Page 15 - 《应用声学》2021年第4期

第 40 卷 第 4 期 张朝金等： 国际监测系统水听器台站监测能力分析 499

of the historical data. Furthermore, based on the passive sonar equation, the detection range for the submarine
and underwater explosion can be calculated from the factor of merit. The results illustrate that, only the quiet
submarines less than 1 km distance from HA11 can be detected, whereas the explosions in most area of the
North Pacific can be monitored by the station HA11 even though its equivalent weight only 1 kg. When a
submarine itself has a higher source level or the source level increases due to the increased speed, it is possible
to have a certain detection capability which is still tiny. Therefore, the existing IMS hydrophone stations have
limited detection capability for submarines due to the low level of radiated noise of submarines. Since the sound
source level of underwater explosions is much higher than that of submarines, most of the explosive signals in
global ocean propagate in SOFAR channel and can be monitored by the hydrophone stations.
Keywords: Acoustics; IMS; Submarine radiation noise; Underwater explosion; Monitoring ability; Sonar
法依旧是潜艇探测的主要方式。IMS 水声台站可全
0 引言
天候值守，实现持续的监测，将水声台站用于潜艇的
1996 年 9 月 10 日联合国大会通过了《全面禁 实时持续监测具有重要的军事意义。
止核试验条约》(Comprehensive Test Ban Treaty, 为评估 IMS 水听器台站对潜艇目标和爆炸事
CTBT)，国际监测系统 (International monitoring 件的监测能力，本文从声呐方程出发，将通过分析
system, IMS) 建立了以监测地震波、水声、次声以 IMS 水听器台站附近的噪声级，调研潜艇辐射噪声
及放射性核素等为主的监测技术手段来保证条约 源级，并利用基于抛物方程声场计算方法实现传播
的有效执行。在各类型监测台站中，依据良好的水 损失预测，估计IMS位于威客岛(Wake Island)的水
听器台站 HA11 对潜艇和爆炸不同的探测能力。文
下深海声学定位和测距(Sound fixing and ranging,
SOFAR) 信道传输能力，水声台站通过声压传感器 章首先介绍水听器台站的基本信息，然后从被动声
有效拾取水下 SOFAR 信道中微弱声压力信号或通 呐方程、声场仿真方法以及 HA11 附近的环境噪声
过拾震器拾取陡峭海岛上由声波转换的地震信号， 级等3 个相关层次介绍IMS水声台站监测能力的分
可凭借较少的监听设备实现对广大海域的监测，因 析方法。根据仿真与实测数据给出IMS水听器台站
而成为监测小岛、沿海大陆地下核爆与水下核爆等 对爆炸声源和潜艇活动的监测范围。
突发事件最直接、最有效的技术手段之一 [1−2] 。同
1 IMS水声台站
时，这种对世界海洋连续的、实时的监测也可为地
震 [3] 、火山喷发 [4] 、鲸鱼发声 [5] 、南极冰山破裂 [6] IMS的11个水声台站已经全部投入使用，包含
等事件的研究提供可靠的数据支撑。IMS水声监测 6 个位于水下的 H-相(水听器) 台站和 5 个位于海岸
网络由 11 个水声台站组成，其中包括了 6 个基于水 或岛屿的 T-相(地震)台站，分布在9个不同的国家，
听器阵接收的水听器台站和5 个基于拾震器接收的 如图1所示，台站位置的详细信息在表1中给出。水
T-phase台站 [2] 。 听器台站主要分布在南半球，唯一在北半球的水听
由于潜艇良好的隐蔽性和较大的自给力、续航 器台站为位于威客岛的HA11。
能力以及作战半径，其作为新型武器在现代战争中 80ON
发挥着越来越重要的作用，基于潜艇的侦查和反侦
40ON HA02
察研究也越来越得到人们的重视。对潜艇的探测一 HA07
HA05
直是各国海军十分关注的领域，也是水声工作者的 0O HA06 HA11
重要研究方向。随着潜艇减振降噪技术研究的不断 HA03 HA10 HA08
40OS HA01
深入和综合治理工作逐步实施，潜艇的主要噪声源， HA09 HA04
如机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声，辐射源级 80OS 0O
已经大大降低，安静型潜艇、无噪声航速等新概念 120OW 60OW 60OE 120OE
不断涌现。虽然各类新的检测技术和实现途径，例
图 1 IMS 水声台站位置
如航空磁探潜 [7] 、涡流场检测技术 [8] 、红外探测技 Fig. 1 The locations of IMS hydroacoustic sta-
术 [9] 等也应用于潜艇的探测，但传统的声学探测方 tions