反蛙人声呐技术结构分析

　　0 引言

　　现代海战中，蛙人在攻击港湾停靠舰船、对近岸地带实施两栖侦察等任务中有着其他海军武器装备所不可取代的巨大作用。正是由于蛙人对舰船及其他海上设施的巨大威胁，反蛙人声呐系统的研制开发成为许多国家重点投入力量的军事项目。本文将围绕反蛙人声呐系统中频率选取、数据传输、信号处理、目标跟踪识别技术以及配套的蛙人驱逐装置等方面，较为详细地介绍1种可以实现远距离实时自动跟踪、报警的反蛙人声呐及其配套设施。

　　1 反蛙人声呐系统结构

　　系统主要组成部分包括水下部署的高频发射换能器、窄波束接收换能器基阵以及数据采集模块，码头或甲板上的控制与数据处理装置以及大功率供电系统。

　　图1为水下发射与接收系统的结构框图，其中各部分主要参数如下:

　　信号中心频率: 100kHz;

　　波束水平指向性开角: 2°;

　　垂直指向性开角: 10°～12°;

　　实时采样率: 20MS/s。

　　图2为控制与数据处理系统的结构图，其中各部分参数如下:

　　数据传输速率: 200Mbit/s;

　　传输误码率: 10-12;

　　电源功率: 5kW。

　　2 反蛙人声呐系统技术分析

　　2.1 中心频率选取

　　声呐应用中，工作频率越高，系统方位分辨率越高，对小目标的探测和识别就越准确。但是，由于水下声信号传播过程中，吸收衰减与信号的频率成正比，这就限制了作用距离。

　　海上试验测得了蛙人目标强度[1]，测试频率为100kHz，使用闭式呼吸器时，蛙人目标强约为-20～-25dB，开式呼吸所产生的气泡群目标强度约为-15dB。

　　大连测控技术研究所张波等人通过码头试验[2]，测得了75kHz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-16.9dB; 开式呼吸用呼吸气瓶目标强度约为-24dB; 而蛙人身体目标强度约为-27.2dB。

　　综合考虑以上因素，选择中心频率为100kHz，频带宽度大于30kHz的声呐换能器基阵，可实现作用距离大于500m的远距离高精度蛙人探测。

　　2.2 数据传输

　　为实现高精度蛙人探测，提高系统方位分辨率并满足水平方向不小于270°的探测范围，接收换能器基阵至少需要由135个阵元构成。结合采集系统采样率参数，不难计算出整个系统庞大的数据传输量。另外，由于作用距离的要求，电缆长度至少要达到1km。如果使用传统的铅铜复合电缆或同轴电缆在满足带宽和机械强度要求的前提下，电缆直径将会相当惊人。在20世纪80年代初，成功论证了海洋中低衰减光纤拖曳电缆的可行性之后，光纤成为了现代声呐数据传输的主要媒介。根据公式: