作者：陈允锋、刘伟
1、磁异探测技术
磁异探测技术是目前比较成熟的非声探潜方法之一，其工作原理是利用自然界中普遍存在的磁现象。众所周知，地球是一个巨大的磁场，任何磁性物体在地球上都会被磁化。物体磁性不同，磁化程度不同，因此每种磁性物体均会表现出独有的磁场特性。潜艇等水下军事目标通常由高强度合金钢制成，其在加工和制造过程中，不可避免地被地磁场影响。加工和制造时，合金钢等材料内部应力会反复变化，材料温度也会不断升降变迁，这些因素都会引 起铁磁材料内无磁滞磁化的形成，因此潜艇建成时便自带永久磁性，且这种磁性不能完全被消除。除永久磁性外，潜艇在水下工作时还会产生感应磁性。由于地磁场的作用，潜艇内部的铁磁材料形成了可逆的磁化过程，即感应磁性。潜艇的特性不同于地球磁场的特性，潜艇经过时，其周围水域的磁场特性将会改变，通过高灵敏度磁力仪可检测地磁场异常，并将信号与潜艇的磁性数学模型比对判断，确定潜艇位置。
磁异探测技术在分类识别能力、定位精度和运行时间上都具有明显优势，并且不受海洋环境条件影响，常作为对潜艇进攻前的最终识别与定位手段。由此，美国等国家的部分反潜巡逻机和反潜直升飞机上装备磁异探测设备。考虑到飞机上也会有磁性部件，通常为了避免飞机上的磁性部件对磁异探测的影响，相关磁异探测设备安装在反潜巡逻机尾椎末端，或通过电缆吊放在反潜直升飞机后方，距反潜直升飞机约25~55m。虽然机载磁异探测设 备 具有良好的工作性能，但因磁异强度与距离的三次方成反比，机载磁异探测设备的作用距离近。例如AN/ASQ-81型雷达对浅海中常规潜艇的最大作用距离仅有290m，AN/ASQ-208型可探测潜深500m以下的潜艇。除机载装备外，磁异探测设备也可作为水中拖曳、浮标和基站使用。
磁异现象示意图
2、激光探测技术
大部分光在海水中的衰减非常大，而在所有光中蓝绿光（0.47～0.58μｍ 波段）的衰减远小于其他光频段，相当于海洋为蓝绿光提供了一个透光窗口，此现象为利用光波进行水下探测与水下通信奠定了基础。由于温度和盐度对光波的波速基本没有影响，光探测具有很好的方向性，利用光波进行目标定位时，定位结果较准确。除此之外，利用光波还可进行二维强度成像和多光谱摄像，且图像的分辨率较高，操作者可利用图像判断目标类型。美国“魔灯”系统和俄罗斯“紫水晶” 系统是较早的激光探测应用实例，并已在扫雷等方面展现较好的探测效果。
激光雷达成像探潜
3、合成孔径雷达探测技术
合成孔径雷达探测技术是通过无线电回波实现目标探测、定位，具有全天时、定位精度高、发现目标快等优点，而且雷达覆盖面积大、自动化程度高。早在二战时期英国军舰便利用雷达波的散射强度变化发现6400m距离上的德国潜艇。根据有关报道，美国“长曲棍球”合成孔径雷达成像侦查卫星能克服恶劣天气的影响对港内驻泊、水面状态航行的目标和水下45m航行的潜艇实施侦查。
4、电场探测技术
潜艇通常由多种金属材料制成，不同种类的金属在海水中会呈现不同的电极电位。海水 为电解质，不同类型的金属与海水共同组成了腐蚀原电池， 电池电位低的金属为阳极，电位高的金属是阴极，以钢和铜为例，钢板为阳极，铜板为阴极，钢板则受到腐蚀。为了避免阳极被腐蚀，广泛采用阴极保护措施，以使被保护的金属变为阴极而得到保护。由于腐蚀原电池和阴极保护措施均会使潜艇周围的海水中产生电流，电流通过海水使舰壳和螺旋桨之间 形成回路，回路的电阻抗因螺旋桨轴承的旋转呈现周期性，导致海水中电流被调制，时变电流产生的电磁波由壳体向外传播，形成极低频电场。
极低频电场是因主轴和螺旋桨转动产生，是潜艇航行时不可避免的特征。极低频电磁波的频率较低，衰减相对其他电磁波要小，且受海况等条件影响小，使利用极低频电磁波进行潜艇探测具备可行性，但由于检测技术的制约，目前的探测距离在1km左右。
轴转动调制极低频信号源示意图
5、重力梯度探测技术
地球重力场是地球的重要物理属性，其可用于表征地球内部和表层的密度分布、物质运 动状态。重力梯度反映重力场在全空间的变化率，垂直重力梯度是重力位于铅直方向的二阶导数，因此垂直重力梯度对地下物质的分布及界面起伏更加敏感，比重力和重力梯度具有更高的分辨率。
地球对表面的物体具有吸引力，因此潜艇在水下也会产生垂直重力梯度。通过比对潜艇外壳上的质量、潜艇所处位置海水质量亏损产生的垂直重力梯度计算值与重力梯度仪实测值，可达到探潜的目的。重力梯度探测技术在利用重力梯度探潜时，不需要向外界发送任何信号，仅被动测量重力梯度变化便可实现探测目的，隐蔽性高，而且对外界环境的敏感度小。相关研究表明，若重力梯度仪的精度达到较高要求，则重力梯度探测技术便可发展为一种 有效的被动探潜手段。例如，当重力梯度仪的精度达到10e-４，则可在海面上100m发现水下深度为300m的潜艇；当重力梯度仪的精度达到或超过10e-6，则探测范围能够到达海面上1000m。目前，虽然重力梯度仪的精度还较低，且重力探潜仍在摸索阶段，但此方法仍可为探潜提供一种新的思路。
6、尾迹探测技术
潜艇在水下航行时，潜艇的螺旋桨、舵、排出的废气等因素会产生尾迹，尾迹探测技术是一种新型的潜艇探测技术。潜艇的尾迹主要分为气泡尾迹、 水动力尾迹和热尾迹三大类。
气泡尾迹
潜艇在水下航行时，其螺旋桨对海水的搅拌致使尾流中产生一定数量的气泡，即气泡尾迹，气泡尾迹的探测手段为声探测。气泡分布的水平尺度由潜艇尾流的水平尺度和气泡上升到海面时间段内潜艇的航程决定，可供探测利用的尾流水平尺度可能很大，便于声纳探测。
水动力尾迹
水动力尾迹主要包括伯努利“水丘”、开尔文尾迹、内波尾迹、涡尾迹、湍流尾迹等。通常水动力尾迹可通过机载、星载雷达等遥感手段探测。伯努利“水丘”为潜艇上方水面的隆起，由潜艇运动产生的近场表面波引起。开尔文尾迹是潜艇航行方向的后方呈现“Ｖ”字形的 尾迹，由横波和散波组成，其包络在19.5°夹角内，是潜艇水下运动对远场水面产生的影响。伯努利“水丘”和开尔文尾迹与潜艇的速度和下潜深度密切相关，两种尾迹会随着潜艇潜深的增加和航速的降低而迅速减小，因此并不适合作为广域监视的对象。
内波尾迹是潜艇水动力尾迹的主要研究内容之一，是潜艇在水下航行时破坏密度跃层引起的物理现象。海水密度在铅直方向并非均匀分布，而是近似层化分布，潜艇在海洋中航行时扰动和航行的尾流影响了海水的原有分层结构，产生内波。内波是一种周期性振荡，能量以波的形式由扰乱处向远处传播。内波会对水面水波的图像进行调制，影响水面入射微波后的散射性质，从而引起合成孔径雷达图像的明显变化。当潜艇驶过密度跃层内某一点时，在10~100min时间内，依旧存在潜艇引起的内波振动，水面上的线状内波尾迹可能长达数公里。内波的图像特点与开尔文尾迹相似，也是“Ｖ”形线， 只是内波的“Ｖ”形线是窄亮线加上 暗 中央尾线，一般情况下夹角的一半为２°～８°。通过合成孔径雷达对海面进行扫描，可实时远距离监测海洋内活动舰艇的情况，美、俄等国家已具备利用合成孔径雷达探测潜艇内波尾迹的能力。
合成孔径雷达检测尾迹
热尾迹
热尾迹是指水下潜艇的热排水在上浮过程中形成的热尾流，热尾流消失缓慢，当潜艇潜深较浅时，热尾流会浮到海面并形成数百米的“热斑”，通过星载红外探测设备和蓝绿激光雷达均可对热尾流进行探测。当潜艇潜深较深时，热尾流未到达海面便与周围水体基本无温差，不会观察到 “热斑 ”。热尾流的浮升高度为50~100m，浮升过程中产生的水体运动尺度远 超潜艇尾涡，若浮升过程在密度跃层时也会产生内波扰动。
7、生物探测技术
海洋内存在一种发光细菌，在某些生理条件下发光细菌可发射出450~490nm之间的可 见光。发光细菌在海洋内分布非常广，潜艇航行时辐射的电磁波、声波等会激发海域内发光细菌荧光变化，在海面上可观察到明显的荧光轨迹。潜艇航行致使海水形成涡旋，也会刺激发光细菌发光形成光尾流，荧光轨迹大约经过15min后才会消失，这些轨迹可为潜艇探测提供依据。
由于可见光的波长位于近紫外波段，利用紫外线照射的海面时，只有当发光细菌被潜艇激发后，才散发出可见光。反潜机通过不断用紫外光束照射海水表面，并由接收机对海水表层发光细菌发散的可见光进行接收，根据检测到的荧光判断有无潜艇和潜艇方位。生物探测的作用范围广，但信号较弱，白天和月光较强的夜晚基本无法检测到光尾迹，而且空气中的粒子也会对紫外线产生较强的散射作用，导致部分紫外线不能照射到海面。
8、其他探测技术
除上述探测手段外，目前还利用核潜艇的核辐射、废气等实现探潜。
核辐射探测技术是利用核潜艇反应堆运行时其周围会产生核辐射，并伴有一些放射性排出物，核辐射线与海水中离子相互作用，产生可见的蓝色光，用光学仪器探测可见的蓝色光，或利用核辐射探测设备感知海水中放射性污染的变化情况，进行探潜。废气探测技术是利用当潜艇在水面或者通气管状态航行，其内燃机工作产生的CO气体将在低空停留约3h，进行探潜。由此，美国和英国海军反潜飞机均装备了废气分析仪。废气探测技术隐蔽性高，但受风力等气象条件影响较大，英国的反潜机能 在迎风方向发现距飞机50km外，处于通气管状态航行的潜艇。红外探潜技术除了利用红外探测热尾迹外，还可对潜艇直接探测。舰艇在水面航行时，太阳光作用在舰艇处于水面以上部分的金属表面，产生红外辐射，从而被反潜机上装备的红外探测器所探测到。由于红外辐射强度与舰艇水面以上部分的金属表面 温度密切相关，因此探测性能有限。
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