总第273期2017年第3期舰船电子工程Ship Electronic EngineeringVol. 37 No. 31蛙人探测声呐发展现状及关键技术$徐瑜倪小清夏红梅杨鹏(海军陆战学院训练部广州510430)摘要蛙人探测声呐的建设与发展是反蛙人装备体系建设中的一个非常重要的环节。
论文首先通过分析蛙人声散 射特性和被动声学特性阐述了蛙人探测声呐工作的物理基础;其次，分析了国内外蛙人探测声呐发展的现状，并就当前蛙人 探测声呐系统的关键技术及解决方案进行了展望。
关键词蛙人探测声呐；蛙人声学特性；抗混响；目标跟踪与识别中图分类号U666. 7 DOI ：10. 3969/j. issa 1672-9730. 2017. 03. 001Current Status of Diver Detection Sonar and Key TechnologiesXU Yu NI Xiaoqing XIA Hongmei YANG Peng(Department of Training，Naval Marine Academy，Guangzhou 510430)AbstractDevelopment and construction of diver detection sonar is an important part in anti-diver equipment systemconstruction. Firstly, the physic base of diver detection sonar working mechanism is analyzed based on the introduction of diver active and passive acoustic characteristics. Secondly, the current status of diver detection sonar at home and abroad is analyzed, and the current key technologies and solution of diver sonar system is also summarized.Key Words diver detection sonar, diver acoustic char Class Number U666. 7i引言蛙人，即人们俗称的“水鬼”，是各国军队中最精锐，也是最神秘的部队，具有隐蔽性好、突袭机动 等优点，已逐渐显示其应用于“非对称战略”的优越 性。
特别是随着现代科学技术的迅速发展，各种水 下蛙人装备不断推陈出新，对海军的水面舰艇、军 用港口、码头和军事设施等造成了严重威胁。
例 如，1964年越南蛙人用磁性水雷炸沉美国“卡德” 号航母;1994年哈马斯组织派遣蛙人袭击以色列 一处海岸岗哨站;2008年泰米尔猛虎组织的海虎 突击队员突破层层防护使用一枚水下炸弹炸伤了 一艘斯里兰卡海军的军舰等。
这样的例子还有很 多。
为了对付这种日益增加的威胁，世界各海军国 家近年来加大了对发展新型反蛙人装备的研制和 开发工作，一批新型的反蛙人装备纷纷问世。
其 *anti-reverberation, target tracking and recognition 中，反蛙人水声探测装备的建设与发展又是反蛙人 装备体系建设中的一个非常重要的环节。
因此，对 于水下蛙人的声学特性、反蛙人水声探测装备的工 作原理和发展现状以及反蛙人水声探测装备的关 键技术进行深入分析研究，可为我海军发展反蛙人 水声探测装备提供参考，具有重要的军事意义和军 事实用价值。
2蛙人声学特性分析2.1蛙人声散射特性分析蛙人散射特性的研究是蛙人探测声_信号处理技术研究的重点领域，国内外研究机构已经进行 了一系列相关研究。
蛙人目标不同于水雷、舰船等 现有声响设备针对的目标，其目标散射特性在不同 频率时具有不同的特点。
目前对蛙人声散射特性 的研究，主要是采用水池试验和海上试验的方式进*收稿日期=2016年9月3日，修回日期：2016年10月14日作者简介:徐瑜，男，博士，讲师，研究方向:数学建模与计算机仿真。
倪小清，男，博士，讲师，研究方向:数学建模与计算机仿真。
夏红梅，女，硕士，讲师,研究方向:数学建模与计算机仿真。
杨鹏，男，博士，副教授,研究方向：信号与信 息处理、数学建模与计算机仿真。
2徐瑜等:蛙人探测声呐发展现状及关键技术总第273期_ 〇 _____|____|_____|_____|_____|_____~ 0 5 10 15 20 25 30时间(s)(b)实采的蛙人辐射噪声信号图1水池实验与实采蛙人辐射噪声信号3蛙人探测声呐发展现状目前，国内外对蛙人主要采用的是主动方式 进行探测，采用被动方式探测蛙人仍然处于实验 研究阶段。
随着现代声呐技术的发展和进步，新 一代声呐具有更先进的探测性能和更远的探测距 离，一些高科技声呐还具有相当高的分辨率，能够 认识蛙人和可疑水下航行体。
下面以各主要军事 强国为例，简要介绍一下各国蛙人探测声呐的发 展状况[7〜10]。
美国海军应用的“冥府守门狗360”具备自动 探测、分类和跟踪水下威胁的功能，该系统的声呐 单元能在800m 范围内对蛙人进行探测，并且可以 在水下500m 距离内识别出人类所特有的胸腔。
该系统的一个独立单元就可以覆盖360°范围，这些 声呐单元可以悬挂在船舷两侧为舰船提供保护，也 可以把许多单元部署在海床上，形成一道警戒线， 保护海港和航道的安全。
根据这种布放方式，使系 统的侦察范围延伸到了 lk m 之外。
英国的手持式蛙人侦查系统（DRS )能够在 l 〇〇m 深度工作，D R S 系统的探测主传感器是一部 前视高频(500kHz )电子扫描声呐，一般情况下该 声呐能够在230m 距离上探测到一个一25d B 的目 标，导航系统采用长基线主动声学发射方式，通过 该技术，导航误差可以控制在0. 5m ，最大导航距离 可达1200mo以色列的蛙人探测声呐（DDS )是一款能远距 离探测闭式呼吸蛙人的可靠系统[9]，可以在强烈的 海洋噪音和水生物混响条件下保持最低的虚警率， 平均一周只有一次左右。
对于一个携带闭式呼吸 装置的蛙人，D D S 最小的探测距离达到700m ，可 以为警卫人员至少提供15min 〜20m in 的反应时 间，以阻止蛙人入侵。
对于动静更大、使用开放式 呼吸器的蛙人，D D S 的探测距离达到1000m 〜 1200m 。
对于有动力系统的蛙人运载器(SDV )，因 为有更大的噪音信号传递，D D S 的探测距离能够 延伸 1400m 〜2000m 。
行，通过实采数据进行分析研究[1〜5]。
例如，Hous ton 通过水池实验 ，测量了不 同频率蛙人携带氧气 瓶的目标强度，从实验结果可以看出，在20k H z 以 上，目标强度较大。
Hollett 给出了 100kH z 时蛙人 目标散射回波强度的海上测量结果，闭式呼吸器蛙 人目标强度仅有一 20dB 〜一 25dB ，开式呼吸器虫圭 人呼出气泡的强度约为一 15dB 。
大连测控技术研 究所张波等通过码头试验[2〜3]，测得了 75kH z 频率 下蛙人目标强度，其中开式呼吸情况下对目标回波 贡献最大的气泡群目标强度大于一 16. 9dB ，干式潜 水服目标强度测量值约为一 17dB ，开式呼吸用呼吸 气瓶目标强度约为一 24dB ，而蛙人目标强度约为 一27. 2dB ;如果蛙人穿湿式潜水服，采用闭式呼吸， 蛙人目标强度会大大减小，小于一25dB 。
这些理论 与实验研究基本确立了蛙人散射模型的基本理论。
2.2蛙人被动声学特性分析相对于主动探测技术，水下蛙人的被动探测技 术研究较少[6]。
例如，美国Ste vens理工学院海洋 安全实验室的研究人员系统地研究了开式呼吸器 辐射的声信号以及利用它探测水下蛙人目标的原 理[1]，做了大量的相关实验，并得到了一些重要结 果。
他们认为，蛙人水下呼吸辐射声信号主要是由 呼吸调节器的一级头(高压阀）和二级头(低压阀) 引起的，这种声信号随着蛙人的呼吸频率表现出周 期性特征，并利用这种特征探测、定位水下入侵蛙 人。
国内的中科院声学所亦对蛙人辐射噪声特性 开展了卓有成效的研究，通过水池实验获取了大量 蛙人辐射噪声数据，并进行了特征分析。
图1所示 为中科院声学所某次实验与所获取的蛙人辐射噪 声信号图。
通过对蛙人辐射噪声信号分析可知水 下蛙人辐射声信号的两个基本特征:一是蛙人吸气 和呼气均辐射声信号，吸气时辐射的声信号频率较 高，而呼气时辐射的声信号频率较低，能量较小，不 利于对蛙人的被动探测;二是蛙人呼吸时产生的高 频信号成分的能量远大于环境噪声的能量，信噪比 较高，且具有明显的周期性。
简单地说，实际采集 的蛙人呼吸声信号主要由高频信号成分组成。
(£H f j假2017年第3期舰船电子工程3加拿大C-T E C H公司生产的CSDS-85是其生 产研制的第3代蛙人探测声_，工作频率为80kHz，探测范围在 250m、500m、1000m、1500m、2000m，档位可选，且具有360°水域全向监视或扇 面监视范围，可选垂直面内波束倾斜控制。
俄罗斯、乌克兰的MOK-A水声系统是主动发 射的海洋警戒装置，用于检测非法进入的潜水器、蛙人及水面运载器等。
该系统采用匹配场设计原 理，最大的特点是可以探测带吸声材料的隐身蛙 人，探测距离达l〇〇m左右。
国内对蛙人探测声响的研究是近几年来才逐 渐展开的。
首先开展蛙人探测声响研制的是中科 院声学所。
中国和乌克兰共同研制的TRONKA 声口内已在乌克兰获得专利，在第聂伯河及黑海都进 行了试验，产品已经定型，应用前景广泛。
2008 年，该系统在青岛奥帆赛的水下安保中得到了成功 应用。
2010年，上海船舶运输科学研究所与中国 科学院声学所联合研发生产的2010型反蛙人探测 声口内，该声响系统覆盖范围从90°升级为180°，工作 频率为70kHz，宽带滤波器带宽为10kHz，有CW 以及线性调频LFM两种信号形式，带宽从4kHz〜 20kH z不等，能很好地调节分辨率与作用距离的关 系，达到较好的状态。
为了很好地匹配水下复杂地 形，它还能调节垂直相控发射，最大调节为±15°。
在混浊水域条件下能有效探测水下危险目标，探测 距离大于200m(清澈水域探测距离达到500m以上），并能够进行自动跟踪识别，当入侵目标进入有 效探测区域时立即给出报警。
