拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

徐雅倩

摘要：對(duì)水面/下目標(biāo)探測(cè)的需求促進(jìn)了拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，使其成為現(xiàn)代水面/下目標(biāo)探測(cè)、反潛戰(zhàn)中不可或缺的技術(shù)。因此，由必要追蹤了解拖線(xiàn)陣納探測(cè)技術(shù)中水聽(tīng)器技術(shù)、成陣技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并從流噪聲抑制、信號(hào)處理技術(shù)、多平臺(tái)協(xié)同探測(cè)方面預(yù)測(cè)拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

Abstract： The demand for surface/underwater target detection promotes for towed line array sonar detection technology， and due to the rapid development， towed line array sonar detection technology plays an increasingly indispensable role in the surface/underwater target detection and anti-submarine warfare. Therefore， it is necessary to track the current research status of hydrophone technology， organizing array technology and signal processing technology of towed linear array sonar， and to predict the development trend of flow noise suppression， signal processing technology and cooperating detection of towed line array sonar.

關(guān)鍵詞：拖線(xiàn)陣聲納；聲納探測(cè)技術(shù)；水面/下目標(biāo)探測(cè)；反潛戰(zhàn)

Key words： linear array sonar；sonar detection technology；surface/underwater target detection；anti-submarine warfare

中圖分類(lèi)號(hào)：TB566 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0237-05

0 引言

依據(jù)聲波在水中具有的遠(yuǎn)距離傳播特性，人們實(shí)現(xiàn)了對(duì)水面/下目標(biāo)的遠(yuǎn)距離導(dǎo)航、定位、跟蹤和識(shí)別，同時(shí)具有這種功能的設(shè)備又被稱(chēng)為聲納[1-4]。

傳統(tǒng)的聲納大都需要依托搭載平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水中聲波的接收和轉(zhuǎn)換，該情況會(huì)受到如下諸多限制[5]：①空間限制，由于平臺(tái)自身空間有限，進(jìn)而限制了依托于平臺(tái)本身的聲納體積發(fā)展，特別是陣列聲納，制約了聲納性能的提高；②噪聲限制，聲納需要依靠其接收的水聲信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)水中目標(biāo)探測(cè)，來(lái)自搭載平臺(tái)的自噪聲將成為主要干擾源被聲納接收，影響聲納對(duì)水中目標(biāo)的探測(cè)性能；③工作深度限制，水聲信號(hào)在受水文條件影響，會(huì)在不同位置形成“會(huì)聚區(qū)”和“聲影區(qū)”，如果搭載平臺(tái)不能位于 “會(huì)聚區(qū)”，將不能接收到最佳的水聲信號(hào)，搭載平臺(tái)不能根據(jù)當(dāng)時(shí)水文條件（聲速分布情況）的變化而改變聲納深度，將影響聲納最佳接收水聲信號(hào)。拖曳變深聲納的出現(xiàn)，突破了上述局限。為了擴(kuò)展陣列聲納孔徑，變深聲納的拖體被演變成數(shù)百米、上千米的長(zhǎng)線(xiàn)陣列，形成了現(xiàn)在的拖曳線(xiàn)陣列聲納（又稱(chēng)“拖線(xiàn)陣聲納”）。

1 拖線(xiàn)陣聲納簡(jiǎn)介

拖線(xiàn)陣聲納通過(guò)接收水面/下目標(biāo)自身輻射的噪聲或者通過(guò)接收水面/下目標(biāo)反射的主動(dòng)信號(hào)的回波實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)并估計(jì)相關(guān)參數(shù)。該聲納可分為如下兩類(lèi)：被動(dòng)拖線(xiàn)陣聲納和主/被動(dòng)聯(lián)合拖線(xiàn)陣聲納。被動(dòng)拖線(xiàn)陣聲納具有隱蔽性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，能夠被水面艦艇、潛艇、無(wú)人航行器拖曳，其原理是通過(guò)接收到的目標(biāo)輻射噪聲實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)；而主/被動(dòng)聯(lián)合拖線(xiàn)陣聲納既可以通過(guò)被動(dòng)接收到的目標(biāo)輻射噪聲實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)探測(cè)，又可以通過(guò)主動(dòng)發(fā)射信號(hào)經(jīng)水面/水下目標(biāo)反射后的回波實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)探測(cè)，是探測(cè)輻射噪聲級(jí)日益降低的潛艇的重要手段，通常由水面艦艇拖曳。

如圖1所示，被動(dòng)拖線(xiàn)陣聲納通常由以下幾個(gè)部分組成[5]：

①線(xiàn)列陣：用于接收目標(biāo)輻射噪聲或目標(biāo)回波，它由按照一定間距布放的若干個(gè)拾取水下聲學(xué)信號(hào)的壓電水聽(tīng)器，以及與水聽(tīng)器相配套的前級(jí)放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、中繼模塊、電源模塊組成，并配有用于水下姿態(tài)、深度監(jiān)視的傳感器模塊，以及用于降低線(xiàn)陣線(xiàn)列陣抖動(dòng)的隔振結(jié)構(gòu)。隨著光纖水聽(tīng)器技術(shù)和光纖水聽(tīng)器成陣技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)將呈現(xiàn)出多種多樣的全光纖線(xiàn)列陣，使得線(xiàn)列陣外徑顯著減小且無(wú)需從甲板向水下供電，適裝性和可靠性將得到明顯改善。

②拖曳收放系統(tǒng)：用于拖曳、布放和回收線(xiàn)列陣，包括拖纜、導(dǎo)纜架和絞車(chē)。

③信號(hào)處理系統(tǒng)：用于處理各種信息，隨著線(xiàn)列陣搭載設(shè)備集成傳感器種類(lèi)越來(lái)越多，拾取的信息越來(lái)越豐富，信號(hào)處理系統(tǒng)不只是簡(jiǎn)單依靠水聽(tīng)器拾取的聲學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)和有關(guān)參數(shù)估計(jì)，還需對(duì)各類(lèi)傳感器拾取信息進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水面/水下目標(biāo)精確檢測(cè)，更多參數(shù)的精細(xì)估計(jì)、分類(lèi)和識(shí)別。

④顯示控制系統(tǒng)：用于將信號(hào)處理系統(tǒng)處理的結(jié)果進(jìn)行顯示，與其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，并將控制命令下發(fā)給有關(guān)系統(tǒng)；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和顯示技術(shù)的快速發(fā)展，顯示控制系統(tǒng)不只是簡(jiǎn)單依據(jù)顯示屏對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)處理結(jié)果的二、三維顯示，將結(jié)合新興顯示技術(shù)和各類(lèi)傳感器上傳信息實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)場(chǎng)景多維度重構(gòu)和顯示。

⑤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)：用于對(duì)各種傳感器拾取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，由于拖線(xiàn)陣聲納工作環(huán)境多性，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)刻的探測(cè)場(chǎng)景多維度重構(gòu)和顯示，必須無(wú)失真存儲(chǔ)各種傳感器拾取數(shù)據(jù)。

主/被動(dòng)聯(lián)合拖線(xiàn)陣聲納還需要包括發(fā)射換能器基陣、相應(yīng)的拖曳收放系統(tǒng)及發(fā)射機(jī)等幾部分。

總之，相比依附于搭載平臺(tái)的聲納，拖線(xiàn)陣聲納因其具有大孔徑基陣、離搭載平臺(tái)噪聲遠(yuǎn)、可充分利用海洋聲場(chǎng)特性對(duì)水面/水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了聲納作用距離和對(duì)工作環(huán)境的普適性。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，拖線(xiàn)陣聲納己成為各國(guó)海軍有效探測(cè)日益安靜潛艇的最重要聲納裝備之一，也被譽(yù)為“探潛先鋒”。

2 拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)原理

拖線(xiàn)陣聲納是基于背景噪聲和信號(hào)的不同統(tǒng)計(jì)特性，將線(xiàn)列陣中多個(gè)水聽(tīng)器在同一時(shí)刻拾取的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)與方位相關(guān)的延時(shí)或相移補(bǔ)償處理，再通過(guò)能量積累，獲得輸出能量最大的方向，該過(guò)程又被稱(chēng)為“波束形成”，最后再對(duì)波束形成結(jié)果進(jìn)行一系列處理實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)探測(cè)。拖線(xiàn)陣探測(cè)目標(biāo)流程如圖2所示。第二次檢測(cè)結(jié)果為最終探測(cè)結(jié)果，確定信號(hào)的有無(wú)，通過(guò)對(duì)第一次檢測(cè)結(jié)果的平滑處理降低第一次檢測(cè)的虛警概率。

波束形成實(shí)現(xiàn)方式分為時(shí)域和頻域，時(shí)域波束形成具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：首先按處理頻帶需求對(duì)各基元拾取數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，然后對(duì)各基元濾波后數(shù)據(jù)按方位進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償、累加、求和，完成時(shí)域波束形成。頻域波束形成具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：首先對(duì)各基元拾取數(shù)據(jù)做FFT分析，然后在分析頻帶中每一頻率單元，對(duì)各基元頻域數(shù)據(jù)按方位進(jìn)行相位補(bǔ)償、累加、求和，完成頻域窄帶波束形成，最后對(duì)各頻率單元波束形成結(jié)果累加實(shí)現(xiàn)寬帶波束形成。

波束形成是拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)目標(biāo)流程的核心部分，通過(guò)波束形成拖線(xiàn)陣可獲得可觀(guān)的空間增益，從而提高輸出信噪比實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)。以頻域波束形成為例，其實(shí)現(xiàn)算法如下：

設(shè)線(xiàn)列陣包含水聽(tīng)器數(shù)為N。對(duì)第i個(gè)水聽(tīng)器拾取數(shù)據(jù)xi（t）進(jìn)行采樣，取L點(diǎn)作FFT運(yùn)算，即

根據(jù)海洋環(huán)境噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，當(dāng)水聽(tīng)器間距為半波長(zhǎng)時(shí)，各水聽(tīng)器接收到的海洋環(huán)境噪聲基本相互獨(dú)立，波束形成空間增益達(dá)到10lg（N）。在拖線(xiàn)陣聲納中，水聽(tīng)器正是按照這個(gè)間距來(lái)布放，水聽(tīng)器的數(shù)目越多獲得增益就越大，對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力就越強(qiáng)，這也是拖線(xiàn)陣聲納孔徑（線(xiàn)列陣長(zhǎng)度）越多越大的原因。

3 拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀

在近30～40年內(nèi)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的潛艇輻射噪聲級(jí)大約以每年0.5～1dB的速度降低，從而使其被探測(cè)的距離每年縮小0.5～2km，這無(wú)疑給拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)潛艇帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。對(duì)此想要實(shí)現(xiàn)拖線(xiàn)陣聲納高效高性能探測(cè)艦艇、潛艇等水面/水下目標(biāo)，需具備如圖2所示的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，具備高性能的水面/水下目標(biāo)探測(cè)算法是“保證”，具備高可靠性大規(guī)模陣列成陣技術(shù)是“必要條件”，具備性能優(yōu)良的水聽(tīng)器設(shè)備是“基礎(chǔ)”。

3.1 水聽(tīng)器技術(shù)

水聽(tīng)器能夠遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)、跟蹤和識(shí)別安靜型目標(biāo)，是用于接收水中聲學(xué)信號(hào)的換能器設(shè)備，對(duì)于探測(cè)目標(biāo)具有關(guān)鍵作用，是探測(cè)過(guò)程中不可或缺的設(shè)備，因此，必須加強(qiáng)對(duì)其的研究，尤其是換能機(jī)理、新型材料、結(jié)構(gòu)形式等方面 [6]。目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)研制出了多種新型高性能水聽(tīng)器，其中大部分都采用了新型材料，比如壓電復(fù)合材料、弛豫鐵電單晶材料、光纖材料等。與傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料相比，這些新型的材料具有很多優(yōu)勢(shì)，性能更加完善，操作也更加簡(jiǎn)便，是一次革命性的進(jìn)步。關(guān)于這些新型材料的研究還有很多，相關(guān)部門(mén)和專(zhuān)家對(duì)此予以了高度重視。

光纖水聽(tīng)器從聲傳感機(jī)理上分為強(qiáng)度型、偏振型和干涉型3種。由于前兩種類(lèi)型靈敏度較低，且不適合大規(guī)模組陣，因此目前實(shí)用化的光纖水聽(tīng)器均為干涉型。干涉型光纖水聽(tīng)器通過(guò)水中聲波對(duì)光纖的壓力作用使光纖芯的折射率或長(zhǎng)度發(fā)生變化，進(jìn)而引起在光纖中傳播的光束光程發(fā)生變化，致使相位發(fā)生變化，然后采用干涉測(cè)量技術(shù)檢測(cè)出相位變化，最終得到聲壓信息。和壓電陶瓷或壓電晶體型的水聽(tīng)器相比，光纖水聽(tīng)器具有靈敏度高、響應(yīng)頻帶寬、重量輕、易復(fù)用、可進(jìn)行超遠(yuǎn)距離傳輸、不受電磁干擾、無(wú)信息泄漏等優(yōu)點(diǎn)。

無(wú)電、輕便、細(xì)小、易復(fù)用的光纖水聽(tīng)器對(duì)于在拖曳陣方面的應(yīng)用具有絕對(duì)誘人的魅力。對(duì)此，西方部分國(guó)家已開(kāi)展光纖水聽(tīng)器的研究，并將光纖水聽(tīng)器陣列用于遠(yuǎn)程探測(cè)試驗(yàn)，取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，力求使其滿(mǎn)足實(shí)際裝備的需求。2007年，澳大利亞科學(xué)家開(kāi)展了16元光纖水聽(tīng)器拖曳線(xiàn)列陣海上試驗(yàn)；2008年英國(guó)QinetiQ公司在挪威海岸使用一條長(zhǎng)1.4km的256基元光纖水聽(tīng)器基陣進(jìn)行了海上試驗(yàn)；2008年，挪威Optoplan公司利用光纖水聽(tīng)器組成了200基元的聲納系統(tǒng)，并進(jìn)行海上試驗(yàn)。

3.2 線(xiàn)列陣組陣技術(shù)

線(xiàn)列陣是一個(gè)具有特殊分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它的整體結(jié)構(gòu)為線(xiàn)性，并包含大量的采傳節(jié)點(diǎn)，呈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)排列[7]。要形成一條高可靠性線(xiàn)列陣必須具備實(shí)現(xiàn)如下關(guān)鍵技術(shù)的能力：電噪聲干擾屏幕能力，高速同步數(shù)據(jù)采集能力，高速無(wú)失真?zhèn)鬏斈芰Α?/p>

到目前為止，我國(guó)仍然缺乏制造具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且實(shí)用化的高性能拖線(xiàn)陣成陣技術(shù)。在民用方面，國(guó)外對(duì)出口我國(guó)拖線(xiàn)陣存在嚴(yán)格的技術(shù)封鎖和限制，一些關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵信息我國(guó)都無(wú)法獲悉。在軍用方面，國(guó)外很早之前就開(kāi)始了相關(guān)的研究，多年以來(lái)成果顯著，比如美國(guó)的AN/SQR-19拖線(xiàn)陣聲納的線(xiàn)陣長(zhǎng)度已達(dá)千米，且監(jiān)視拖線(xiàn)陣系統(tǒng)（SURTASS）警戒陣線(xiàn)陣長(zhǎng)達(dá)1828m，陣增益高的多線(xiàn)陣以及采用光纖水聽(tīng)器和光纖作為傳輸介質(zhì)的全光纖陣列。

反觀(guān)我國(guó)相關(guān)軍用系統(tǒng)的現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，我國(guó)在很多方面都落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，比如自動(dòng)化程度方面、工作可靠性方面、性能指標(biāo)方面等。這些落后的現(xiàn)狀制約了我國(guó)拖線(xiàn)陣聲納在海洋權(quán)益維護(hù)以及國(guó)防建設(shè)的應(yīng)用，必須采取有效措施改變落后現(xiàn)狀。

3.3 信號(hào)處理技術(shù)

通過(guò)采用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)來(lái)提高拖線(xiàn)陣聲納的性能是解決對(duì)水下目標(biāo)遠(yuǎn)程探測(cè)的途徑之一。在主動(dòng)探測(cè)中，主動(dòng)發(fā)射聲波“照射”目標(biāo)，而后接收水中目標(biāo)反射回波以探測(cè)目標(biāo)和有關(guān)參數(shù)估計(jì)，根據(jù)海洋信道的不均勻性和時(shí)變性，研究海洋聲場(chǎng)多徑傳輸和混響技術(shù)，如基于發(fā)射信號(hào)設(shè)計(jì)的混響和多途抑制等技術(shù)。在被動(dòng)探測(cè)中，主要是被動(dòng)接收水中目標(biāo)產(chǎn)生的輻射噪聲以測(cè)定目標(biāo)方位和相關(guān)參數(shù)，為了提高檢測(cè)信噪比必須開(kāi)展噪聲抑制、多目標(biāo)檢測(cè)和時(shí)變多徑傳播等技術(shù)的研究。

當(dāng)前國(guó)際上關(guān)于噪聲時(shí)空特性分析及噪聲抑制等的信號(hào)處理方法，主要有自適應(yīng)濾波、人工神經(jīng)理論、混沌理論、小波變換、分維變換與時(shí)間反轉(zhuǎn)算法等。美國(guó)AN/SQR-19拖線(xiàn)陣聲納采用了能有效抑制本艇噪聲和多途干擾的時(shí)空聯(lián)合處理等信號(hào)處理技術(shù)，探測(cè)遠(yuǎn)程目標(biāo)距離達(dá)128km。多目標(biāo)檢測(cè)是復(fù)雜環(huán)境下對(duì)抗水中武器裝備和感知遠(yuǎn)程目標(biāo)的重要戰(zhàn)技性能，當(dāng)前主要的處理方法有參數(shù)模型法、正交子空間法等，尤其是基于貝葉斯理論的多目標(biāo)檢測(cè)新方法，可獲得很高的多目標(biāo)分離效果。

以上信號(hào)處理技術(shù)均與拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)遠(yuǎn)程目標(biāo)所獲時(shí)間增益有關(guān)，所獲時(shí)間增益越大，信號(hào)處理技術(shù)所能達(dá)到效果越好，考慮到各種技術(shù)的工程普適性，拖線(xiàn)陣聲納在探測(cè)目標(biāo)獲得時(shí)間增益所用信號(hào)處理技術(shù)主要為能量累積技術(shù)和窄帶濾波檢測(cè)技術(shù)[8，9]。

3.3.1 寬帶能量檢技術(shù)

在傳統(tǒng)寬帶檢測(cè)體制下，能量檢測(cè)器常被作為最佳檢測(cè)器用于高斯噪聲背景下高斯信號(hào)的目標(biāo)檢測(cè)。

其處理增益大于能量檢測(cè)器處理增益，所以在檢測(cè)具有強(qiáng)線(xiàn)譜的目標(biāo)時(shí)常使用基于FFT分析的檢測(cè)方法。

4 拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

由于低頻聲傳輸衰減小，而且潛艇降噪在低頻段能達(dá)到的效果要比在中高頻段差得多，同時(shí)消聲瓦對(duì)于目標(biāo)反射低頻信號(hào)強(qiáng)度降低也很有限。所以，發(fā)展和采用低頻、寬帶、大孔徑拖線(xiàn)陣、先進(jìn)的水聲傳播理論模型和信號(hào)處理方法，用更精致實(shí)用的海洋聲環(huán)境模型和物理特征，采用一體化最佳綜合配置的拖線(xiàn)陣聲納系統(tǒng)，創(chuàng)造出高性能數(shù)字智能型拖線(xiàn)聲納，可以使面臨挑戰(zhàn)的拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)技術(shù)獲得發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)水面/水下目標(biāo)遠(yuǎn)程探測(cè)。

4.1 進(jìn)一步抑制流噪聲對(duì)線(xiàn)列陣影響

發(fā)展和采用低頻、寬帶、大孔徑線(xiàn)列陣是提高拖線(xiàn)陣聲納探測(cè)遠(yuǎn)程水面/水下目標(biāo)最直接的方法，但是拖線(xiàn)陣是以對(duì)應(yīng)中心頻率半波長(zhǎng)為間隔布置該頻段所用水聽(tīng)器，增大聲陣孔徑就意味著增加陣長(zhǎng)，隨著陣長(zhǎng)的增加，在拖線(xiàn)陣直徑不變情況下，就要求增大拖線(xiàn)陣存儲(chǔ)空間。因而為了在搭載平臺(tái)有限的存儲(chǔ)空間中容納長(zhǎng)陣，減小艦船、潛艇和AUV/UUV等搭載平臺(tái)對(duì)拖線(xiàn)陣聲納性能的影響，就必須減小線(xiàn)列陣直徑，進(jìn)而發(fā)展小直徑細(xì)線(xiàn)拖線(xiàn)陣聲納，另外發(fā)展細(xì)線(xiàn)拖線(xiàn)陣聲納也可以線(xiàn)列陣的性?xún)r(jià)比[10]。因而細(xì)線(xiàn)拖線(xiàn)陣聲納是拖曳陣聲納，特別是潛艇和AUV/UUV等水下平臺(tái)拖曳聲納的主要發(fā)展方向。

但是拖線(xiàn)陣聲納在探測(cè)遠(yuǎn)距離探測(cè)目標(biāo)時(shí)，對(duì)探測(cè)效果起重大制約因素的是流噪聲[11-16]，拖曳的速度越高，線(xiàn)陣中水聽(tīng)器拾取數(shù)據(jù)中的流噪聲成分越強(qiáng)。在拖速大于10節(jié)時(shí)，流噪聲已經(jīng)成為限制低頻段聲納探測(cè)性能的主要因素，特別是對(duì)艦載拖線(xiàn)陣聲納，隨著拖曳速度的提高，其工作性能將大大下降，直至不可用。因此抑制拖線(xiàn)陣聲納流噪聲，就成了提高拖線(xiàn)陣聲納性能的關(guān)鍵因素之一。

拖線(xiàn)陣流噪聲主要由流激纜陣振動(dòng)和湍流邊界層（TBL）起伏壓力引起的兩大類(lèi)噪聲組成。對(duì)振動(dòng)流噪聲抑制主要通過(guò)設(shè)計(jì)隔振段、改進(jìn)水聽(tīng)器結(jié)構(gòu)和安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)湍流噪聲抑制主要集中在理論建模、實(shí)驗(yàn)測(cè)量上。根據(jù)流噪聲形成機(jī)理，技術(shù)處理上在水聽(tīng)器滿(mǎn)足工作穩(wěn)定性、可靠性和高接收靈敏度前提下，盡可能選擇低的加速度靈敏度值，盡可能減小水聽(tīng)器直徑，增加護(hù)套表面與水聽(tīng)器接收面之間的距離；在護(hù)套滿(mǎn)足強(qiáng)度要求情況下，盡可能采用柔軟黏彈性材料，材料切變波衰減因子盡量大，在護(hù)套內(nèi)外適當(dāng)位置添加其他阻尼結(jié)構(gòu)件降低呼吸波能量傳輸；采用高性能隔振模塊來(lái)隔離拖纜抖動(dòng)和尾部擺動(dòng)等產(chǎn)生的低頻流噪聲[17，18]；研究高性能水聽(tīng)器成組化技術(shù)，利用M個(gè)水聽(tīng)器形成一組，作為一個(gè)通道輸出，使其通道直接流噪聲降低至1/等等，進(jìn)一步降低流噪聲對(duì)細(xì)線(xiàn)拖線(xiàn)陣聲納影響，提高細(xì)線(xiàn)拖曳聲納對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)的探測(cè)性能。

4.2 采用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)

以模基處理技術(shù)、環(huán)境自適應(yīng)處理技術(shù)、寬容性信號(hào)處理技術(shù)、匹配場(chǎng)過(guò)濾技術(shù)和數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)等為代表的現(xiàn)代聲納信號(hào)處理技術(shù)[19-29]對(duì)提高拖線(xiàn)陣聲納遠(yuǎn)程探測(cè)目標(biāo)起著重要作用。傳統(tǒng)的聲納信號(hào)處理一般是建立在簡(jiǎn)單的聲傳播模型（均勻介質(zhì)，直線(xiàn)傳播）的基礎(chǔ)上，而實(shí)際的聲傳播模式復(fù)雜多變。通過(guò)開(kāi)展復(fù)雜多變海洋環(huán)境條件下聲傳播機(jī)理和特性研究，結(jié)合對(duì)水聲信道參數(shù)測(cè)量，建立實(shí)時(shí)適應(yīng)環(huán)境的水聲信道模型，再以此為基礎(chǔ)采用多信息融合的聲納信號(hào)處理手段進(jìn)行處理分析。通過(guò)上述“模基處理”來(lái)獲得更大的實(shí)際處理增益，在模型匹配很好時(shí)達(dá)到最佳探測(cè)效果。

另外，理論和實(shí)驗(yàn)證明，水下目標(biāo)輻射噪聲含有豐富的低頻線(xiàn)譜成份[8，9]，通常線(xiàn)譜譜級(jí)比連續(xù)譜譜級(jí)要高出 10～25dB。在小信噪比下，基于寬帶能量累積的常規(guī)被動(dòng)聲納探測(cè)技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足遠(yuǎn)程探測(cè)的需要，在高斯寬帶噪聲背景下，研究有別于寬帶能量累積的目標(biāo)探測(cè)方法，以便利用目標(biāo)輻射噪聲中的線(xiàn)譜成份實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程目標(biāo)的探測(cè)[26-29]。所以，在拖線(xiàn)陣聲納在探測(cè)目標(biāo)獲得時(shí)間增益所用信號(hào)處理技術(shù)方面，需要對(duì)各頻率單元波束輸出結(jié)果進(jìn)行特征信息分析，提取不同頻率單元波束輸出結(jié)果所具有的不同特征信息，然后對(duì)各頻率單元波束輸出結(jié)果進(jìn)行信息融合，綜合寬帶能量累積和FFT分析對(duì)目標(biāo)檢測(cè)所具有的優(yōu)勢(shì)，克服寬帶能量累積和FFT分析對(duì)另一情況下存在的檢測(cè)性能不足，得到高增益寬容性信號(hào)處理技術(shù)。

現(xiàn)代聲納系統(tǒng)是典型的多傳感器系統(tǒng)，多個(gè)傳感器獲得的大量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合處理可以極大提高聲納系統(tǒng)信息的綜合利用程度，提高遠(yuǎn)程信息感知能力。日新月異的數(shù)據(jù)處理軟硬件技術(shù)的發(fā)展為數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，大力采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)己成為現(xiàn)代聲納的發(fā)展特點(diǎn)。目前，數(shù)據(jù)融合技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是多目標(biāo)跟蹤，它充分利用多傳感器的探測(cè)結(jié)果，可靠準(zhǔn)確地估計(jì)目標(biāo)狀態(tài)。對(duì)聲納內(nèi)部的聲信息進(jìn)行融合處理，將能更有效、更全面地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的遠(yuǎn)程探測(cè)、定位、跟蹤和識(shí)別。

4.3 多平臺(tái)協(xié)同探測(cè)

隨著編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的發(fā)展[30-32]，潛艇、水面艦船、AUV/UUV等的水下隱蔽通訊及信息綜合成為優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)和多平臺(tái)與多傳感器的聯(lián)合探測(cè)是未來(lái)水下戰(zhàn)的有效作戰(zhàn)模式。例如，在某一水海域展開(kāi)作戰(zhàn)，首先利用潛艇、水面艦船、AUV/UUV搭載拖線(xiàn)陣聲納以編隊(duì)形式進(jìn)行聯(lián)合探測(cè)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離水面與水下立體搜索、消除盲區(qū)，形成水面與水下立體區(qū)域警戒與通信系統(tǒng)；其次，由立體區(qū)域警戒與通信系統(tǒng)將水面/水下目標(biāo)、敵方潛艇信息傳送至衛(wèi)星或編隊(duì)，指揮系統(tǒng)快速將相關(guān)命令下達(dá)給作戰(zhàn)編隊(duì)。可以肯定，對(duì)多拖線(xiàn)陣聲納協(xié)同作戰(zhàn)的研究和實(shí)踐將為水面/水中目標(biāo)探測(cè)、海軍作戰(zhàn)和海洋開(kāi)發(fā)帶來(lái)巨大變革和廣闊前景。

另外，對(duì)于主/被動(dòng)聯(lián)合探測(cè)方式的拖線(xiàn)陣聲納，相比單平臺(tái)探測(cè)，多平臺(tái)探測(cè)具有收發(fā)分置的靈活性，受混響的影響小，不易被目標(biāo)發(fā)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，在較大范圍內(nèi)布置較多的接收拖線(xiàn)陣，近而大大地?cái)U(kuò)展了探測(cè)范圍，提高了對(duì)目標(biāo)的探測(cè)效率。

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