大,仅适合探测噪声较大的目标。

相对于被动探测方式,主动探测方式是通过水下声呐换能器发射一定频率的声波,可以定向发射也可以360度扫描的方式发射。声波传播到蛙人时会产生反射回波。声呐接收阵接收到回波后,通过声呐处理器确定蛙人的距离和方位信息。

由于主动探测方式人为发射了具有一定能量的声波,因此在同等条件下,其收到的回波信号强度较被动探测强,其探测距离较远,最远可达2000米,但需要换能器在水下长时间工作,而且发射的声波信号对环境有一定的污染。

04 四大技术—“如虎添翼”

海洋生物、环境噪声等的各种干扰,会使声呐探测特定信号的信噪比大大降低,为了提高探测精度,不只要求系统的硬件要硬,软件方面也要与硬件“强强联手”。在蛙人探测声呐技术方面,主要有以下关键几项。

 

抗混响技术 

蛙人探测主要应用于浅水区,距离海岸较近,而在浅水区通常存在船只、杂物,就需要提高声呐探测的抗混响技术。主要的方式主要有以下几种。

一是改变主动声呐的发射声信号模式。不同的发射声信号模式具有不同的探测距离和距离分辨率,选择合适的模式可以在一定程度上提高探测率。二是通过一定的算法抑制背景噪声的干扰,提高探测准确度。如对得到的声波图像做二次处理。三是使用垂直发射波束,结合通常使用的水平发射波束,也可以提高识别精度。

目标识别技术 

目标识别技术是指在得到声图像之后,通过对多帧图像的对比,区分出运动目标,然后将其与专家系统或数据库中的特征数据对比,进而识别目标种类。