极细拖曳线列阵：轻量化时代的水下核心装备——偶信科技解读

百年拖曳线列阵到极细时代水下“听海者”的进化史

在广袤海洋之下，有一种设备，它不主动发声，却能“听见”整片海域的动静。它不固定在舰体上，也不沉在海底，而是被拖曳在平台尾部，在远离自噪声的位置进行被动监听。

它就是拖曳线列阵（Towed Line Array），水下被动探测体系中最核心的湿端装备之一。

从1917年第一条拖曳式水听器阵列，到今天面向无人平台的极细拖曳线列阵，这项技术已经走过百年演进历程。它的发展史，本质上是一部不断在声学性能、结构工程与平台适配之间寻找平衡的进化史。

一、拖曳线列阵的发展演进

拖曳线列阵的发展，可以清晰地分为几个阶段，每一个阶段都与海洋装备的发展需求紧密相关。

1.概念验证期（1917至二战）

这一阶段的核心目标，是解决舰艇自噪声对监听效果的影响。工程师将水听器排成线性结构并拖曳至船尾，从而远离噪声源，提高信噪比。

主要特点包括：

① 阵列规模较小
② 结构简单
③ 解决左右舷模糊问题
④ 实现基础被动监听能力

这是拖曳线列阵从“概念”走向“可用”的第一步。

2.工程化应用期（1950s-1970s）

随着潜艇静音技术迅速提升，水下目标变得更难探测，拖曳线列阵进入工程化快速发展阶段。

这一时期的技术特征为：

① 阵列长度显著增加
② 阵元数量大幅提升
③ 收放系统成熟
④ 干端信号处理系统建立

拖曳线列阵成为远距离被动探测的核心装备。

3.低频大孔径时代（1980s—1990s）

当目标噪声进一步降低，工程师开始转向低频、大孔径设计，以提高远距离探测能力。

核心策略包括：

①降低工作频率
② 延长阵列长度
③ 提升孔径增益

典型阵列长度可达数百米以上，阵元数量达到数百个。然而，大尺寸结构带来了重量大、存储困难、机动性受限等问题。

4.细线阵时代（1990s—2000s）

为解决“大而重”的工程矛盾，细线拖曳线列阵逐渐出现，阵列直径降低至40毫米以下。

细线阵的优势在于：

①重量降低
② 拖曳阻力减小
③ 平台适装性增强
④ 存储与收放更加便利

这一阶段标志着拖曳线列阵从“粗壮型装备”向“轻量化装备”转型。

5.极细拖曳线列阵时代

随着AUV、UUV、无人水面艇等平台兴起，传统细线阵仍显偏大。于是——极细拖曳线列阵（直径 <20mm）出现。

它是为无人平台而生的阵列。

二、什么是极细拖曳线列阵？

简单来说就是直径小于20毫米的拖曳线列阵。

它的出现，是为了适应：

无人化

轻量化

小型化

低阻力

相比传统阵列，它具备：

更小体积

更低拖曳阻力

更高适装性

更低对平台干扰

可以轻松搭载于：

AUV

UUV

小型水面无人艇

三、极细拖曳线列阵的关键技术挑战

阵列直径的减小，并不是简单缩放，而是带来了新的工程难题。

1.流噪声问题

拖曳线列阵在水中运动时，水流掠过护套表面形成湍流边界层，湍流压力脉动通过护套传递至水听器，产生流噪声。

对于极细阵而言：

① 水听器更接近护套表面
② 护套厚度减小
③ 结构刚度降低

即便在低拖速下，流噪声也可能成为主导噪声源。

工程上通常结合：

湍流理论模型

护套传递函数分析

流固耦合仿真

实海拖曳试验

对流噪声进行系统评估。

2.阵型畸变问题

拖曳线列阵属于柔性结构，在拖速变化、海况扰动与水流影响下，会产生弯曲与振动。

阵型畸变可能导致：

①波束主瓣偏移
② 指向性失真
③ 定位精度下降
④ 探测性能退化

极细阵柔性更强，因此需要结合姿态传感器与阵形补偿算法进行实时修正。

四、技术演进的三条主线

纵观百年发展，拖曳线列阵始终围绕三条主线演进：

① 声学能力主线

粗线阵 → 大孔径 → 低频探测 → 多线阵体阵

目标始终是：提高远距离低频目标探测能力。

② 结构演进主线

粗线阵→ 细线阵→ 光纤阵→ 极细阵→ 多线阵体阵

阵列直径不断减小，阵长不断增加。

③工程挑战主线

阵列越细：

流噪声越严重

姿态越难控制

信号处理越复杂

当前核心突破点：

流噪声抑制

阵型畸变补偿

高灵敏水听器小型化

光纤复用与扩展技术

自适应波束形成

五、偶信极细拖曳线列阵系统

在极细阵技术不断成熟的背景下，偶信推出面向AUV平台的极细拖曳线列阵系统，采用直径仅Φ16mm的拖曳线列阵作为水下信号采集单元，结合高性能信号处理平台与智能识别算法，实现对海洋环境与水下目标的高精度探测与识别。

系统组成

系统主要包括：

①控制与数据处理系统
② Φ16mm极细拖曳线列阵
③ 信号处理机

支持不同级别AUV平台：

模块化设计保障灵活扩展与工程适配能力。

核心功能

目标探测与跟踪

多目标自动识别

特征提取与分类

运动信息融合分析

AIS数据融合

平台协同组网

系统可集成GPU/NPU模块，实现AI算法部署，提高目标识别准确度。在保证声学性能的同时，极细结构有效降低拖曳阻力，提升无人平台续航能力。

结语

从1917年的简易拖曳水听器，到今天的极细拖曳线列阵，拖曳线列阵的发展始终围绕一个核心目标——在复杂海洋环境中获得更清晰、更远距离的被动探测能力。

今天，随着无人平台与智能算法的融合，极细拖曳线列阵正在成为无人化水下探测体系的重要组成部分。它不发声，却持续倾听；它看不见，却描绘出水下态势图景。

拖曳线列阵仍在进化，而海洋，也仍在等待被更清晰地“听见”。

参考文献

[1]翁金辉.声纳接收阵技术发展综述[J].电子世界,2020,(24):78-80.

[2]赵诗尧.超细拖曳线列阵的流噪声与水下姿态特性研究[D].哈尔滨工程大学,2023.

[3]朱辉庆,张海生.拖曳线列阵若干关键技术综述[J].声学与电子工程,2020,(02):54-57.

[4]运朝青,胡正良,胡永明.细线拖曳声纳研究进展[J].半导体光电,2012.