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光纤水听器:反潜侦听的“水下长城”

2018-06-15 17:08 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:瑷敏工作室

  策划:白璐

  监制:光明网科普事业部

  在今年5月初举办的中国国际国防电子展上,我国研究人员公开展示了光纤水听器岸基阵列的实物图片。光纤水听器是一种建立在光纤传感和光电子技术基础上的水下声信号探测器。主要利用相关检测技术,把水声信号转换成光信号,进而对汪洋大海中的各种声响进行高灵敏度侦听。随着光纤水听器工程应用的日渐成熟,这双洞察汪洋的“智慧之眼”,堪称水下反潜侦听的“钢铁长城”。

光纤水听器:反潜侦听的“水下长城”

  “无声”战场呼唤灵敏的“耳朵”

  看似祥和的大海,其实从来都不平静。游荡在水下的潜艇仿佛水中的“隐身战机”,对水下声信号的侦听提出了越来越高的要求。2009年2月,英国“前卫”号核潜艇与法国“凯旋”号核潜艇在大西洋深海上演了“深情一吻”。当时两艘潜艇均在水下航行,碰撞发生时潜艇上共有约250名乘员,可就是没有一个人利用声呐装置发现对方。

  声波不仅是目前人类唯一知道的能在水中远距离传播的物质,当在水中遇到物体时,还会被反射回来。不同频率的声波,在水中被吸收和反射的程度也不同,人们于是根据声波这一特性发明了声呐。近年来各类“悄无声息”的先进潜艇先后加入现役,利用传统声呐装置进行侦听的难度大大增加。反潜作战这个“无声”战场也成为各国海军公认的难题之一。

  光纤水听器是一种建立在光纤传感和光电子技术基础上的水下声信号探测器。它通过高灵敏度的光纤相干检测技术,如同魔术师一般直接把水声信号变换成光信号,并通过光纤传输至信号处理系统。经过后续处理,我们就能从看似宁静的信号中提取出海洋中“不速之客”的独有声响。

  “光纤水听器时代”已经到来

  早在1937年,研究人员就发现了深海中存在着一个能让声波传输到更远距离的“深海通道”。在“深海通道”和反潜技术发展的基础上,美国海军研究实验室于1977年发表了光纤水听器的首篇论文,开启了属于光纤水听器的水下侦听新时代。此后,美国海军研究实验室开始执行光纤传感器系统计划,光纤水听器是该实验系统的重要内容之一。

光纤水听器:反潜侦听的“水下长城”

  美国海军在“流动噪声驳船”系统上对塑料芯轴光纤水听器进行了第一次海上实验,并于1983年7月在巴哈马群岛成功部署。其后,美国海军相继进行了多次拖曳式光纤水听器阵列的海上实验,并取得了重大成功。伴随着美国海军研究实验室正式制订潜艇用“光纤水听器系统标准”,光纤水听器也开始了向实用武器系统的巨大迈步。

  作为未来水下侦听系统的重要发展方向,英国、法国、意大利等国也相继开展光纤水听器领域的研究。光纤水听器能有效克服传统声呐需要大量水下电子元件、价格高、重量大、密封性不好等问题,能有效提高水声信号的侦听精度和系统的稳定度。这也难怪有研究人员曾自豪地说:“属于光纤水听器技术的时代已经到来!”

  英国海军主要聚焦利用阵列进行浅海监视和海岸线监控技术,已经成功研制出光纤海底阵系统,可实现远距离组建的光纤水听器阵列技术具有巨大的应用前景。法国、意大利与挪威合作执行全光纤光纤水听器线阵计划,旨在发展静态光纤水听器阵列,后来继续发展成为欧洲长期防卫联盟项目的一部分。

  立体反潜“水听网”呼之欲出

  与传统水听器相比,光纤水听器可谓“好处多多”。由于能把大量信号从一根光纤里传输,光纤水听器具备形成大规模阵列的“特殊能力”。此外,光纤水听器的模块单元也可灵活设计,且响应带宽宽、灵敏度极高,在信号传输和单元布设时还无需担心电磁环境的干扰,具备组建形成光纤水听器大规模探测阵列的巨大潜力。

  光纤水听器与反潜巡逻机和反潜舰艇“强强联合”,就能形成一张洞察汪洋的立体反潜“水听网”。未来还可以把光纤水听器与陆地地面侦听站和空天探测卫星编织成的一张天、地、海的综合探测网,或将成为“军事物联传感网络”的重要组成部分。

  光纤水听器不仅可用于反潜作战和水下武器试验,成为水下反潜侦听的“钢铁长城”,在民用领域也是一位“多面手”。此前美国研究人员就与英国防卫研究局成功开发出一套海洋陆地钻孔成像系统,这个系统依托全光光纤水听器,可用于地下石油或天然气勘探。检查海洋平台、水下储油罐、海底电缆、海底输油管线等设施是否出现故障,光纤水听器也能大显身手。此外,光纤水听器还可用于海洋地震波检测和海洋环境检测,必将在军民用领域发挥日益重要的作用。(以上图片来源于网络)

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[责任编辑:赵清建]

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