声呐技术：从原理到应用的百年发展

声呐技术：从原理到应用的百年发展

声呐技术是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的重要技术手段。自1906年发明以来，声呐技术已经历了百年的演进，广泛应用于军事和民用领域。本文将详细介绍声呐技术的基本原理、发展历程、结构分类以及应用领域。

什么是声呐及其发展史

声呐（Sonar）是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。它是SONAR一词的“义音两顾”的译称（旧译为声纳），SONAR是Sound Navigation and Ranging（声音导航测距）的缩写。

声呐技术至今已有100年历史，它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明。这种技术，到第一次世界大战时被应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇。

声呐的工作原理

声波在水中传播具有得天独厚的条件。光在水中的穿透能力很有限，而声波在水中传播的衰减则小得多，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声波更有效的手段。

声呐的结构与分类

声呐系统主要由基阵、电子机柜和辅助设备组成。基阵是由水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机等。

声呐可以根据工作方式、装备对象、战术用途、基阵携带方式和技术特点等进行分类。例如，按工作方式可分为主动声呐和被动声呐；按装备对象可分为水面舰艇声呐、潜艇声呐、航空声呐、便携式声呐和海岸声呐等。

主动声呐

主动声呐是指声呐主动发射声波“照射”目标，而后接收水中目标反射的回波以测定目标的参数。

被动声呐

被动声呐是指声呐被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号，以测定目标的方位。

声呐的安装位置

传统上潜艇安装声呐的主要位置是在最前端的位置，原先在这个位置上的鱼雷管退到两旁。其他安装在潜艇上的声呐型态还包括安装在艇身其他位置的被动声呐听音装置，利用不同位置收到的同一讯号，经过电脑处理和运算之后，可以迅速的进行粗浅的定位。

影响声呐工作性能的因素

影响声呐工作性能的因素主要包括传播衰减、多路径效应、混响干扰、海洋噪声、自噪声、目标反射特征或辐射噪声强度等，这些因素大多与海洋环境有关。

现代声呐可以根据海区声速-深度变化形成的传播条件，适当选择基阵工作深度和俯仰角，利用声波的不同传播途径（如直达声、海底反射声、会聚区、深海声道）来克服水声传播条件的不利影响，提高声呐探测距离。

声呐技术的应用领域

目前，声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。

此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。

声呐技术的创新产品

• 拖曳式声呐：以缆线与潜艇连接，声呐本体则拖在潜艇后面进行探测，消除盲区。
• 水声通信和声呐组网技术
• 被动声呐技术
• 低频主动声呐技术
• 爆炸声回波定位技术
• 共振音响
• 837DeltaT型多波束影像声纳
• 扫描声纳：广泛应用于海港

声呐技术经过百年发展，已成为海洋探测和水下通信的关键技术，在军事和民用领域都发挥着重要作用。随着技术的不断进步，声呐技术将在未来继续拓展其应用范围和性能。