国内外 DDS 系统主要发展概况：近几年, 国外蛙人探测声呐(diver detection sonar, DDS)发展迅速,介绍当前国外DDS系统的发展状况, 以便了解当前国外DDS的发展水平, 为促进我国的 DDS 发展提供参考。
1.1
英国DDS系统
冥府守门狗360
“冥府守门狗 360”(Cerberus 360)是英国奎奈蒂克(QinetiQ)公司研制的高性能主动式 DDS 系统, 能自动探测、识别和跟踪水下威胁, 其水下部分如图1所示。
图 1 “冥府守门狗 360”蛙人探测声呐
Cerberus 360 的声呐单元功能很强, 能够在800 m 范围内对蛙人进行探测。当蛙人的速度为1~2 kn 时, 这个探测距离可以为操作者提供至少 25min 的处置时间。系统仅利用一个独立声呐单元就实现了 360°的全方位覆盖。这些声呐单元既可以单独使用, 悬挂在船舷两侧, 为舰船提供保护; 也可以多个联合使用, 部署在海床上, 形成一道警戒线, 保护海港和航道的安全。若采用后者的方式进行布放, 该系统的侦察范围最长可延伸到1000m 之外。
通过收集足够的有效目标回波, 该声呐能够在水下 500 m 的距离识别出人类所特有的胸腔,分辨出水下目标是蛙人还是其他哺乳动物(如海狮和海豚), 进而减少虚警率。
QinetiQ 公司还主张对港口和海港实行分层防御, 旨在防御不同种类和不同范围的威胁。因此, Cerberus 360 和该公司相关的一些技术, 例如结合光纤传感器和高清晰度地面雷达的远程水下被动监视阵列, 可以集成起来提供超过 10 km 的系统解决方案。
2004 年, 美国国防部与 QinetiQ 公司签订了有关 Cerberus 360 的合同, 该系统在英国成功试用之后不久即交付美军使用, 并沿用至今。
蛙人侦察系统
蛙人侦察系统(DRS)是英国 QinetiQ 公司研制的一种手持式 DDS,如图2所示。这种手持式 DRS 能够在避碰模式和目标定位模式下工作。系统重 10 kg, 水下部分重0.5 kg, 能够在 100 m 的深度工作。依靠电池提供能源, 可持续工作 6.5 h。
图 2蛙人侦察系统
DRS 的探测主传感器是一部工作频率高达500 kHz的前视高频电子扫描声呐, 能够在230 m距离上探测到强度为-25 dB 的目标。DRS 还具有导航功能, 其导航系统采用长基线主动声学发射方式, 导航误差可控制在 0.5 m 以内, 最大导航距离可达 1 200 m。系统的声呐探测和导航信息可以同时显示在一个平板显示器上, 任务完成后还可以进行过程回放, 便于分析。DRS 可用于支持濒海和两栖作战、海滩搜索、港口警戒、蛙人探测、内陆水系调查和考古等。QinetiQ 公司于 2005 年 9 月向英国国防部交付了首套 DRS。
“地狱狗”DDS
“地狱狗”DDS是英国 AtlasElektronik 公司研制的便携式 DDS, 能够探测水下 1 000 m 内的目标, 堪称反蛙人利器。其水下探头如图3所示。“地狱狗”DDS 是独立成套系统, 其布放简单,维护便捷, 可以单独布放, 用于区域防护, 也可以多个协同布放, 形成一个安全区域。当多个“地狱狗”DDS 同时布放在一个区域时, 每个声呐都是一个基站, 每个基站可同时跟踪 50 个目标。
图 3 “地狱狗”DDS
“地狱狗”DDS 由1个频率在 70~130 kHz 之间可选的高分辨率大带宽主动声呐作为核心, 由1~3 个压电换能器阵进行 360°探测, 覆盖区域高达 4.5 km 2 , 可探测 900 m 外的开式呼吸蛙人和700 m 外的闭式呼吸蛙人, 且能够跟踪 850 m 外的开式呼吸蛙人和 675 m 外的闭式呼吸蛙人。该便携式声呐对威胁的反应时间是 25 min, 方位精度可达到1°以内, 能精确探测到位于水下2~50 m的目标, 虚警率极低。目前, 德国海军已采购了数套该型声呐, 并在护卫舰上进行了安装。
“哨兵”反蛙人声呐
“哨兵”反蛙人声呐( Sentinel IDS)由英国 Sonardyne 公司研制,是世界上部署最为广泛的 DDS 之一, 其水下探头如图 4 所示。
图 4 “哨兵”反蛙人声呐
自 2006 年推出以来, “哨兵”IDS 将高可靠、远距离蛙人探测提升到了一个新的水平。该系统体积小、质量轻、虚警率低, 一经配置即可自主运行。系统由干端处理机和湿端声呐探头两部分组成, 可通过电缆连接, 布放灵活。一个干端工作站可以同时控制、显示和处理 10 个声呐探头, 并可避免相互干涉。系统完成布放后, 通过较少的人为干预, 就可通过探测、跟踪和识别软件对水中目标进行评估。“哨兵”IDS 的声呐探头直径仅为 30 cm, 高40 cm, 质量为 35 kg。系统工作频率为 70 kHz, 带宽为 20 kHz, 方位精度为 0.1°~0.5°, 最大工作深度为 50 m, 对开式蛙人的最大测距为 900 m, 具有联网功能。美国海军和斯洛文尼亚海军先后购置了该型号声呐系统。
1.2
以色列DDS系统
以色列的 DSIT 公司主要研发了 3 种用于水下安全的DDS系统, 包括“水盾”DDS(AquaShieldDDS)、“尖盾”便携式 DDS(PointShield portable DDS)和港口监视系统(harbor surveillance system,HSS)。
“水盾”DDS 系统
“水盾”DDS 系统是一种高性能 DDS 系统,其水下单元如图 5 所示。其能够为高价值的设施提供永久性的安全保障, 如海军基地、港口、石油和天然气平台、海上平台、水下管道和电缆、核电设施和运河等。
图 5“水盾”DDS
“水盾”DDS支持各种类型水下目标的长距离探测, 包括使用呼吸器、水肺的蛙人和无人水下航行器(,UUV)。“水盾”DDS 采用模块化设计架构, 可在部署和安装方面实现最大的灵活性。该系统提供 120°、240°和 360°共 3 种扇区覆盖配置, 所有配置均涵盖整个相关柱面。开式呼吸蛙人探测距离为 1 000 m;闭式呼吸蛙人探测距离为 700 m。
系统支持从探测、跟踪到识别和警报的全自动操作, 能够同时对 1 000 多个声呐触点进行实时和连续跟踪, 从而降低了对人工辅助的要求。先进的信号处理算法确保了高检测概率(proba-bility of detection, PD)和低虚警率(FAR)的理想兼顾。
自 2007 年面世以来, “水盾”DDS 成为 DDS系统领域的畅销者。在“水盾”DDS的基础上, 2014年6月, DSIT推出了“水盾”DDS 扩展系统(AquaShield ER)。AquaShield ER 提供了前所未有的探测距离, 蛙人运载器探测距离达3 500 m, 开式蛙人探测距离达 1 800 m, 闭式蛙人探测距离达 1 200 m。
“尖盾”便携式 DDS 系统
“尖盾”便携式 DDS 系统主要用于保护停泊在港口的船舶免受水下威胁, 其水下单元如图 6所示。
图 6 “尖盾”便携式 DDS
“尖盾”便携式 DDS 系统也适用于覆盖在有限区域内的固定安装。“尖盾”便携式 DDS 系统具有质量轻、结构紧凑、便于携带、可快速部署和探测等优点。该系统坚固耐用, 能够在恶劣水域进行长期连续的水下作业, 因此也是永久性安装的理想选择。
与“水盾”类似, “尖盾”便携式 DDS 系统同样支持全自动操作, 支持探测多种类型的水下威胁,并且检测概率非常高、虚警率低。
系统提供 360°全方位的覆盖, 完全环绕被保护物体, 覆盖整个相关柱面。对开式呼吸蛙人, 探测距离为 700 m; 对闭式呼吸蛙人, 探测距离为500 m。
2018 年 1 月 8 日, 印度海军订购了 78 个“尖盾”便携式 DDS 装置。
HSS
为了防止入侵者破坏、非法闯入或恐怖袭击,以及满足全球对可靠港口保护和水下港口安全的迫切需求, DSIT 公司开发了一套全面的港口监控系统(HSS), 能够可靠探测、跟踪和警告蛙人、潜水器和小型水面船只等入侵者。
HSS 通过集成 DDS、监视雷达、电光器件创建统一的指控中心。其由高频 DDS 系统、昼夜均可工作的电光观察系统、高分辨率雷达、指挥与控制系统以及方向单位组成, 可以在浅水或深水、白天或夜晚以及所有天气条件下运行。
1.3
加拿大DDS系统
CSDS-85 型海港安全监测声呐系统(测声呐, 其水下部分如图7所示。其工作频率为 80 kHz, 带宽为 3 kHz, 最大探测距离能达到 2 000 m。既能够 360°水域全方位监视, 也能够选择扇面监视范围; 既可以单独在港口展开监视, 也可以多台联网工作, 形成较大的监控区域。CSDS-85 主要的功能为: 对蛙人、蛙人输送艇(, SDV)、自主水下航行器AUV)和部分小型潜艇进行短距离探测。其部署方式有多种选项, 包括底部安装、船只安装, 或使用吊车、起重机进行侧面部署。
图 7 CSDS-85 型海港安全监测声呐系统
1.4
土耳其DDS系统
2012 年, 土耳其研发了一种新型 DDS。该声呐是一种高频主动声呐, 能够探测高达 1 200 m范围的闭式潜水系统。该声呐主要由水下单元和水上单元 2 个部分组成, 即湿端和干端。水下单元由扩展模块和接收模块组成, 水上单元位于系统控制室内, 由电子柜和操控台构成。系统主要的构成如图 8 所示, 主要参数如表 1 所示。
图 8 土耳其 DDS 系统设计
表 1 土耳其 DDS 系统参数
研究人员在不同季节条件下对该声呐进行了为期 1 年的现场试验。在这些试验中, 通过温度对声速曲线的影响, 观察探测距离的变化。为避免一些与试验无关的环境噪声影响测试结果的准确性, 研究人员还开发了一种自适应降低环境噪声的算法, 并在该系统上成功运行。
该系统在现场试验中能够通过声光报警对水下目标做出识别和警告, 从而探测出水下威胁。
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