作者：唐劲松,汤子跃,等
出版社：电子工业出版社
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电子探测原理试读：
前言
世界军事变革主要特征是以信息化为动力，以军事技术、军事理论创新和军队体制结构调整为核心内容。为了提高打赢信息化条件下局部战争能力为核心的完成多样化军事任务能力，军队院校合训专业课程的教学必须有创新性的革命。
雷达、声呐和电子对抗装备是海军信息作战的重要装备。海军院校学历教育中电子科学与技术合训专业学员的任职面向雷达、声呐和电子对抗装备。以前这三种装备的原理分成三门课程教学，一般只能讲授其中的一到两门，难以保证学员适应第一任职需要。考虑到三者的相似性和关联性，本教材将三者原理合并讲解。这样教学的好处是在较短学时内，不仅可以加深学员对三种装备原理的融会贯通的理解，而且有利于培养创新意识。地方高校的电子工程海军国防生有同样的需求。
海洋仪器大都与雷达和声呐相关，如地波雷达、导航雷达、声多普勒流速剖面仪、声相关流速剖面仪、图像声呐和水声通信等，因此海洋物理专业的学生迫切需要雷达和声呐两方面的知识，本教材可以作为海洋物理专业本科或研究生教材。
本教材在编写思路上，突出内容的新颖性、综合性和实用性，主要介绍雷达、声呐原理，包括：目标检测、目标参数测量（含距离测量、角度测量、频率测量）、多普勒效应及应用、信号理论基本知识（含模糊函数、距离和频率分辨理论、距离和频率测量精度分析）、数据处理基本概念、新体制雷达和声呐；以及电子对抗和抗干扰的基本原理。本教材参考学时数为60学时。
每章配有习题。有些章节还都给出开放性习题，包括计算机仿真作业和论述题，虽然这些习题对本科学生可能有一定的难度，但相信对掌握教材的内容有很好的帮助。
本书由唐劲松教授担任主编。编写分工如下：第1章、第5章、第9章和第4章（部分）由唐劲松教授编写，第6章、第7章、第8章由汤子跃教授、唐劲松教授合写，第3章和第10章由许炎义教授编写，第2章、第4章（部分）由胡金华副教授编写。
本书由南京电子技术研究所林幼权研究员、哈尔滨工程大学孙大军教授和海军工程大学黄高明教授担任主审。他们对本教材提出了许多中肯的意见和建议，在此表示诚挚的感谢。参与本书编辑和校对的有：卢建斌博士、张森博士、钟何平博士、张学波博士和程广利博士。电子工业出版社的陈晓莉编审与作者进行了大量沟通，提出了许多宝贵意见，在此一并表示感谢！
参考文献难以列全，对所引用资料未标注的作者表示歉意和谢意！
囿于编者的水平，谬误之处，恳请同行批评指正。编者第1章 绪论1.1 电子探测系统的任务
电子探测系统是重要的战场传感器，其中雷达和声呐在电子探测系统中占据了重要地位。雷达是英文“radar”的音译，是英文Radio Detection and Ranging的缩写，原意是“无线电探测和测距”，即用无线电方法检测目标并测定它们在空间的位置。因此，雷达也称为“无线电定位”。声呐是英文“sonar”的音译，是英文Sound Navigation Ranging的缩写，原意是“声导航和定位”。
雷达和声呐主要任务包括：目标的探测，目标的距离、方位和仰角测量，目标的速度测量，目标成像和目标识别。
雷达有主动和被动之分。主动雷达大部分都自己发射电磁波，它是利用目标的回波对目标进行探测和定位。主动雷达还可以采用应答方式工作，称为二次雷达，它要求目标为合作目标，如航管雷达。二次雷达信噪比高，距离、角度测量估计精度高，且目标应答时，可为雷达提供自身的番号等信息，可用于目标的类型判别和敌我目标识别。被动雷达利用目标自身辐射、广播电视或背景辐射电磁波对目标进行定位，被动雷达如俄罗斯“铠甲”、美国的寂静哨兵和电磁辐射计等。被动雷达具有隐蔽性好的优点，可以有效地对付反辐射导弹。
被动声呐利用目标的声辐射（机械噪声和螺旋桨空化噪声）来发现目标并测定其参数，主动声呐发射声波并接收目标的回波来发现目标并测定其参数。主动声呐和被动声呐在应用中平分秋色。被动声呐一般用于潜艇声呐和固定式水下声呐站，主动声呐多用于水面舰艇声呐和海洋仪器。应答方式工作的声呐主要用于定位，也用于敌我识别。
雷达的工作原理是利用太空或大气中电磁波的传播与反射，它的工作环境只能是太空或大气。因为海水是电的良好导体，它使电磁能很快地以热的方式耗散掉。因此，在海水中，相同波长的电磁波比声波的衰减快得多。声呐的工作原理是利用声波的传播与反射，它的工作环境只能在水中和空气中，不能工作在太空，因为声波是机械波，它必须借助介质传播。1.1.1 目标的探测
目标的探测是信号检测问题，即判断目标的有无。通常它也是目标参数测量的前提。我们把雷达或声呐接收到的目标回波或辐射波称为信号。信号的幅度与目标特性、传播损失、主动探测设备的发射功率、天线或基阵孔径（尺寸）有关。
信号检测的背景是复杂的，如雷达中的热噪声、电磁干扰和雷达杂波；声呐中的海洋背景噪声、流噪声和平台自噪声，以及主动声呐中的混响等。
雷达的杂波来自地面、云雨或海表面的不希望的电磁散射。主动声呐混响来自水体、海底和海面的不希望的声散射。它们不同于噪声和干扰，其强度随发射功率增大而增大。因此，雷达杂波和主动声呐混响具有相似的属性。
信号检测的性能取决于信噪比。雷达检测性能取决于信噪比、信杂比和信干比，检测背景分别对应于热噪声、杂波和电子干扰。声呐检测性能取决于信噪比、信混比和信干比，检测背景分别对应于噪声背景、混响背景和水声对抗器材的干扰。1.1.2 目标参数测量
1.雷达和声呐可测量的参数
目标参数的测量是参数估计问题。雷达和声呐的测量参数基本相同。以雷达参数测量为例进行说明，图1.1所示为采用极坐标表示目标在空间的位置。图1.1 目标位置的极坐标表示
①目标的斜距：雷达到目标的直线距离OP。在雷达、声呐中斜距简称距离。
②方位角α：目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向（正北、正南或其他参考方向）在水平面上的夹角。声呐方位一般用左右舷来区分。
③仰角β：目标斜距R与它在水平面上的投影在铅垂面上的夹角，也称为倾角或高低角。
雷达参数测量可以是二维的，也可以是三维的；分别称为二坐标雷达和三坐标雷达。二坐标雷达测量的参数有目标的距离和方位；三坐标雷达测量的参数有目标的距离、方位和俯仰角。
声呐参数测量可以是一维、二维乃至三维。被动声呐一般仅能测量目标的方位，即一维测量；被动测距声呐利用三点式被动测距，可测量出目标的距离和方位参数，即二维测量。主动声呐可以测量目标的距离和方位。匹配场声呐可以给出目标在圆柱坐标中的参数，即目标的方位、水平距离和深度，即三维测量。由于声线在水中传播是弯曲的，给出俯仰角是没有意义的。
此外，雷达和声呐还可以测量目标的速度。雷达还可以测量目标的极化特性。
2.基本测量原理（1）距离测量
距离测量的物理基础是波在均匀介质的自由空间中匀速直线传播。在距离测量中，绝大部分采用脉冲测距。以雷达为例说明如下。雷达工作时，发射机经天线向空间发射一串重复周期一定的高频脉冲。如果在电磁波传播的途径上有目标存在，那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达与目标之间，它将滞后于发射脉冲一个时间t，如图1.2所示。而电磁波是以光速c传播的，r设目标相对雷达的距离为R，由于电磁波传播的距离是双程的，因此有：8
电磁波在真空中传播的速度约为3×10m/s，声波在海水中传播的速度约为1500m/s。
测距还可以采用应答测距方式。应答测距信噪比高，精度高，还可以给出目标的属性，便于敌我目标识别。应答测距方位广泛用于航管雷达、水声定位中长基线、短基线和超短基线定位声呐，此外通信声呐也可进行应答测距。
测距思想还用于相对时差的测定，利用相对时差也可以对目标进行定位。相对时差定位有统一时钟和波形互相关的两种方式。例如，GPS就是基于统一时钟的时差来定位的。图1.2 脉冲测距的原理图
潜艇声呐出于隐蔽考虑，可采用三点式被动测距。被动测距也是利用相对时差进行的，在测量相对时差时，通常采用基于互相关时延测距或基于相位差测距。
对于脉冲工作的雷达和声呐，其测距精度与信号带宽成反比，与信噪比的开方成反比。（2）角度测量
角度测量的物理基础是天线或基阵的指向性及其在均匀介质的自由空间中波按直线传播。阵的指向性是指电磁波或机械波能量在空间的具有聚集的特性，像探照灯的光束具有聚集的特性一样，如图1.3所示。阵的指向性可以用波束的宽度描述。波束宽度θ与工作波长λ及天线的尺寸D的关系如下：图1.3 基阵的指向性
但天线或基阵仅有指向性还不够，为了定向，波束的方向必须能改变以扩大搜索范围。改变波束方向的方式分为机械扫描和电子扫描。
雷达波束通常是采用机械扫描，旋转的雷达天线我们经常见到。还有一种改变波束的方式是利用载体的直线运动，如侧扫声呐、合成孔径雷达、全向声呐等。机械扫描的波束在空间上出现有先有后，这种波束称为顺序波瓣。
电子扫描方式的工作基础是天线阵列或声阵列，它有发射波束扫描和接收波束扫描两部分。发射波束扫描通常称为相控发射，它通过改变阵元的发射信号的相位来改变波束的方向。但随着信号带宽的增加，需要采用延时的方法来改变波束方向。接收扫描是采用波束形成技术在空间同时形成多个波束，它可分为窄带波束形成和宽带波束形成两大类，分别采用移相和延时形成波束。
角度测量中也可能是发射宽波束接收窄波束。这类方位测量的方法在声呐中很常见，也见于地波和天波雷达。它们采用信号处理方式同时形成指向不同的多个波束。因此，地波、天波雷达天线、部分相控阵雷达天线和声呐的基阵通常不需要旋转，能同时给出多个方位波束，称为同时波瓣。
雷达和声呐角度测量的精度与波束宽度成正比，与信噪比的开方成反比。所以，波束越窄，信噪比越高，角度测量精度越高。
对雷达和声呐来说，距离、方位角是最重要的测量参数，其次是目标的俯仰角（对于雷达）和深度（对于声呐）。（3）径向速度测量
电子探测系统径向速度测量的物理基础是物理学中的多普勒效应。当目标与雷达有径向运动时，回波信号相对于发射信号的频率会有一个偏差，这个频率的偏差就是多普勒频率。当我们站在站台上，一列火车从我们面前经过，我们可以感受到火车汽笛声音频率的改变。利用信号的频移可以检测运动目标和估计目标的速度。但是雷达和声呐测速的方法是不同的，雷达一般利用脉间测频，声呐一般利用脉内测频。雷达对高速运动的天体（如卫星、洲际导弹）也可以采用脉内测频。
利用空间分布的两个电子探测设备（站）同时测量目标的径向速度，可以得出目标的速度矢量。例如，在海流测量中，通常利用两台地波雷达测量海流矢量。
雷达和声呐测频精度与测量时间的宽度成反比，与信噪比的开方成反比。需要说明的是，对于雷达的脉间测频，其时间宽度是多个脉冲持续的时间，而非单个脉冲的宽度。（4）切向速度测量
如果目标距离相对传感器没有改变，即径向速度等于零，那么回波是没有多普勒频偏的，利用多普勒效应无法测量目标的切向速度。切向速度测量基于空域多普勒频率，这包括真实孔径和合成孔径方法。真实孔径利用沿切向布置的阵列天线工作，其基本原理是波形不变原理。声相关流速剖面仪（ACCP）就是采用这一原理工作的。合成孔径方法采用单传感器，利用回波多普勒斜率来估计目标切向速度。（5）极化测量
测量目标、介质和干扰背景的极化散射矩阵，在一定程度上可获得雷达目标的构成及属性的信息。极化信息可以用于目标检测、分辨和识别。1.1.3 目标成像及识别
俗话说“百闻不如一见”，足见图像的重要性。成像雷达或声呐的特点就是分辨率非常高。所谓的分辨率就是指传感器能区分空间两个目标的能力。对于二维成像来说，分辨率包括距离分辨率和横向分辨率。距离分辨率与发射信号的带宽有关，带宽越宽，分辨率越高。对于真实孔径成像来说，横向分辨率取决于波束宽度，波束越窄，分辨率越高，真实孔径成像分辨率还与距离有关，距离越远，分辨率越低，人眼就是真实孔径成像，远处东西的细节看不清楚。真实孔径成像一般用于近距离、要求不高的水声成像。1950年Wiley提出的一个划时代的思想，即距离—多普勒成像原理。它利用多普勒频率来提高横向分辨率，这个原理是合成孔径雷达和合成孔径声呐的基石。在合成孔径成像中，波束越宽，分辨率越高，正好与真实孔径相反。目前SAR的成像分辨率甚至超过同等距离上的光学图像。图1.4是美国捕食者无人机携带的Mini SAR成像结果。图1.4 美国Mini SAR成像结果
雷达和声呐不仅可以得到测绘场景的二维图像，还可以得到测绘场景的三维图像，如图1.5所示。三维图像形成，从机理上可以分成真实孔径和干涉成像两大类。真实孔径的方法是利用面阵或十字阵得到针状波束，获取二维空间高分辨率；再加上距离维分辨率，得到三维高分辨率。干涉成像不需要面阵，它与人双眼的立体视觉相似，只要有两个在待测量维空间分隔（即高度方向分隔）的天线或基阵即可，但与针状波束成像不同，干涉成像只是高度的测量值，而没有三维分辨能力，因此是伪三维的。图1.5 面阵声呐和干涉合成孔径雷达成像示例
目标识别是利用目标回波特性的差异，对目标的类型、敌我属性进行判断。回波的差异表现在回波时域、频域、时频域、极化域和其他变换域的差异。敌我属性还可以采用二次雷达应答来识别。目标成像是目标类型识别的有效技术手段。1.1.4 雷达与声呐工作波段划分
1.雷达的工作频段
最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm，这一波段被定义为L波段（英文Long的字头），后来这一波段的中心波长变为22cm。当波长为10cm的电磁波被使用后，其波段被定义为S波段（英文Short的字头，意为比原有波长短的电磁波）。
在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后，3cm波长的电磁波被称为X波段，因为X代表坐标上的某点。
为了结合X波段和S波段的优点，逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达，该波段被称为C波段（C即Compromise，英文“结合”一词的字头）。
在英国人之后，德国人也开始独立开发自己的雷达，他们选择1.5cm作为自己雷达的中心波长。这一波长的电磁波被称为K波段（K即Kurtz，德文中“短”的字头）。
最后，由于最早的雷达使用的是米波，这一波段被称为P波段（P为Previous的缩写，即英文“以往”的字头）。
最初的代码（如P、L、S、X和K）是在第二次世界大战期间为保密而引入的。尽管后来不再需要保密，但这些代码仍沿用至今。由于雷达使用了新的频段，其他的字符是后来增加的，其中UHF代替了P波段，P波段不再使用。按国际电信协会（ITU）关于频段的划分，它作为一种标准已被电气和电子工程师协会（IEEE）正式接受，并被美国国防部认可。雷达工作频段的划分参见表1.1。
国际电信联盟（ITU）为无线电定位（雷达）指定了特定的频段。这些频段列于表1.1的第三列。它们适用于包括北美、南美在内的ITU第II区。其他两个区的划分略有不同。例如，尽管L波段如表1.1的第二列所示，它的范围为1000～2000MHz，实际上，L波段雷达的工作频率均在国际电信联盟指定的1215～1400MHz的范围内。表1.1 雷达工作频段划分一览表
雷达的工作频率主要由天线的尺寸、传播的途径、目标回波的强弱、传播的衰减、多普勒频率和距离分辨率等因素决定。
雷达工作频率越低，天线尺寸越大。因此，米波雷达只能用作地面雷达。有限空间的雷达（如机载雷达），一般只能采用厘米波或更短波长工作。电磁波的传播途径有：沿地面传播（俗称地波）、电离层反射传播（俗称天波）直线传播和曲线传播（即大气波导）。我们身边的收音机短波就是依靠电离层传播。直线传播的电磁波就像光传播一样，这是绝大部分雷达使用的传播方式。对于一般的目标，其回波的强弱随波长增大而减小，但对于隐身目标米波波段的回波反而会增强。随着波长的缩短，电磁波的云雨衰减会迅速增大。多普勒频率与载频成正比，如果希望利用多普勒效应检测目标或测速，那么采用频率高的电磁波较为合适。采用米波检测动目标就非常困难了。如果要提高雷达的距离分辨率，就必须提高发射信号带宽。提高带宽可以采用提高发射系统的技术水平，降低Q值。而发射系统的Q值（中心频率与带宽之比）一般难以提高，如果希望提高带宽，提高工作频率是一个不错的选择。
米波雷达的特点是天线十分庞大，但由于它可以沿地面传播或电离层传播，探测距离不受地球半径的影响，因此探测距离可达上万千米，适合用于远程警戒雷达使用。米波雷达可以探测隐身目标和难以被反辐射导弹攻击的优点，但缺点是天波和地波雷达的天线太庞大、造价高，容易被侦察和打击。UHF波段的米波雷达可以用于战术预警。
分米波多用于警戒雷达，厘米波一般用于高精度火控雷达和机载火控雷达。毫米波大气衰减大，一般只能用于近程，但有数个衰减小的窗口可供挑选使用。毫米波器件体积小、重量轻，绝对带宽大，美国无人机使用的Mini SAR就是采用的毫米波，其成像分辨率高达厘米量级。
随着超视距雷达和激光雷达的出现，新波段的开辟，雷达采用的-7工作波长已扩展到从大于166m的短波至小于10m的紫外线光谱。
2.声呐的工作频段
声呐的工作频段没有严格的定义和界限，但根据使用情况大致可以分成：10Hz～1kHz，500Hz～10kHz，10kHz～100kHz和100kHz以上4个频段。
选择声呐工作频段所考虑的因素与雷达相似，但更为复杂。首先，考虑的是声波传播的衰减。海洋声吸收主要原因是由于硫酸镁的离子弛豫吸收，声波在海水中的衰减大约与频率的二分之三次方成正比；此外还受到海底底质和声速剖面（声速沿深度分布）的影响。其次，考虑的是目标特性。对于被动声呐，目标的线谱一般在300Hz以下，而线谱信噪比高且线谱检测是相干处理，处理增益高；同时不同的目标有不同的线谱，可以用于目标识别。对于主动声呐，潜艇对主动声呐的隐身，主要依靠敷消声瓦（简称敷瓦）技术。但敷消声瓦在低频（1kHz以下）很难奏效。其三，还需要考虑海洋背景噪声。一般来说，低频段海洋噪声高，但到500kHz以后，又需要考虑海洋分子热运动噪声。
远距离水声探测一般选择10Hz～1kHz的工作频率，但为了保证足够的空间增益和方位的测量精度，声基阵就会很长，因此出现了舷侧阵声呐、拖曳线列阵（简称拖线阵）声呐和固定式线阵声呐，还出现了主动拖线阵声呐。水下短基线定位、鱼雷自导频率多选择在30kHz左右。高分辨率图像声呐一般选择在100kHz以上。医用超声成像设备工作频段多在1MHz以上。图1.6给出了各种声呐工作频率大致的范围。图1.6 各种声呐工作的频率范围1.2 电子探测系统的组成与应用1.2.1 被动探测系统的组成
被动探测设备自身不发射信号，而是通过探测目标自身辐射或散射的信号进行工作。典型的被动电子探测系统是被动声呐。它通过接收目标的辐射噪声来发现目标，并估计目标的方位参数。图1.7（a）是被动声呐的系统框图。它由接收基阵、接收机、A/D转换器、波束形成器和时间积累器等部分组成。接收基阵是一组水听器，水听器将声能转换成电信号。每个水听器需要各自的接收通道。波束形成器通过改变不同通道的相位（窄带信号）或时延（宽带信号）形成多个指向不同的波束，如图1.7（b）所示，这种波束称为同时波束。时间积累器对检波后的信号进行累加，提高信噪比。
被动雷达近年来受到重视，其利用的辐射源分成两类：飞机自身辐射源或外辐射源（如调频广播、电视台和移动通信基站的信号）对目标进行探测和定位。前者典型的系统有捷克的维拉-E、俄罗斯“铠甲”，后者有美国的“寂静哨兵”等。它们对目标定位的方法与被动声呐不同，一般采用多普勒、角度测量和时差定位等技术。
采用被动探测最大的优点是隐蔽性好，所以潜艇尽管装备有被动和主动声呐，但一般只使用被动声呐，主动声呐几乎不用。被动雷达由于不发射电磁波，因而可以有效地对抗反辐射导弹和躲避雷达报警系统。由于它或接收目标辐射的电磁波，或接收目标反射的低频电磁波，故可有效地探测隐身飞机。图1.7 被动声呐原理框图及多波束示意图1.2.2 主动探测系统的组成
雷达绝大部分采用主动工作。我们以图1.8所示收发天线共站的单基地雷达为例说明的主动探测设备的基本组成框架。
信号源产生待发射信号，并为整个系统提供时间基准。时间基准是至关重要，尤其对于相干雷达，因为雷达的距离测量和数据采集（时延、转换时钟）都需要时间基准。发射机将发射信号放大，天线将发射机的信号定向发射出去。所谓的定向就是像探照灯的光束一样，使能量在空间能形成的电磁波束。波束可以是扇形或针状，扇形波束只能给出一维角度分辨和测量，针状波束可以给出二维角度分辨和测量。天线的功能是提供波束的指向性，并改变电磁波束的方向，雷达可以通过机械旋转来改变波束的方向，这些波束在时间上有先后，称为顺序波束。收发转换开关的作用是保证在发射的时候，大功率电磁波不会进入接收机，防止接收机被烧坏，它使得雷达可以用一副天线既发射信号又接收信号。但它发射的时候就不能接收，因为泄漏到接收机的发射信号，会造成接收机阻塞，这是收发共用天线的一个小缺点。接收机将接收的微弱信号放大，并进行带通滤波。正交双通道采样将模拟信号转换成数字形式的复包络信号，现在一般采用中频直接采样技术，可以避免使用两个接收通道并保证正交两个通道的一致性。信号处理机对信号进行处理，如匹配滤波、杂波对消和脉间积累等。显示器显示目标的回波和参数。在一些简单的雷达（如民用导航雷达）中，虚框部分可能没有。但现代雷达基于相干体制和数字信号处理，虚框部分是必需的。图1.8 雷达组成框图及跟踪雷达图片
主动声呐的原理框图与雷达大抵相似，只是将天线换成声基阵。声基阵是声电转换装置，发射时将电能转换成声能，接收时将声能转换成电能。主动声呐一般采用宽波束发射，角度测量一般与被动声呐相似，利用基阵形成多个波束测向，它在空间同时形成多个波束，然后判断目标在哪个波束。
在雷达中，最接近主动声呐工作方式的是地波雷达和天波雷达，它们一般也是发射宽波束，然后采用数字多波束接收。数字多波束也是相控阵雷达正在努力的方向。
主动声呐（尤其是潜艇主动声呐）有时采用收发阵不共用的结构，即发射阵和接收阵分开。发射阵一般比较小且简单，收发阵间隔很近，仍应视为单站声呐，可不用收发转换开关，但仍然有最小作用距离限制。1.2.3 雷达和声呐的分类
1.雷达和声呐的分类
雷达和声呐的分类方法很多，表1.2给出了几种典型的分类方法。表1.2 雷达和声呐的分类续表
现代雷达除了简单的、低成本应用（如舰船导航雷达）的采用非相干体制外，一般都采用相干体制。相干技术是第二次世界大战后雷达的最大特点。相干体制雷达不仅在信噪比积累方面优于非相干雷达，而且它是一切现代雷达的基础。相干体制包括脉内相干和脉间相干。脉内相干是指脉冲波形的使用和处理，如脉冲压缩、单个脉冲测频。脉间相干是指相干脉冲串信号的使用和处理，它不仅可以得到更好的检测性能（如MTI和PD），提高距离和频率的分辨率，提高距离和频率的测量精度，而且可以利用合成孔径原理成像。但是由于脉冲重复间隔长和水声信道的不稳定，只有近距离工作的合成孔径声呐使用脉间相干，其他声呐普遍使用脉内相干技术（脉冲压缩和脉内测频）。1.3 电子探测系统战术和技术指标1.3.1 探测能力技术指标
探测能力技术指标一般采用给定距离上和给定虚警概率条件下的发现概率。但事实上，如果人工检测发现目标并进入跟踪状态，这与跟踪保持状态发现概率是不同的，因此也可采用发现目标并跟踪的距离与目标丢失的距离来衡量。
1.最大作用距离与威力图
最大作用距离也是一个常用技术指标，它是指电子探测系统能可靠探测目标和测量参数的最大距离。由于雷达不同的仰角，其最大探测距离不同，通常用垂直平面的威力图（见图1.9）来描述。其横坐标是距离，纵坐标是高度。声呐的作用距离与声呐的工作深度和海洋信道密切相关，通常可以采用声场预报仪进行预估。声场预报仪还可以帮助声呐选择合适的工作深度。图1.9 雷达威力图
2.最小作用距离
对于共站雷达或声呐来说，由于发射信号期间，接收机无法接收信号，因此有一个距离测量的盲区。这个盲区称为最小作用距离。
3.数据率
数据率是指单位时间内雷达或声呐提供目标测量参数的次数。它不但意味着检测性能的提高，而且意味着探测系统的反应速度。这个指标对于雷达自动目标跟踪也具有重要意义，数据率越高，目标的不确定性越小。机械扫描雷达扫描速度远低于相控阵雷达。对于机械扫描雷达来说，雷达天线越大，扫描速度越慢。如大型米波警戒雷达为30秒，而X波段火控雷达可达秒级。现代声呐采用多波束方式工作，数据率受限于最大作用距离；对于被动声呐来说，数据率受限于积累时间（一般在秒级）。1.3.2 估计精度技术指标和分辨率技术指标
估计精度指标反映了参数测量的准确性。一般采用均方根误差来度量。包括：距离均方根误差、角度均方根误差和速度均方根误差等参数。但估计精度与信噪比有关，而信噪比与距离有关，应标明是全部探测范围内的精度还是给定距离上的精度。
分辨率是电子系统能分辨出两个目标的能力。这里定义的分辨率是基于最优处理的（即匹配滤波）。如果不采用最优处理，分辨率可能会提高，但会带来其他的问题，如伪峰等，尤其在低信噪比时。
分辨率是极其容易与测量精度混淆的技术指标，因为两者的量纲相同，但是要严格区分这两个概念。不仅数值有差异，因为测量精度与信噪比有关。而且探测系统有测量精度，并不意味着有分辨率。例如对于单个目标，用单个矢量水听器可以测定方向，但是对于多个目标，单个矢量水听器就无能为力了；除非其他维（距离、频率）能提供分辨率。
分辨率指标重要性说明如下。
分辨率是成像雷达或声呐最重要的技术指标。图1.10给出了三种不同分辨率下合成孔径雷达（SAR）的图像。0.5m分辨率的图像不仅可以看清楚运输机的形状，而且可以发现机场还停有一架轰炸机。因此，提高分辨率，可以提高对目标的批次（即目标的个数）判断的准确性。只有能分辨出目标才能正确给出目标的个数。图1.10 不同分辨率下SAR的图像
此外，雷达在杂波背景下（声呐在混响背景下）的检测性能与分辨率有关。这包含三方面的含义：
①利用不同的分辨空间可以改善目标检测性能。例如，运动目标与雷达杂波混在一起，在时域无法分辨。但运动目标回波有多普勒频率；而杂波是固定的，没有多普勒频率；两者在频域很容易分辨。
②增加分辨的维数可以改善信号检测的性能。生活常识告诉我们将三维物体投影到两维空间会损失分辨能力，这提示我们增加分辨空间的维数，可以改善雷达或声呐的检测性能。如图1.11所示，在机载预警雷达正侧视时，由于杂波多普勒谱的展宽，运动目标多普勒谱线会淹没在杂波频谱中。但是在角度谱—频率二维空间上，目标和杂波谱可分离开，这便是热门技术时空二维处理（STAP）的物理基础。图1.11 机载正侧视雷达二维角度谱
雷达和声呐分辨率空间包括：时间、频率、空间（方位、俯仰二维）。雷达的分辨空间还有极化，但极化域的利用不多，多用于遥感，军用雷达大多为单一极化，因为人工目标极化特性差异很小，难以利用。
③即使相同的检测维数，分辨率提高也能改善目标的检测。例如在杂波或混响背景下分辨率（包括角度、距离和频率分辨率等）越高，检测性能越好。而在噪声背景下，则有差异，表现在：提高角度分辨率可以提高检测性能，但提高距离分辨率对检测性能影响不大。因为带宽增加，噪声功率也会增加。1.3.3 电子探测系统主要技术参数
1.波形参数
波形参数决定了主动声呐的工作性能和战术使用，应该提供使用者。波形参数包括：中心频率或载频、脉冲重复间隔（PRI）或脉冲重复频率（PRF）、发射信号的波形（连续波、连续波长脉冲、连续波短脉冲、线性调频信号、相位编码信号等）、信号的带宽、信号的脉冲宽度。PRF往往也是非常重要的战术指标，尤其在脉冲多普勒雷达中。PRI、脉冲宽度如图1.12所示。图1.12 波形参数
2.发射机技术参数
雷达发射机的技术参数称为发射功率，一般用千瓦表示。声呐发射机的技术参数称为声源级，一般用dBu Pa/m表示。
3.接收机技术参数
接收机重要的参数是噪声系数和频带特性。频带特性包括带宽、通带特性和阻带特性。
4.抗干扰能力
干扰可能来自自然和人工。自然干扰包括热噪声、雷达的杂波、声呐的海洋背景噪声、流噪声、平台自噪声和混响。但通常所指的抗干扰性能主要指对付敌方人工干扰的能力。抗干扰能力将在第10章“电子对抗基本原理”中介绍相关内容。1.4 电子探测系统的发展史1.4.1 雷达发展史
1.早期发展史
1864年，麦克斯韦提出了电磁理论，预见到了电磁波的存在。
1886年，海因里奇·赫兹进行了电磁波产生和接收的实验。证明了电磁波的存在，验证了电磁波的发生、接收。
1903—1904年，德国人克里斯琴·赫尔斯迈耶研制出原始的船用防撞雷达，探测到了从船上反射回来的电磁波并获得专利。
1922年，马可尼提出采用短波无线电来探测物体。
20世纪30年代中期，很多国家都几乎同时、且独立地开发出现代形式的脉冲雷达，但其精确的诞生日期难以确定。例如1934年12月，美国海军研究所（NRL）的H·泰勒、R·佩奇等人，从0.6MHz的脉冲雷达测试中第一次收到了从飞机反射的回波。美国陆军在1938年装备了实用的SCR—268雷达系统。它在第二次世界大战期间是第一部用来对单个飞行目标探测、便于运输的精密跟踪雷达。这段时期雷达的典型特征是使用超高频或更低工作频率。
2.第二次世界大战期间
影响现代雷达发展的最重要的成就之一，是1939年英国发明的高功率微波谐振腔磁控管高功率厘米波器件的出现。从此，可克服VHF频段的局限，开发出窄波束、宽带宽、工作于L与S频段的大型地面对空监视雷达，以及体积更适用于战斗机使用的X频段火控雷达。
1940年11月，美国麻省理工学院（MIT）成立了辐射实验室。早在美国知道英国人发明了微波波段磁控管以前，MIT就决定致力于发展微波雷达。20世纪40年代，MIT辐射实验室成功地将微波技术用于空、陆、海方面的军用雷达，当时大约有150种不同的雷达系统都是辐射实验室开发的成果，例如，SCR—584炮瞄雷达、SCR—720飞机截击雷达、AN/APQ—7轰炸雷达。
1942年，美国人发明了单脉冲测角体制。同年出现了动目标显示（MTI）雷达。
3.第二次世界大战后
第二次世界大战后，雷达的显著特征是相干体制的出现，相干体制是雷达发展史上最重要的技术进步。（1）20世纪50年代
20世纪40年代发展起来的单脉冲测角原理，50年代已成功应用于美国的AN/FPS—16跟踪雷达，AN/FPS—16是一种供测量用的单脉冲精密跟踪雷达，非常具有代表性。AN/FPS—16的角跟踪精度可以达到令人吃惊的0.1m rad，这样的角跟踪精度即使以现在的标准来看也是相当高的。
脉冲压缩雷达原理也是在40年代提出的，但直到50年代才得以应用于雷达发射系统。
50年代，大功率速调管放大器开始应用于雷达，其发射功率比磁控管大两个数量级。由于磁控管很难实现相干发射，速调管的出现为相干雷达的发展奠定了发射机方面的基础。
50年代提出了合成孔径雷达理论——距离多普勒成像原理，它利用运动的天线，可以得到高分辨雷达图像。
机载气象回避雷达和地面气象观测雷达也问世于这一时期。机载脉冲多普勒（Pulse Doppler，PD）雷达是50年代初提出的构想，50年代末就成功地应用于“波马克”空—空导弹。（2）20世纪60年代
20世纪60年代的雷达技术是以第一部电扫描相控阵天线和后期开始的数字处理技术为标志。天线波束的空间扫描可以采用机械扫描和电子控制扫描的办法，电扫描比机械扫描速度快、灵活性好。
第一部实用的电扫描雷达采用频率扫描天线，应用最广泛的是图1.13（a）所示的AN/SPS—48频率扫描三坐标雷达。它是方位上机械扫描与仰角上电扫描相结合的，仰角覆盖范围大约为45°。相继投入使用的美国海军AN/SPS—33防空相控阵雷达工作于S波段，方位波束的电扫描用铁氧体移相器控制，俯仰波束用频率扫描实现。
1957年，前苏联成功地发射了人造地球卫星，这表明射程可达美国本土的洲际弹道导弹已进入实用阶段，人类进入了太空时代。美苏相继开始研制外空监视和洲际弹道导弹预警用的超远程相控阵雷达。美国在60年代研制了AN/FPS—85相控阵雷达，如图1.13（b）所示，它的天线波束可在方位和仰角方向上实现相控阵扫描，是正式用于探测和跟踪空间物体的第一部大型相控阵雷达。图1.13 两种相控阵雷达
对动目标显示（MTI）技术加以改进后，机载动目标显示雷达应用到了飞机上。第一次研制机载动目标显示雷达（AMTI）的尝试是在第二次世界大战期间，不过，AMTI雷达可以可靠地探测海面上空飞行的飞机，仍无法应用于陆地上空飞行目标的探测，因为陆地杂波高出海面20dB。1964年在美国海军的E 2A预警机上配备的，采用了偏置相位中心天线和机载时间平均杂波相干雷达来实现运动补偿。
60年代，美国海军研究实验室还研制了探测距离在3700km以上的“麦德雷”高频超视距（OTH）雷达，这个研制成果证明了超视距雷达探测飞机、弹道导弹和舰艇的能力。（3）20世纪70年代
合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达等，在20世纪70年代又有了新的发展。合成孔径雷达已经扩展到民用，并进入空间飞行器。装在海洋卫星上的合成孔径雷达已经获得分辨率为25m×25m的雷达图像，用计算机处理后能提供地理、地质和海洋状态信息。在厘米波段上，机载合成孔径雷达的分辨率已可达到30cm×30cm分辨率。
机载飞机监视雷达的重要进步表现在采用了改进信号处理的方法，使美国海军的E—2型空中预警机的机载动目标显示（AMTI）升级成具有对陆地上空的飞机目标进行视探测的能力，并成功开发了美国空军的E—3A空中警戒与控制系统（AWAES）的脉冲多普勒雷达。E—3A的成功主要是由于有了甚低副瓣天线（低于主瓣电平40dB），使天线副瓣电平的大小降低两个数量级大小以上。超低副瓣是机载脉冲多普勒（PD）的关键技术之一。
在空间应用方面，雷达被用来帮助“阿波罗”飞船在月球上着陆；在卫星方面，雷达被用作高度计，测量地球表面的不平度。
20世纪70年代投入正常运转的AN/FPS—108“丹麦眼镜蛇雷达”是一部有代表性的大型相控阵雷达，主要用于弹道导弹的预警。“鱼叉”和“战斧”系统中用的巡航导弹制导雷达也是这一时期出现的。（4）20世纪80年代
20世纪80年代，相控阵雷达技术大量用于战术雷达，这期间研制成功的主要相控阵雷达包括美国陆军的“爱国者”系统中的AN/MPQ—53、海军“宙斯盾”系统中的AN/SPY—1和空军的B—1B，它们都已进入了批量生产。L波段和L波段以下的固态发射机已用于AN/TPS—59、AN/FPS—117和AN/SPS—40等雷达中。在空间监视雷达方面，“铺路爪”（PAVE PAWS）全固态大型相控阵雷达（即AN/FPS—115）是雷达的一个重大发展。
气象雷达应用了脉冲多普勒处理技术，在降雨测量中包括了风速成分的测量，出现了脉冲多普勒气象雷达。（5）20世纪90年代至今
由于信息技术与空间技术的快速发展与进步，在近期战争中，军事技术先进的国家已开始执行以信息为主导的向对方纵深要害地带实施精准打击的战争打法。因此，在雷达方面，特别是深空雷达方面引起的重大发展和对空防御雷达面临的严重挑战。
有人驾驶飞机载、无人机（UAV）载、卫星载的合成孔径雷达（SAR），已成为对敌方纵深要地实施精准打击前的侦察、成像探测，以及打击后战果评估和确定下一轮打击的有效手段。
1991年第一次海湾战争中，美国首次应用了E—8C系统，这套系统的核心是空军/陆军联合监视目标攻击雷达系统（Joint STARS或JSTARS）。在代号为“沙漠风暴”的整个战争期间，此系统探测、定位和跟踪了价值很高的对方地面上固定与运动的目标，如“飞毛腿”导弹发射架、行军中的部队、渡河位置、后勤部队位置、部队集结区以及退却路线等，给联军的战场空中指挥与控制中心提供了重要信息，对迅速进行战术决策和指挥攻击机实施打击起了重要作用。
JSTARS是一部远距离（不小于250km）、空中对地面监视的系统，可用来全天候对地面目标定位、分类与跟踪。在己方空域内，可探测与跟踪对方领域内前线与后方纵深地区内的行动；且对直升机、旋转的天线和大型慢速飞机有一定的探测能力。
此系统中所用的雷达是AN/AYP—3型，具有合成孔径成像/地面动目标显示（GMTI）功能，工作于X频段（8～10GHz）的相控阵雷达。7.62m×0.6m的相控阵天线，安装于飞机前部座舱下面狭长的天线罩内，可向飞机主轴左方或右方侧视。天线波束在方位上电子扫描，视场达120°，而在俯仰方向机械扫描。当载机飞行于9150～12 200m2高空时，雷达探测覆盖面积达80 000km/分钟。雷达的主要工作方式有大面积监视、固定目标指示、合成孔径成像、活动目标指示、目标分类等5种，在以合成孔径雷达方式成像时，像素分辨率为3.7m×3.7m。
整套JSTARS系统包括一架装备AN/APY—3雷达和美国陆军的标准型机动式地面站。雷达获取的目标和战场数据既可提供给飞机上的空军操作人员，也可经数据链提供给地面站内的陆军操作人员。E—8C系统中，飞机上处理数据的操作人员多达18～28人。JSTARS整个系统的概况如图1.14所示。
在20世纪末的高技术局部战争中，利用人造卫星在对方纵深地区执行侦察任务的重大技术贡献，是1988年12月由航天飞机发射的美国军事上第一颗实用的“军事测距系统（Lacrosse，‘长曲棍球’）”。合成孔径雷达成像卫星“长曲棍球Ⅰ”，在1991年1月至2月海湾战争中，与三颗锁眼式KH—11光学与红外成像卫星组成的低轨（轨道低于1000km）侦察成像卫星星座，成功地把对伊拉克观测的情报图像传给美军各级军事长官。“长曲棍球”卫星SAR成像侦察不但是全天候的，还弥补了KH—11光学、红外成像卫星受气象条件影响的不足；它与E—8、无人机合成孔径雷达成像侦察相比，有星座规模小，对侦察区再访问率低、实时性差的缺点，但它有不受距离限制，适用于广泛地域的成像侦察，并具有对远洋海域中的舰船（甚至潜艇）探测与识别能力，以及平台的安全性相对较高等优点。低轨卫星SAR侦察平台与机载、无人机载SAR侦察平台相结合的运用，可获得全空域、全天候、实时的全战区精确图像情报，是当代侦察技术与雷达技术的革命性和跨越性发展。图1.14 E—8C和“监视与控制数据链”（SCDL）协同的效果
美国于1991年3月8日又用“大力神”火箭发射了“长曲棍球II”卫星，1999年3～6月，北约对南斯拉夫发动的代号为“联盟行动”的军事打击中，使用了两颗“长曲棍球”雷达成像卫星，三颗KH—11光学与红外成像L星组成星座实施侦察。
由于合成孔径雷达（SAR）成像在20世纪末的军事、科研、民用等各领域中所起的重要贡献，SAR技术和应用已成为20世纪90年代至今蓬勃发展的雷达主流技术之一。
此外，多功能相控阵雷达已成为21世纪机载火控雷达发展的主要方向。近代空战中“先敌发现、先敌攻击、先敌杀伤”，已成为空战中获胜的主要手段之一。要做到这点，除了己方战斗机的雷达截面积要设计、制造得足够小，还需要己方的机载火控雷达的威力足够大，能比敌机先发现对方。因此，20世纪90年代以来，美、俄等军事大国都把多功能机载相控阵雷达作为新一代战斗火控雷达的首选类型。美国四代机——用来争夺空中优势的隐身战斗机F—22就采用了X频段（8～12GHz）的AN/APG-77型有源天线、多功能相控阵火控雷2达，其天线阵如图1.15（a）所示，对雷达截面积1m目标的检测距离可达约125mile（约201km）。其有源相控阵天线与工作方式如图1.15（b）所示。1.4.2 声呐发展史
1.早期发展史
水声的第一次实际应用，可以追溯到20世纪初导航系统。早期导航系统是由灯光和雾号构成，灯光和雾号同步工作，通过测定两者到达时间差，即可确定船相对灯塔的距离。但是在下雨、阵雪、刮风或浓雾弥漫的恶劣气候条件下无法使用。一个改进是引入了水下导航钟。图1.15 相控阵机载火控雷达天线与工作方式
巨型的水下导航钟连同雾号一起设置于沿海灯塔附近或灯标船上。钟内充有压缩空气，能驱动气锤击钟，从而在水中自动发出声信号。碳粒微音器安装在船头两侧下方紧贴船板内壁的水密罩内；它们把接收到的钟声信号变换成电信号，并且分别通过导线送到舱室里电话接收机的两个听筒中。听测者则可依据从两个听筒听到的钟声信号的强弱，大致判断船只相对于灯标的方位。如果与此同时同步测出从灯标处发出的雾号声与水下导航钟声到达的时间之差，那么，船只与灯标究竟相距多远也就可以确定了。这种导航系统的作用距离一般可达16km左右。
这种导航方法以及后来发明的无线电导航设备都只能测定船只在航道中的相对位置，回避一些已经查知的暗礁、险滩，而对于其他潜伏在水中的不发声的障碍物（比如冰山，它往往只有十分之一露出海面，而绝大部分藏在水下），船舶都成了“睁眼瞎”。1912年4月14日著名的泰坦尼克号惨剧因此而发生。
怎样才能避免类似事故的发生呢？许多科学家都在思索着。
惨剧发生5天之后，有个名叫理查森的英国人提出了用空气声进行回声定位的建议。一个月以后他又提出了相仿的水声回声定位方案，这便是世界上第一个主动声呐方案。所谓主动声呐，就是一种自己向水中发射声波并根据水中物体的回波来达到各种探测目的（比如定位）的水声设备。可惜的是理查森并没有能实现他的方案，因为当时还不会制造能在水下朝着既定方向发射声波的设备。
1913年，美国人费森登研制出了一种新式的动圈型振动器。这种振动器在水中既能定向发射声波又能接收声波，其结构与现在常用的动圈型扬声器或微音器相似。此后不久利用这种振动器就探测到了2海里（1海里等于1.852km）以外的冰山。费森登的振动器本来是为水下声通信研制的，接上电键后，即可按照莫尔斯电报码发讯和收讯。据称它被装在第一次世界大战时期的美国潜艇上，使潜艇在水下能够互相发讯联系。它的改进型振动器一直使用到1950年。
1914年7月，第一次世界大战爆发。在战争期间，德国展开了“无限制潜艇战”，利用新发明的U型潜艇击沉了协约国的大量军舰和商船。据称有一艘U型潜艇仅在76分钟内，使用鱼雷击沉了3艘装甲巡洋舰。探测水下潜艇的任务迫在眉睫。协约国立即投入许多人力和物力，进行探测方法和设备的研究。磁学的、光学的、热学的方法都试验过，但效果不理想。实践证明最有效的是声学方法，于是各种声呐系统竞相问世。
当时，达·芬奇的空气听测管也得到了应用，不过，那时候在另一只耳朵与海水的另一点之间也设置了一根长管，以便根据声波到达两耳的时间差和强度差，测定水下噪声目标的方向。在工作时，该听测器是可以转动的。当听测器对准敌方舰艇时，舰艇发出的噪声必定同时到达两个大若网球的空心橡皮球（两橡皮球间距接近1.5m），通过空气管和听筒传入耳朵。那么，敌方舰艇到底在前面还是后面呢？有经验的听测者只要再将听测器向左或向右旋转90°，就能迅速地找到答案了。另一种在达·芬奇空气管的基础上发展起来的听测设备是将24根空气管分成两组，每组12根，均排列成一个直线阵，分别安装在船底的左右侧，依靠特殊的补偿器进行转向。这种设备对于噪声目标的定向精度比较高。
在法国，著名物理学家郎之万和年轻的俄国电气工程师希洛夫斯基合作，利用静电型发射器和一个放在凹曲面焦点处的碳粒微音器进行多次试验，终于在1916年接收到了海底回波，以及放在200m以外的一块装甲板的回波。
其后，郎之万转向研究石英的压电效应，成功地研制出了石英——钢夹心型超声换能器。郎之万换能器的工作频率较高，具有较强的方向性。它的改进型一直使用到现在。此外，郎之万在实验中还利用了刚刚问世的真空管放大器，这或许是电子技术在水声中的首次应用。这样在1918年第一次接收到了水下潜艇的回波，探测距离有时可达1.5km。
第一次世界大战结束后不久，用于船舶导航的新型设备——回声测深仪诞生了。实际上它是人们在研制探潜回声定位系统的过程中所得到的副产品。此后，由于电子技术的发展，水声换能器性能的改善，特别是对于声波在海水中传播规律的深入了解，声呐技术不断地向前迈进。
2.第二次世界大战期间
第二次世界大战的爆发开创了声呐发展的新时期。一系列新型的主、被动声呐纷纷问世。参战各国的舰艇都相继装备了能够适用于作战的声呐。前苏联制造的“火星”型被动声呐和“塔米尔”型主动声呐，在伟大的反法西斯战争中发挥了巨大威力。
当时，在水面舰艇上装备的主动声呐常用耳机或扬声器来收听回波信号，并且配有距离指示器，能够同时测出目标的方位和距离。在潜艇上装备的被动声呐，多用耳机收听目标发出的噪声信号，只能测出目标的方位。声呐的换能器都是采用机械的方法使之旋转，从而实现水平方向上的搜索的。而声呐的电路部分则广泛采用了当时电子技术的新成果，形成了一套较完整的系统。并且在战争进入尾声时，出现了使用电子示波管显示目标信号的新型声呐。
1945年，英国潜艇“冒险者”号首创记录：它在水下完全依据声呐探测到的信息，对同样处于水下的德国潜艇发动了攻击。作为水下观测的重要耳目，声呐的地位日益巩固。
3.第二次世界大战后
第二次世界大战以后，声呐技术的发展十分迅速。其主要原因包括：一是由于50年代出现了载有导弹武器的核动力潜艇，对声呐的性能提出了更高的要求；二是对水声物理的研究逐步深入，对水下声音传播的认识促进了声呐技术的发展；三是战后电子技术的飞跃发展为声呐的发展在技术上准备了条件。
第二次世界大战后，水声物理的研究发现：海水对于低频声波的吸收较小，低频声波能传播很远，甚至超过千千米。因此，从第二次世界大战后至现在，低频化是声呐技术发展的最主要方向。降低声呐工作频率的好处不仅仅是传播距离远，更重要的是低频范围内目标舰艇的辐射噪声较大，线谱丰富，探测和识别要更容易些。
因此，为了应对核潜艇的威胁，第二次世界大战后声呐系统不断推新，典型代表为：美国的SOSUS（Sound Surveillance System）系统和SURTASS（Surveillance Towed Array Sensor）系统。
SOSUS系统是美国为了应对前苏联核潜艇的巨大威胁，在大西洋和太平洋上布置的庞大的低频水下监听网。第一个全尺寸的SOSUS样机于1952年布置于Eleuthera，基阵长1000英尺，含40个水听器，波束宽度大约为2°，布置于水下1440英尺的深度。因为其探测性能突出，从1954年至1957年，美国在大西洋一侧从巴巴多斯岛到加拿大的新斯科舍布置了一个巨大的半圆形基站群，这是美国第一批SOSUS基站，如图1.16所示。图1.16 美国第一批SOSUS系统基站
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