曝光！美国海军水下监听系统

在反潜作战中，探测、识别目标是首要任务。即便现代科技搜潜手段不断进步，但探测水下目标主要还是以声敏传感器为主。声纳探测可区分为被动探测和主动探测，被动式声纳使用灵敏的水中听音器和精确的信号处理器，来倾听水中发出的声音而完成探测，且不易被敌人察觉到我方存在。因此，在海底布设水中听音器阵列，不仅可以提供相关海域水文数据，建立声纹数据库，也可以达成早期水下预警，提升反潜作战效果。

一、美国水下监听系统

数智创造价值，创新驱动未来

二战末期，德国设计出世界上第一种完全在水下作战的XXI级潜艇，该潜艇与以往为攻击或躲避水面舰船后才下潜的潜艇大不相同，当时德国引进荷兰新研发的通气管，利用雷达反射截面积极小的通气管，在航行中实施水下充电，减少潜艇在水面暴露的机会，使得美国海军反潜巡逻机搜潜概率降低，导致反潜作战效果不佳。二战结束后，苏联获得XXI级潜艇技术，加上核动力装置问世等科技进步，促使苏联大力发展核潜艇。美国为避免苏联运用核潜艇执行打击行动，开始在北大西洋盆地部署水下听音器阵列，且首次使用水下监听系统（Sound Surveillance System，SOSUS）这个名称。

冷战初期（1950年代），美国海军研究办公室（Office of Naval Research，ONR）为对抗苏联新型潜艇，开展了一项假定苏联拥有200至300艘XXI级潜艇，使用核武器和大量布雷来对抗美军舰艇与封锁港口，探讨日后反潜作战需求，提出发展出水下监听系统及先进低频分析系统。美国海军委托贝尔电话公司（Bell Telephone Company）进行研究试验，首次使用1000英尺长的40个水下听音器阵列，并部署于巴哈马群岛所属伊柳塞拉岛周边区域（深度1440英尺），探测美国潜艇噪音信号，经水下电缆传送到岸基海军设备站（Naval Facility，NAVFAC），运用低频分析与记录系统分析潜艇频率信息，数据显示在测试阶段，即可有效探测到传统动力及核动力潜艇水下噪音频率。

进入部署阶段后，美军持续提升该系统能力，主要针对潜艇远程探测和识别能力，并部署到美国西海岸和夏威夷；另外美国发现苏联潜艇越来越多从北海和挪威海进入北大西洋，美国开始在格陵兰岛、冰岛及英国布设水下监听系统监测苏联潜艇进出，由于此监测区域位于格陵兰岛（Greenland）、冰岛（Iceland）及英国（United Kingdom）等三地之间的海峡，故名为“GIUK缺口”（GIUK Gap）。

图1 GIUK缺口

1960年S0SUS系统加入海军作战序列，美国开始针对苏联潜艇威胁，运用该系统获得早期预警，然后通知岸基反潜巡逻机实施反潜作战，再由核潜艇进行跟踪掌握，实现对苏联潜艇远距离封锁，降低美国本土受核潜艇报复攻击的可能。S0SUS系统早期因受限电缆长度及信号传输距离影响，设备站（NAVFAC）必须广泛部署于沿海地区，1970年代美国海军在大西洋及太平洋沿岸设备站（NAVFAC）达20多个；1980年代，受限于海水混合层水下环境因素（如水下地形、水文、海洋生物等）影响，无法实现全覆盖。美国海军研制建造海洋监视船（TAGOS）配装拖曳式阵列声纳系统（Surveillance Towed Array Sensor System，SURTASS），其拖曳式阵列声纳的长度超过8000英尺，可以提高水下探测效果。1985年，美国海军成立综合水下监视系统单位（Integrated Undersea Surveillance System，IUSS），由水下监听系统搭配海洋监视船共同编组而成。冷战高峰期，该单位共有11座设备站和14艘监视船。

图2 综合水下监视系统（IUSS）

时至今日，美国海军仍维持多处SOSUS系统进行水下监测，并由综合水下监视系统(IUSS)管理，SOSUS系统与配备拖曳式阵列声纳的海洋监视船，将探测到水下声响信号数据及相关数据，传输至海军海洋数据处理机构(Naval Ocean Processing Facility，NOPF)进行分析。目前美国IUSS仍保持3处固定站点正常运作，以支持军舰上所有阵列声纳数据处理需求，并综合大西洋、太平洋水下监听系统，同时向反潜作战指挥部及其部队提供水下声纹数据。

美国东岸弗吉尼亚州诺福克大西洋海洋系统指挥部(COSL Norfolk)是海军综合水下监视系统单位作战支持中心(The IUSS Operations Support Center，IOSC)，负责全球在役资产的后勤和技术支持，包括5艘海洋监视船(配备拖曳式阵列声纳系统（SURTASS）；西岸华盛顿州惠德比岛(Whidbey Island)数据处理机构(NOPF)负责提供实时、准确的声响数据，并协助美国国土安全部(United States Department of Homeland Security，DHS)进行持续性海上监视。在弗吉尼亚州丹尼克(Dam Neck)的数据处理机构(NOPF)与英国协作负责整个大西洋、北大西洋和挪威海的水下监听台站，也是美国海军综合水下监视系统司令部驻地。

二、第一岛链水下监听系统

数智创造价值，创新驱动未来

美国海军水下监听系统开始研发时，就对在日本附近海域布设水下监听站很感兴趣，1957年即在北海道西北部建立一个实验站进行测试，监听阵列延伸到宗谷海峡，测试阶段主要监测进出日本海、海参崴和纳霍德卡的苏联太平洋舰队潜艇活动。

1980年美国确定将SOSUS系统布设于日本津轻海峡、对马海峡等两个区域，1981年即有日本潜水员描述在对马海峡、冲绳、札幌等地区，看到过水下监听系统阵列电缆。1986年，美国提出水下监听阵列从日本南部延伸到菲律宾、马六甲海峡，覆盖中国沿海和南中国海。

由于宗谷海峡、津轻海峡和对马海峡为苏联太平洋舰队潜艇进出太平洋十分重要的三个战略通道，如果美日能够进行有效封锁，大部分苏联潜艇将被限制在日本海，仅有少数潜艇能突破海峡进行战术动作。考虑到中国潜艇部队活动日益频繁，美军决定更新固定阵列，以监控中国潜艇在东中国海和南中国海活动。2005年，启动鱼钩水下防线（Hook Undersea Defense Line），从日本九州岛西南部的鹿儿岛开始，沿着大隅群岛至冲绳，至琉球群岛南部的宫古岛和与那国岛，经台湾岛到菲律宾的巴拉巴克群岛，到印度尼西亚群岛东部的龙目岛，并横跨爪哇岛和苏门答腊岛之间的巽他海峡，最后从苏门答腊北部到安达曼群岛。2014年，美日两国完成新型SOSUS系统铺设，并于日本青森县及冲绳县两处设置观测站，以强化水下监听效果。

图3 鱼钩水下防线

三、反潜战运用

数智创造价值，创新驱动未来

海军实施反潜作战首要目标就是先探测到潜艇、掌握其位置，如何掌握到潜艇就涉及到探测概率问题。美军运用P-8A反潜巡逻机、S-70C反潜直升机及水面舰船等，都是在提高探测潜艇概率，虽然这些探潜手段都能机动但均属于即时、短暂的探潜手段；若要提高探测潜艇概率，除增加探潜兵力、平台数量及探潜作业时间。若在重要海域能布设一系列的水下监听系统，就可达到长时监视的目的，可显著提高潜艇探测概率。

（一）综合运用海空反潜作战力量和水下监听系统提高搜攻潜概率

P-8A反潜巡逻机能够快速机动到达反潜威胁区实施反潜巡逻任务，其装备的合成孔径雷达（Synthetic aperture radar，SAR）可产生高解析度图像，能够大面积快速探测海面情况。在海空联合反潜作战时，由SOSUS系统发现可疑目标，即将反潜信息通报给岸基反潜机中队和水面反潜任务舰船，再由反潜机快速机动到达潜艇威胁区，确认水下目标活动信息后，即可由授权的反潜任务舰船协同P-8A反潜巡逻机或舰载S-70C反潜直升机对潜艇实施攻击。

（二）水下战场环境实时预报

潜艇就是运用海洋水文物理特性，提高其隐蔽性，并遂行潜艇作战。故海洋作战环境攸关海军水面舰船及潜艇作战效果。海洋作战环境主要包括海洋地理环境、海洋水文环境、海洋气象环境、海洋物理环境、海洋水声环境、海洋电磁环境等，其中海域水声环境主要包括海洋声速分布特性、海洋背景噪声、水声信号传播特性、水声信号海底反射特性和海洋混响等。美军长期搜集、整理岸基水声台站接收水下监听系统的水下音响数据及作战海域水文资料，能够实时预报水下战场环境，有利于各型反潜飞机、舰船更清楚掌握搜攻潜状况，充分发扬战术。

四、结束语

数智创造价值，创新驱动未来

从美国SOSUS系统建设过程分析，系统若要发挥功效，需要考虑以下要素：①海域水深要足够深、海床不宜过于平坦，必须布设于声道轴（SOFAR）附近（约1500米），才能够搜集到远距离声波音响信号。②海洋不宜有泥沙性质，声波易被吸收，相关信息不易搜集。③最重要就是要布设在潜艇可能通过的重要航道或重要活动海域，才能满足军事用途效果。

水下监听系统优点是具备全天候作业能力，平时能够获取周边海域水下目标的音响特性数据、潜艇进出路线和深海早期预警信息，为海军兵力部署提供参考；同时，能够获取周边海域海洋生物的音响特性数据，海底火山及地震等地质音响特性数据，这些也是反潜作战成功的基础。战时能够执行远距离探测预警及水文实时分析任务，再搭配空中、水面、水下反潜兵力综合运用，能大幅提升反潜作战效果。因此，在重要海域建立水下监听系统，能够有效节约反潜兵力使用，更有利于反潜兵力部署与运用的弹性，能够达成重要港口、航道及周边海域有效反潜和制海的目的。