潛艇上的聲吶兵是如何工作的?

金樓家Kening


人們對他們不瞭解的東西都感到比較好奇。比如說潛艇,潛艇作為水中的幽靈殺手,他的工作方式和相關信息不會引起人們的好奇,而在潛艇中工作的士兵也是受人矚目的。而在其中有一種特別的兵種,更是引起了人們極大的好奇心。他就是聲納兵,被譽為潛艇的耳朵。在介紹聲納兵的工作之前,先介紹一下聲納的原理。

其實聲吶和雷達一樣。都是採用一定的介質來探索四周的物體。當物體與物體的距離超過冷眼所能到達的範圍之後,老妹你就需要想辦法藉助其他物質,來探索前方眼睛看不到的東西。在空氣中人們發現了一種介質,在空氣中傳導衰減程度低,適合作為探索的介質使用,這就是雷達的探索介質-電磁波(也叫雷達波),電磁波在碰到障礙物後會進行反彈,將反彈回來的電磁波經過一定手段的處理,就可以大體知道前方物體的相關信息,比如說物體的密度,物體的大小,物體位置,物體的速度之類的。雷達的工作原理和蝙蝠的超聲波探路相似。而到了水中電磁波衰減的比較嚴重,這樣水下工作的機械不能採用雷達進行探索,人們就需要改進探索的介質,後來就發現聲波在水中可以傳的很遠,而且衰減程度低,於是聲吶就以聲波作為探索介質。

而潛艇上聲納兵的工作就是通過儀器接收反彈回來的聲波,然後將這些聲波根據自己的經驗來分析,來最終確定自己方的潛艇應該做出下一步的操作。雖然說現在人工智能已經發展到了很高的水平,但是再先進的人工智能系統也代替不了人的經驗。

聲吶根據他的工作方式不同,可以分為主動聲吶和被動聲吶。一般在潛艇航行的時候,尤其是作戰的時候,都是採用被動聲吶,主動聲納很少開啟。被動聲吶是自身不發出聲波,而是通過聲吶儀接收到的其他方向傳過來的聲波來進行分析。主動聲吶,就是自身發出聲波,然後通過聲波的反射來判斷前方的信息。主動聲納一旦開啟就相當於將自己的位置暴露給了敵方。所以水下潛艇在作戰的時候肯定不會開啟主動聲吶,而且為了減少被對方發現的幾率,所有不必要的設備都停止工作,潛艇上的人員也不能隨便走動。


沐風談兵論道


雖然我們從表現潛艇的軍事片中經常能看到聲吶兵一副全神貫注的如同神臨大敵的樣子,可普通人依舊對於聲吶乃至聲吶兵感到很陌生。可依然他們是幹什麼的以及為什麼能這麼幹,感到很茫然。那麼現在陽仔就幫大家簡單瞭解一下他們吧。

什麼是聲吶?

聲吶的全稱是聲音導航與測距,它是利用了聲波在水中的傳輸特點,再通過一系列的電聲信息傳播轉換,完成水中探測和信息傳遞的設備。作為一種利用聲波探測目標的裝備,聲吶最早是由英國人投入使用的。

一般而言,雷達通過發射電磁波承擔著探測任務,而在水中電磁波由於衰減的太過厲害反而不是十分理想的一種探測介質。因而聲波代替了電磁波,承擔起了在水中的探測與信息傳遞任務。

聲波由於波長短所以在水中的衰減十分的小。舉個例子,在海中引爆一個水雷,水雷所產生的聲波可以傳播至幾萬公里外。所以以聲波為主聲吶作為水中接受信號以及探測信息就顯得十分的優異了。

這種技術第一次運用於實戰是在第一次世界大戰期間,它被安裝在船上用來探尋敵方的潛伏在大海中的潛艇。現在潛艇上的聲吶除了能夠檢測敵艦的位置外,也能識別己方應用於通訊網絡。

當然了,聲吶的作用遠不止於作用於潛艇之上。目前它也結合著人工智能的發展向著智能化的方向發展。期待它能在未來展現出更多的作用造福世間。





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指揮艙是潛艇的大腦,也是艇內相對寬敞的地方,這裡的空間要容納潛艇的主要指揮官(艇長、政委、副艇長、副政委)以及掌管潛艇方向的舵信技師和監聽四周動靜的聲納兵。 潛艇聲納師是監聽四周動靜的 如果把雷達比作飛機、艦艇的眼睛,聲吶則是水下潛艇的耳朵。沒有聲吶兵提供準確參數,潛艇只能在海面航行,就談不上隱蔽性。






許多人把噪聲汙染和水汙染、空氣汙染並稱為三大汙染。然而,在上百種噪聲源傳出聲波組合成的噪聲裡,要聽出機器的轟鳴、海豚的歌唱、魚群的嬉戲…… 對於一個聲吶兵來說,水中的噪聲就像一盞燈,在漆黑的海水中將各種物體照亮,而這盞燈有多亮、能照多遠,則取決於聲吶兵噪聲知識的功底。


K異君


聲吶兵是極富傳奇色彩的角色,帶耳機、看屏幕看似輕鬆,其實他們真不是一般人。電視劇《暗算》中王寶強飾演的阿炳守在產房門口,聽了兒子出世後的第一聲叫聲,認定孩子是隔壁老王的種,他無顏面對家鄉父老,選擇了自殺。這個片段當然是一種藝術加工,但現實生活中的確有這麼一群聽力天才,那就是聲吶兵。他們能從幾百種聲音中辨別出發聲體的屬性,能夠聽出同一型號裝備水下發聲的異同與工作狀態,通過與顯示屏信息的比對,能夠迅速確定目標的方位和距離。

培訓中的聲吶女兵

聲吶兵不可能都像阿炳那樣天賦異稟,雖然他們的聽覺感知能力高於常人,但也需要長期複雜的專業培訓。一個成熟的聲吶兵需要進行3-5年的專業培訓,高強度訓練時,能夠練到耳朵發炎出膿,練到焦慮失眠。聲吶兵淘汰率非常高,能夠留下的都是精英。一個潛艇配備約3名聲吶兵,他們的職務包括聲吶員、聲吶技師或者技術軍官,能夠勝任工作的都是服役相當年限的老兵。

軍種聲吶兵大咖

聲吶兵對於潛艇來說太重要了。作戰模式下,開主動聲吶相當於主動找死,可以說,被動聲吶與聲吶兵是潛艇水下作戰的唯一信息來源,聲吶兵不僅要能辨別各種噪音的來源,還得了解航海知識、熟知各種海軍裝備的性能與態勢、懂得潛艇作戰戰術、明白指揮員的意圖,這樣才能給出最為精確專業的判斷。

王牌聲吶員

潛艇水下接敵時,全艇需要保持靜默,關閉不必要的設備,人員定崗定位,不能隨意走動,更不得發出噪音。發出大的聲音會被對手的聲吶員聽到,還會干擾本艦聲吶員的工作;隨意走動會改變潛艇的重心,改變航行軌跡,暴露目標。所有人的焦點都在聲吶兵的身上,在深邃的海底隱藏自己,尋找敵人。有的老兵說,這個時候真的屁都不敢放,其實人在高度緊張時真的不可能那樣放縱身體。

老兵開掛操作中

聲吶兵又是最“輕鬆”的兵,潛艇中的體力活與他們無關,享用獨立艙室,保持每天8小時以上睡眠,讓聲吶員的耳朵充分休息。還要時常對耳朵做一做按摩,保持耳廓肌肉活血放鬆,使得這臺人肉機器能夠隨時投入戰鬥。雖然潛艇發展了好幾代,計算機性能越來越好,人工智能也吹噓得那麼厲害,但是機器仍然代替不了人的耳朵、大腦與經驗。


紅龍軍團長


潛艇對外的聯絡觀察主要分水面和水下。水面的手段比較多,包括人員觀察(望遠鏡)、雷達、無線電等,但是很容易暴露,一般離港後都是潛入水下。

由於無線電在水中傳播非常有限,遠不如聲音,所以各類聲吶就是主要工作手段。包括艇首聲吶(圓柱形/球形)、拖曳聲吶、舷側聲吶基陣、舷側遠程長聲吶基陣等。通過艇內的反潛指揮控制中心來掌握。


負責反潛顯控臺的就是聲吶兵。雖然現代潛艇都有自己的計算機系統,但是因為每艘潛艇的聲紋是不一樣(類似人的指紋),而且海流地形等產生的噪音也需要偵聽。這就需要聲吶兵必須有一雙非常好的耳朵。

通過高清晰耳麥搜索信息。綜合聲音梯度儀和目標移動分析(TMA)來綜合分析判斷。因為聲吶是水下最主要的聯絡工具和偵查工具。對外魚雷射擊、蛙人出擊、浮潛進出港都需要不同聲吶的支持,所以這個崗位至關重要,所有情報都需要進入指揮中心,供首長分析,下定決心。


礪劍堂


在一艘潛艇一生的時間裡,絕大部分時間都在水下。而在水下時,因為GPS系統無法運作, 在水下,潛艇使用慣性制導系統(電動,機械),通過使用陀螺儀從固定的起點跟蹤船舶的運動。慣性制導系統精確到150小時的運行,必須由其他依賴於地面的導航系統(GPS,無線電,雷達,衛星等)。通過船上的這些系統,潛艇可以精確地航行。而在作戰時,潛艇的耳目便是聲吶系統,操控這個系統的則是聲吶操作員。

首先,潛艇的聲吶系統分為主動聲吶與被動聲吶

主動聲吶使用聲音發射器和接收器。當兩者在同一個地方時,它是單基地(類似於單機地雷達,雙基地和多基地也是以此類推)操作。當發射器和接收器分離時,它是雙基地操作。當使用更多發射器(或更多接收器)時,再次在空間上分離,它是多基地操作。大多數聲吶都是單穩態使用的,通常用於傳輸和接收的相同陣列。主動聲吶浮標陣列可以多維操作。主動聲吶產生聲音脈衝,然後監聽脈衝的反射(回聲)。這種聲音脈衝通常使用由信號發生器,功率放大器和電聲換能器/陣列組成的聲吶投影儀以電子方式產生。通常採用波束形成器將聲功率集中到光束中,光束可以掃過以覆蓋所需的搜索角度。被動聲吶無需傳輸即可收聽。

由於主動聲吶會給敵方提示潛艇的存在和位置,並且不能對作戰目標進行精確分類,因此它被快速(飛機,直升機)和嘈雜的平臺(大多數水面艦艇)使用,但很少被潛艇使用。當水面聲吶被水面艦艇或潛水艇使用時,它通常會在間歇期間非常短暫地激活,以最大限度地降低探測風險。因此,主動聲吶通常被認為是被動聲吶的輔助或備用品。在飛機上,主動聲吶會以一次性聲吶浮標的形式使用,聲吶落在飛機的巡邏區域或者是有可能與敵方聲吶發生接觸的海域附近。

被動聲吶具有多種用於識別檢測到的聲音源的技術。例如,美國船舶通常使用60HZ頻率的交流電力系統。如果變壓器或發電機安裝時沒有與船體保持適當的隔離或者使用減震措施,則電傳動機組的60HZ聲音可以從潛艇或船舶發出。這有助於確定其國籍,因為所有歐洲潛艇和幾乎所有其他國家的潛艇都有50赫茲的動力系統。而間歇聲源(例如扳手掉落),稱為"瞬變",也可由被動聲吶所探測。

而潛艇上的聲吶操作員,則主要負責對被動聲吶接收的聲波的分析與識別, 而一名經驗豐富,訓練有素的聲吶操作員可以快速識別出聲波的類型,雖然現在計算機也可以做到這一點。 被動聲吶系統可能具有大型聲波數據庫,但聲吶操作員最終通常會手動對信號進行分類。而艦載的計算機系統經常使用這些數據庫來識別船舶,航行中(即船的速度,相對位置)的船舶,甚至可以分析出目標艦船的種類型號。

在現代海戰中,由於各國對水面作戰艦艇的大規模運用,以及反潛機的普及,甚至於一些關鍵海區還佈置有聲音監視系統(SOSUS)和集成海底監視系統(IUSS)。 因此由潛艇使用主動聲吶來確定方位的情況極為罕見,且並不一定能給潛艇的CIC提供高質量的方位或航程信息。然而,在水面艦艇上使用主動聲吶非常普遍,當戰爭情況決定確定敵方潛艇的位置比隱藏自己的位置更為重要時,潛艇會使用主動聲吶。而對於水面艦艇來說,可以假設威脅為已經用衛星數據跟蹤船隻,因為發射聲吶周圍的任何船隻都將檢測到發射。

聽到信號後,很容易識別所用的聲吶設備(通常是其頻率)及其位置(聲波的能量大小)進而可以大致得知對方潛艇的類型。且由於各型潛艇的外型,螺旋槳形狀,搭載的輪機的種類不同,在航行時會產生特定頻率的聲波,而這種聲紋數據是獨一無二的,在收到數據後(通常不會輕易接收到完整且清晰的聲紋數據,因而需要手動對比),聲吶操控員需將其與數據庫中的數據進行對比,進而探知對方艦艇的類型。

主動聲吶與雷達相似,但它允許在一定範圍內探測目標。因此,在潛艇作戰中,潛艇使用主動聲吶的機會少之又少,而最關鍵的就是需要依靠被動聲吶以及其操作員的耳朵。在武器發射後,對於是否命中目標,目標是否真的被擊沉,也需要聲吶操控員進行甄別。同時,聲吶操控員還肩負有對潛艇龍骨以下海況,以及對海底山地和暗礁進行規避測繪方面的任務。

而關於潛艇上其他成員在作戰時保持靜默的狀態,是在艇長下令全艦進入靜默航行模式時才會發生的事情。首先,我們應該明白,海洋中並不是悄聲無息的,水下存在約為100分貝左右的海洋背景音,如果潛艇產生的噪音能夠接近或者低於這個指數時,潛艇是幾乎不會被發現的。而且聲波攝氏0度的空氣中,聲音的傳播速度是331米/秒;在水中的傳播速度是1473米/秒。聲波在水中傳播的速度遠大於在空氣中傳播的速度,且聲波在海水中衰減量較小,且在波導現象存在時,傳播的距離會更遠。

因此在潛艇上存在著靜默航行模式(slience running)。 目的是通過消除多餘的噪音來逃避敵方艦艇被動聲吶的發現:關閉不必要的系統,促使機組人員休息並避免發出任何不必要的聲音,並且大大降低速度以最小化螺旋槳噪聲。包括上文提及被動聲吶時所說的,對於間歇性聲源,也可被被動聲吶所探測,因此在潛艇開啟靜默航行時,所有艇員必須嚴格遵守規定,保持安靜。


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潛艇上的聲納兵和雷達兵的工作是一樣的,都是對著顯示屏,觀察回波信號。只是聲納兵除了看以外,還要聽。有經驗的聲納兵可以從眾多的海洋噪聲中判別有用的信號。有時人的大腦比電腦管用的多。

雷達和聲納的物理原理不同,故雷達兵和聲納兵的工作方式也不同.雷達是無線電回波定位,所以雷達兵是用眼睛看屏幕上的回波信號;聲納是水聲設備,聲納兵是用耳朵聽水聲回波信號,同時看儀器上的信號圖紋.





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重中之重是挑選一些聽力出眾的士兵,經專業訓練後擔任聲納兵。聲納兵一聽二看三分柝。一聽就是聽聲辨器,從聲納反射回來的聲波第一時間判斷出海洋附近的物體。二看就是看讀聲紋,結合起來綜合分析具體情況。


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潛艇上的聲納兵和雷達兵的工作是一樣的,都是對著顯示屏,觀察回波信號。只是聲納兵除了看以外,還要聽。有經驗的聲納兵可以從眾多的海洋噪聲中判別有用的信號。有時人的大腦比電腦管用的多。


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