前言

隨著潛艦靜音技術日趨進步，以往純靠被動陣列聲納系統探測潛艦的效能與距離已經大打折扣。柴電潛艦潛航時只靠電機慢速推進，不像核子推進系統反應器、蒸汽渦輪熱機發出相對明顯的音響信號；而且柴電潛艦通常在近海區域活動，受到近岸大量地形雜波的干擾，而且該處由於水深過淺，只能靠直接聲學通道進行探測，距離大受限制。又，隨著潛艦外部敷設消聲瓦日益普及，一般中頻主動聲納的探測距離顯著衰減。面對敷設消聲瓦的靜音型潛艦，被動聲納只能在極短的距離（通常僅有個位數的海里甚至數百公尺）探測到一艘靜音狀態的現代化潛艦，中/高頻主動聲納的偵測效率也因為潛艦外層的消音瓦而大打折扣。

隨著1990年代靜音化柴電潛艦日益普及擴散，純粹的被動聽音反潛作業日漸困難，1990年代以來世界各主要海軍都積極發展由中/低頻主動聲納搭配被動拖曳陣列聲納聯合作業，由主動聲納拍發，由聽音性能較好的拖曳陣列聲納負責接收。如此，就能克服傳統被動拖曳陣列聲納只能被動聽音且難以迅速判斷目標方位的問題，又保有拖曳陣列聲納基陣長、遠離艦體自噪、部署深度自由的優勢。主動聲納能與被動拖曳陣列聲納可以整合成一體，隨著聲納信號處理技術進步，還發展出由多個不同位置聲納系統進行「雙基作業」（bistatic operation) 甚至「多基作業」（multistatic operation)，例如以艦體主動聲納、可變深度聲納（VDS）、拖曳式進行拍發，再由被動陣列接收。而直升機的吊放式聲納也可參與多基作業，由吊放聲納拍發，然後以一條（或多條）拖曳式陣列接收。透過雙基/多基作業，單一主動聲納源由多個被動拖曳聲納截收，可大幅提高對水下目標定位的精確度（傳統單一線性陣列拖曳聲納必須靠著船艦運動調整聲納方位，比對多次不同接觸才能計算出目標方向等動態）。在多基作業下，以直昇機吊放聲納負責拍發時，以被動拖曳聲納接收的船艦平台不會暴露位置，敵方潛艦無法單憑主動聲納來源方位來迴避或反擊。

低頻主/被動拖曳陣列聲納系統顯著強化了船艦的對潛效能，甚至足以奪回水面反潛艦艇在靜音潛艦普及後喪失的先看/先發優勢，在敵方潛艦能打擊水面 船團之前先發現它。

而Thales集團在1990年代發展的主/被動拖曳式聲納系統，就是西方代表性的這類裝備。

前身：DSBV-62C與ATAS(V)3

整合主/被動拖曳陣列聲納（Combined Active and Passive Towed Array Sonar，CAPTAS）是Thales在1990年代末推出的低頻主/被動拖曳聲納產品系列，其前身是法國Thomson-CSF（Thales的前身）在1990年代初期開發的ETBF DSBV-62C拖曳式極低頻主/被動陣列聲納，首先安裝在法國海軍土維爾級（Tourville class）反潛巡防艦，隨後亦用於部分F-70喬治.萊格斯級（Georges Leygues class）反潛巡防艦上。DSBV-62C系統重10噸，聽音陣列長22m，直徑12cm，擁有64個聽音單元，操作頻率1400~1800Hz。

在1990年代初，英國與法國進行許多聲納設備的技術合作，因此英國在主/被動拖曳陣列聲納的成果也是CAPTAS的一大技術基礎。全世界第一種海軍用主/被動拖曳陣列聲納（Active Towed Array Sonar，ATAS）就是由英國開發，在1987年宣布研製成功，1994年交付皇家海軍；經過測試，證實ATAS利用分離的主動拖曳體發射低頻聲納信號、由線性被動陣列接收回波的方式，在遠距離探測到敵方潛艦，偵測效果十分良好，有效結合了主動聲納定位精確度高以及被動拖曳陣探測距離遠的優點。

ATAS的偵測部位由一個搭載低頻主動聲納（Low Frequency Active Sonar，LFAS）以及部署控制裝置的拖曳體合一個長300m的線性被動拖曳陣列構成，拖曳纜繩長達700公尺，拖曳纜繩連結主動拖曳體，主動拖曳體再連結線性拖曳陣列；為了取得最好的偵測效果，部署時主動拖曳體與被動線性陣列應保持在同一深度。ATAS的主動模式工作頻率約3KHz，被動工作頻帶約2~4KHz（有2.7、3.0、3.3等三種頻率可選擇），工作方式包括主動調頻脈衝、主動連續波脈衝和被動聽音警戒，此外還有自動追蹤和魚雷警告等功能。ATAS的最大有效拖曳速度約20到25節，極限的破損拖曳速度約30節，能在六及海象部署操作；以15節拖曳速率時，最大部署深度約235m。

ATAS的每組線性被動陣列的電子組件裝在長度約20m的柔性管內（包括32個聽音單元），直徑63.5mm， 經過波束形成而形成360度水平方位的覆蓋，橫向的方位分辨率約0.5度；水聽器接收信號處理為串聯的資料流，使拖纜直徑得以小型化。ATAS的主動發射陣列包含兩組由彎曲伸張發射換能器（transducer）構成的垂直圓柱狀基陣，每組圓柱狀基陣由10個低頻壓電陶瓷片構成，換能器由鋯鈦 酸鉛壓電材料製造；主動發射陣列裝在鋁質或玻璃纖維強化塑膠製作的拖曳體內，拖曳體上裝置控制部署深度的阻浮器，阻浮器本 身也連結線性被動拖曳陣列。ATAS的主動聲納部位能實施水平全向發射，垂直波數束寬25度，發射電功 率約25KW。

而法國在1990年代出售給台灣的六艘康定級巡防艦（拉法葉反潛型），也配備了以DSBV-62C為基礎開發的ATAS(V)3主/被動拖曳陣列聲納 。ATAS(V)3由一個主動可變深度聲納（VDS）與Lamproie低頻被動拖曳陣列聲納組成，其中VDS音響陣列位於一個強化玻璃纖維 (GRP)製造的浮體內，並由鋼纜施放並拖曳，最大偵測距離約64km，最大施放深度為235m，操作頻率為3.5KHz，能同時自動追蹤10個目標；搭配的Lamproie被動陣列聲納具備寬頻與窄頻兩種監聽模式，擁有監聽、偵測、識別與定位的功能，最大偵測距離約100km，能將接收到的訊號與聲紋資料庫比對，以辨識目標種類，此外也負責接收VDS的低頻主動聲納波。

DSBV-62C與Lamproie被動陣列聲納聽音陣列的一大特點，就是具備分辨回音方向性的能力，這是傳統拖曳陣列聲納辦不到的。其聽音陣列上每個聽音單元是由三個聽音器以「品」字型 所構成的三體換能器，利用分辨相同聲波到達同組三個聽音器的時間差來分辨目標距離，並判斷其相對於拖曳體的左右方位 傳統的單線式低頻拖曳陣列聲納多以聲波訊號依序抵達陣列各單元的時差（Time Difference of Arrial，TDOA）來計算信號來源距離陣列的角度， 這種方法不能分辨目標是在陣列聲納的左側或右側，因此聲納接觸之後，艦艇需要轉向再次進行監聽；在新的航向上，拖曳陣列聲納定出的兩側信號中，一定有一個方位會與在原本航向定義的方向重疊，而這就是目標的正確方向。而Thales這種三體聽音陣列便克服了這種難以分辨方位的老問題，解析度非常高。不過對於Lamproie，這種直接分辨左右的功能只能在較高的操作頻率使用，主要用來配合主動操作模式，或者快速偵測來襲魚雷的方向（魚雷信號的頻率較高）。 此種「品」字形聽音單元技術是英國國防部研究機構在1980年代所發展，最初打算用於英國/美國合作開發的水面船艦魚雷防禦系統（Surface Ship Torpedo Defense System，SSTD），以快速偵測敵方來襲魚雷的方位；冷戰結束後美國擱置SSTD，英國則與法國合作開發，首先問世的產品就是Thales這系列拖曳陣列聲納。

ATAS（V）3的主動聲納部分頻率為3.5KHz，仍算不上真正的極低頻。然而其整個系統架構，尤其是能克服方位問題的聽音陣列，為Thales新一代主/被動拖曳陣列聲納構成良好基礎。

CAPTAS簡介

CAPTAS的主動聲納部分是一個採用FFR（Free Flooded Ring）技術的低頻主動拖曳體（Towed Body，TB），透過一個緊致的基陣來發射或傳輸高品質聲納信號，拖曳體上結合了能控制部署深度的裝置；至於被動聲納部分則是拖曳纜線上的被動聽音陣列，陣列上每個聽音單元就是前述具備分辨方位能力的「品」字型三體換能器；此外，聽音陣列還使用FFR傳輸技術來提高聲納信號傳遞品質。 後端的信號處理系統採用開放式架構以及COTS商規組件，易於維護升級。

CAPTAS系列的被動聽音頻率範圍約0.1~2.0KHz，表尺距離達144000碼，操作模式包含FM、CW、COMBO、BPSK、PTFM，在600Hz以上的操作頻率能直接分辨信號來源在左側或右側；主動聲納可根據客戶需求而選擇垂直安裝2個 （CAPTAS-2）或4個（CAPTAS-4）垂直換能器，被動聽音陣列的單元數量也可依照需求來調整。

無疑地，CAPTAS是 當今西方最具代表性的先進低頻主/被動拖曳陣列聲納系統之一。CAPTAS優異的低頻主動能力也曾引發美國關注，美國反對北約盟國在市場上任意出售操作頻率低於1KHz的 主動聲納換能器技術。

CAPTAS Mk.2

（上與下）CAPTAS Mk.2的主動拖曳體。

Thales在1990年代推出CAPTAS，首先推出的型號之一是CAPTAS Mk.2（CAPTAS-2，又稱UMS 4229或Type 4229），。其主動聲納工作頻率約0.95~2.4KHz（脈衝長度最高約16秒），被動聲納工作頻率約0.1~2KHz；而主動拖曳體的尺寸約為2m x 1m x 1.2m，重1250kg。被動拖曳陣長度約90m，直徑85mm，重2490kg，而處理主/被動拖曳體的收放系統（含絞車）重15000kg，尺寸6.4m x 2.1m x 4.4m，拖曳纜繩長度有264m（重型粗線）或500m（輕型細線）兩種。CAPTAS Mk.2能在10分鐘內部署或收回，最大拖曳速度約30節 （能確保硬體不毀損，但此種高速下聲納無法有效操作），最大部署深度約350m，最高能在6級海象操作。

CAPTAS-2採用主/被動拖曳體合一的設計，主動聲納與線性被動陣列聲納都部署在同一個拖曳體上；拖曳體連結了線性被動陣列，拖曳體前方則安裝主動部位。拖曳體能控制部署深度，最高能在250m深處操作。被動拖曳陣列包括128個品字形三體換能器。

CAPTAS系列第一個外銷實績是1997年法國出售給沙烏地阿拉伯的利亞德級（Al Riyadh class）巡防艦CAPTAS-2；第二個就是挪威南森級（Fridjof Nansen class）巡防艦的CAPTAS-2 V1。韓國KDX-3世宗大王級神盾驅逐艦也裝備CAPTAS-2，阿拉伯聯合大公國在2009年8月向義大利訂購的阿布達比級（Abu-Dhabi class）配備CAPTAS-2，馬來西亞在2011年簽約購買的法製Gowind巡防艦（馬來西亞稱為SGPV-LCS）也配備CAPTAS-2系統。

CAPTAS Mk.4

CAPTAS-4的內部配置，主動拖曳體與被動線性陣列各由一套獨立的絞車施放。

而CAPTAS Mk.4（CAPTAS 4，又稱UMS 4249或Type 4249）使用功率更大的主動拖曳體，主、被動部分也被分開；低頻主動聲納（LFAS）的拖曳體由拖曳浮體處理系統（Towed Body Handling System）收放，而被動拖曳陣列則由拖曳陣列處理系統（Towed Array Handling System）收放。CAPTAS-4的LFAS的動拖曳體結合四個縱向排列的環形換能器，工作頻率0.95~2.4KHz。被動被動聽音陣列（操作頻率0.1~2KHz）的單元由品字形三體換能器構成，在約600Hz以上的操作頻率能直接分辨聲源方位來自於左邊或右邊，而不需要仰賴艦艇轉向。CAPTAS-4能在10分鐘內部署或收回，最大拖曳速度約30節（能確保硬體不毀損，但此種高速下聲納無法有效操作），最大部署深度約350m，最高能在6級海象操作。

如同前述，CAPTAS系列拖曳陣列聲納的核心技術是英、法合作的結果，而英國2087型低頻主/被動拖曳陣列聲 （詳見英國皇家海軍區Type23巡防艦一文）納就採用CAPTAS-4的硬體架構，結合英國的後端控制系統與軟體；而硬體結構與2087類似的UMS -4249則被法/義合作的歐洲多任務巡防艦（FREMM）採用 ，硬體亦為CAPTAS-4型。美國也採購若干套2087型拖曳陣列聲納用於LCS近海戰鬥艦艇的反潛任務套件之中，作為美國AN/SQR-20整合式多功能托曳陣列聲納（MFTA）服役前的過渡性裝備；而到2022年3月底，美國海軍正式宣佈購買CAPTAS-4來裝備星座級（Constellation class）飛彈巡防艦，放棄本身開發的AN/SQS-62可變深度聲納。

CAPTAS-4緊致型的構型，安裝佔用的面積比原本減少將近五成，重量減少約

二成。此圖片是主動變深聲納、被動拖曳陣列聲納分開操做的獨立拖曳系統。

在2016年10月舉辦的歐洲海軍展（Euronaval 2016)中，法國Thales首度公布CAPTAS-4緊致型（Compact）。CAPTAS-4緊致型的工程開發始於2013年 ，主要的研究方向是重新設計、布置更緊湊的收放系統，來減少佔用的體積以及重量。CAPTAS-4緊致型共開發了兩種版本，包括維持將低頻主動變深聲納與拖曳陣列被動聲納陣列 分開操作的獨立拖曳系統（independent tow system），以及將主動聲納與被動拖曳陣列結合在一起的依賴式拖曳系統（dependent tow system，類似CAPTAS MK.2）。

依照法國Thales的資料，原本CAPTAS-4安裝佔用面積是84平方公尺，重34噸；而緊致型CAPTAS-4的兩種版本中，主/被動系統各自獨立拖曳的版本重量減至25噸，而兩者結合的依賴式拖曳系統的重量減至20噸。除了改變系統佈局外，CAPTAS-4緊致型的聲納拖曳體也引進更輕的新型材料，並進行系統最佳化；同時，將拖曳纜繩長度從原本300m減低到200m，如此可以減少11噸的重量。Thales宣稱，依照客戶的意見，大多數時候並沒有將聲納部署到300m深度的需求，因此拖曳纜繩能適度縮短。整體而言，與原本的CAPTAS-4相較，CAPTAS-4緊致型的系統重量減輕約二成左右，安裝佔用的面積減少將近五成，但大致維持同級的性能（只有纜繩縮短而影響部分能力）。 

CAPTAS-4緊致型的開發，相當程度是由與美國LCS濱海作戰艦艇計畫所推動；美國海軍測試CAPTAS-4作為LCS的反潛套件若干年，且CAPTAS-4也是洛馬集團提供的先進水聲概念（Advanced Acoustics Concepts，AAC）套件的一環。在美國海軍測試CAPTAS-4期間，Thales感到CAPTAS-4對於LCS這樣三千噸級以下的艦艇實在太大，必須縮減體積與重量；Thales提供給美國海軍的CAPTAS-4就是緊致與輕量化的版本，這也成為了CAPTAS-4緊致型的基礎。法國海軍在2017年開始建造的中型通用巡防艦（Frégate de Taille Intermédiaire，FTI ），就打算使用CAPTAS-4緊致型；而同時期英國規劃的Type 31巡防艦也是CAPTAS-4的潛在客戶。

CAPTAS Nano 

早期CAPTAS有縮小廉價版的CAPTAS Nano，結合了Thales在1990年代後期參與澳洲的「澳洲水面艦拖曳陣列聲納」（ASSTASS）的工程經驗；為了節省成本與體積，CAPTAS Nano將主/被動功能結合在一條長64m的單一拖曳陣列中，主動發射頻率約1KHz。

CAPTAS Mk.1

Thales的CAPTAS 1輕量型主/被動拖曳聲納測試畫面

CAPTAS Mk.1（CAPTAS-1）在2014年歐洲海軍展（Euronaval 2014）首次公開，是CAPTAS的輕量緊致版本，用於300噸級以上小型船艦。在2016年，CAPTAS-1曾在CNIM的L-CAT登陸載具上進行測試。在2019年倫敦防衛裝備展（DSEI 2019）中，Thales集團宣布，CAPTAS Mk.1會在法國海軍第四艘Loire級近岸支援船Garonne號上進行測試。在2017年NAVDEX 2017展中，阿拉伯聯合酋長國海軍宣布引進CAPTAS-1；依照Thales的消息，已經有多個用戶選擇此型聲納。在2022年底，消息透露台灣也會採用CAPTAS-1來裝備新造與現役船艦。

CAPTAS Mk.1全套系統能裝在一個20英尺集裝箱（TEU）裡，便於運輸跟部署。CAPTAS Mk.1的主動聲納工作頻率約2KHz，脈衝長度至高8秒，脈衝模式包括調頻（FM）、連續波（CW） 與混合（COMBO），具備寬頻工作能力來對抗混響（reverberation）效果。CAPTAS Mk.1能在六級海象以內操作，最大拖曳深度230m，船艦航速12節時最大拖曳深度為110m，探測距離可達第一匯聚區。