解釋和介紹
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聲納是壹種利用水下聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備。它是水聲學中應用最廣泛和最重要的裝置。它是SONAR這個詞的翻譯，SONAR是聲音導航和測距的縮寫。
聲納技術有100年的歷史。它是由英國海軍的劉易斯·尼克松在1906年發明的。他發明的第壹個聲納儀器是被動聽音裝置，主要用於探測冰山。這項技術在第壹次世界大戰中被應用於戰場，用於探測隱藏在水下的潛艇。
目前，聲納是各國海軍用於水下監視的主要技術，用於對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤。進行水下通信導航，保障軍艦、反潛機、反潛直升機的戰術機動和水下武器的使用。此外，聲納技術還廣泛應用於魚雷制導、水雷引信、探魚、海上石油勘探、船舶導航、水下作業、水文調查和海底地質地貌調查等領域。
和很多科技的發展壹樣，社會的需求和科技的進步推動了聲納技術的發展。
工作原理
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聲波是壹種重要的觀察和測量手段。有意思的是，英語中的“聲音”壹詞，意思是作為名詞的“聲音”和作為動詞的“探測”，可見聲音和探測的密切關系。
在水中進行觀測和測量，只有聲波具有獨特的條件。這是因為其他探測手段的作用距離很短，光在水中的穿透能力非常有限。即使在最清澈的海水中，人也只能看到十幾米到幾十米範圍內的物體。電磁波在水中衰減也太快，波長越短損耗越大，即使使用大功率低頻電磁波也只能傳播幾十米。但是聲波在水中傳播的衰減要小得多。幾公斤的炸彈在深海通道爆炸，兩萬公裏外都能收到信號。低頻聲波還可以穿透海底幾千米的地層，獲取地層中的信息。到目前為止，還沒有發現比聲波更有效的手段在水中進行測量和觀察。
結構和分類
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聲納裝置壹般由陣列、電子機櫃和輔助設備組成。陣列由水聲換能器按壹定的幾何圖案排列而成，其形狀通常為球形、圓柱形、扁平形或線形，又可分為接收陣列、發射陣列或收發陣列。電子機櫃壹般有發射、接收、顯示和控制子系統。輔助設備包括供電設備、連接電纜、水下接線盒和中繼器、與聲納基陣傳輸控制相匹配的升降、回轉、俯仰、收放、拖曳、懸掛和釋放裝置、聲納導流罩等。
換能器是聲納中的重要器件，是將聲能轉換成機械能、電能、磁能等其他形式能量的裝置。它有兩個用途:壹是在水下發射聲波，稱為“發射換能器”，相當於空氣中的揚聲器；二是在水下接收聲波，稱為“接收換能器”，相當於空氣中的麥克風(俗稱“麥克風”或“話筒”)。換能器在實際使用中經常被用來同時發射和接收聲波，專門用於接收的換能器也被稱為“水聽器”。換能器的工作原理是某些材料在電場或磁場的作用下膨脹和收縮，產生壓電效應或磁致伸縮效應。
聲納的分類根據聲納的工作方式、裝備對象、戰術用途、基陣攜帶方式和技術特點，可以分為不同種類的聲納。比如按工作方式可分為主動聲納和被動聲納；按裝備對象可分為水面艦艇聲吶、潛艇聲吶、航空聲吶、便攜式聲吶和海岸聲吶。
主動聲納:主動聲納技術是指聲納主動發射聲波“照射”目標，然後接收水下目標反射的回波，確定目標的參數。大多采用脈沖制，也有采用連續波制的。它是從壹個簡單的回聲檢測儀器演變而來的。它主動發射超聲波，然後收集並計算回波。適用於探測冰山、暗礁、沈船、海水深度、魚群、水雷和發動機關閉的隱蔽潛艇。
被動聲納:被動聲納技術是指聲納被動接收艦船等水下目標產生的輻射噪聲和水聲設備發出的信號，以確定目標的方向。它是由簡單的水聽器演變而來的。它監聽目標發出的噪音，判斷目標的位置和壹些特征。特別適用於不能通過聲音暴露自己，但又想探測敵艦活動的潛艇。
安裝和應用
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傳統上，潛艇聲納安裝的主要位置是在最前方。由於現代潛艇非常依賴被動聲吶的探測效果，龐大的無線電裝置不僅使潛艇直徑上升，還使原本在這個位置的魚雷發射管放棄，向兩側撤退。
潛艇上安裝的其他聲納類型還包括安裝在船體其他位置的被動聲納聽音裝置。利用不同位置接收到的同壹信號，經過計算機處理和計算，可以快速進行淺層定位，這對於船體較大的潛艇是有利的，因為測量基線長，精度高。
另壹種聲吶叫“拖曳聲吶”，因為這種聲吶裝置是用電纜連接到潛艇上的，將聲吶體拖到潛艇後面很遠的地方進行探測。拖曳聲納的使用大大增強了潛艇全方位、不同深度的探測能力，尤其是在潛艇的尾端。這是因為潛艇的尾部也是動力輸出的部分。由於水流聲音的幹擾，位於前方的聲納聽不到這壹區域的信號，形成盲區。使用拖曳聲納後，可以消除這壹盲區，發現隱藏在這壹區域的目標。
有趣的是，聲納並不是人類的專利，很多動物都有自己的“聲納”。蝙蝠用喉嚨每秒發出10-20次超聲波脈沖，用耳朵接收回聲。憑借這種“主動聲納”，他們可以探測到微小的昆蟲和厚度為0.1毫米的鐵絲障礙物..飛蛾等昆蟲也有“被動聲納”，可以清楚地聽到40米外蝙蝠的超聲波，因此經常躲避攻擊。但有些蝙蝠可以使用昆蟲聽不到的高頻超聲波或低頻超聲波，這樣捕到昆蟲的命中率還是很高的。看來動物也和人類壹樣在搞“聲納戰”！海豚和鯨魚等海洋哺乳動物有“水下聲納”，可以產生非常確定的信號來探索食物和相互交流。
海豚聲納的靈敏度很高。它能在數米外找到直徑為0.2毫米的金屬線和直徑為1毫米的尼龍繩，能分辨出時差為200 burs的兩個信號，能在數百米外找到魚群，還能在不觸碰的情況下，蒙上眼睛靈活快速地走過滿是竹竿的水池。海豚聲納具有很強的“目標識別”能力，不僅能識別不同的魚，區分黃銅、鋁、膠木、塑料等不同材料，還能從記錄其聲音的人回放的聲波中分辨出其自身聲音的回聲。海豚聲納的抗幹擾能力也很驚人。如果有噪音幹擾，它會加大通話強度蓋過噪音，使其判斷不受影響。而且海豚聲納也有表達感情的能力。已經證明，海豚是有“語言”的動物，它們的“對話”是通過它們的聲納系統進行的。特別是世界僅存的四種淡水海豚中最珍貴的中國長江中下遊的白鰭豚，其聲納系統有明確的“分工”，用於定位、通訊和報警，並有通過調頻調相的特殊功能。
很多種類的鯨魚都是用聲音來探測和交流的，頻率比海豚低很多，範圍也遠很多。其他海洋哺乳動物，如海豹和海獅，也會發出聲納信號進行探測。
壹輩子生活在極度黑暗的海洋深處的動物，不得不借助聲納等手段搜尋獵物，躲避攻擊。他們聲納的性能遠遠超出了現代人類技術的能力。解開這些動物聲納之謎壹直是現代聲納技術的重要研究課題。
影響因素
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影響聲納工作性能的因素除了聲納本身的技術條件外，還有外界條件。直接因素有傳播衰減、多徑效應、混響幹擾、海洋噪聲、自噪聲、目標反射特性或輻射噪聲強度等。大部分與海洋環境因素有關。比如聲波受海水介質和海面、海底不均勻分布的影響和制約，會產生折射、散射、反射和幹涉，聲線彎曲，信號波動和失真，改變傳播路徑，出現聲陰影區，嚴重影響聲納的作用距離和測量精度。現代聲納可以根據海域聲速-深度變化形成的傳播條件，適當選擇基陣的工作深度和俯仰角，利用聲波的不同傳播路徑(直達聲、海底反射、匯聚區和深海通道)，克服水聲傳播條件的不利影響，提高聲納探測距離。再比如，載體平臺的自噪聲主要與速度有關。速度越高，自噪聲越大，聲納作用距離越近，越遠。目標的反射能力越大，被對方主動聲納發現的距離就越遠；目標輻射噪聲強度越大，被對方被動聲納發現的距離就越遠。