聲吶結(jié)構(gòu)分類(lèi)

聲吶裝置一般由基陣、電子機(jī)柜和輔助設(shè)備三部分組成?；囉伤晸Q能器以一定幾何圖形排列組合而成，其外形通常為球形、柱形、平板形或線(xiàn)列行，有接收基陣、發(fā)射機(jī)陣或收發(fā)合一基陣之分。電子機(jī)柜一般有發(fā)射、接收、顯示和控制等分系統(tǒng)。輔助設(shè)備包括電源設(shè)備、連接電纜、水下接線(xiàn)箱和增音機(jī)、與聲吶基陣的傳動(dòng)控制相配套的升降、回轉(zhuǎn)、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等裝置，以及聲吶導(dǎo)流罩等。

換能器是聲吶中的重要器件，它是聲能與其它形式的能如機(jī)械能、電能、磁能等相互轉(zhuǎn)換的裝置。它有兩個(gè)用途:一是在水下發(fā)射聲波，稱(chēng)為"發(fā)射換能器"，相當(dāng)于空氣中的揚(yáng)聲器;二是在水下接收聲波，稱(chēng)為"接收換能器"，相當(dāng)于空氣中的傳聲器(俗稱(chēng)"麥克風(fēng)"或"話(huà)筒")。換能器在實(shí)際使用時(shí)往往同時(shí)用于發(fā)射和接收聲波，專(zhuān)門(mén)用于接收的換能器又稱(chēng)為"水聽(tīng)器"。換能器的工作原理是利用某些材料在電場(chǎng)或磁場(chǎng)的作用下發(fā)生伸縮的壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)。

聲吶的分類(lèi)可按其工作方式，按裝備對(duì)象，按戰(zhàn)術(shù)用途、按基陣攜帶方式和技術(shù)特點(diǎn)等分類(lèi)方法分成為各種不同的聲吶。例如按工作方式可分為主動(dòng)聲吶和被動(dòng)聲吶;按裝備對(duì)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等。

主動(dòng)聲吶:主動(dòng)聲吶技術(shù)是指聲吶主動(dòng)發(fā)射聲波"照射"目標(biāo)，而后接收水中目標(biāo)反射的回波時(shí)間，以及回波參數(shù)以測(cè)定目標(biāo)的參數(shù)。大多數(shù)采用脈沖體制，也有采用連續(xù)波體制的。它由簡(jiǎn)單的回聲探測(cè)儀器演變而來(lái)，它主動(dòng)地發(fā)射聲波，然后接收回波進(jìn)行計(jì)算，適用于探測(cè)冰山、暗礁、沉船、海深、魚(yú)群、水雷和關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)的隱蔽的潛艇;

被動(dòng)聲吶:被動(dòng)聲吶技術(shù)是指聲吶被動(dòng)接收艦船等水中目標(biāo)產(chǎn)生的輻射噪聲和水聲設(shè)備發(fā)射的信號(hào)，以測(cè)定目標(biāo)的方位和距離。它由簡(jiǎn)單的水聽(tīng)器演變而來(lái)，它收聽(tīng)目標(biāo)發(fā)出的噪聲，判斷出目標(biāo)的位置和某些特性，特別適用于不能發(fā)聲暴露自己而又要探測(cè)敵艦活動(dòng)的潛艇。

聲波是觀察和測(cè)量的重要手段。有趣的是，英文"sound"一詞作為名詞是"聲 "的意思，作為動(dòng)詞就有"探測(cè)"的意思，可見(jiàn)聲與探測(cè)關(guān)系之緊密。

在水中進(jìn)行觀察和測(cè)量，具有得天獨(dú)厚條件的只有聲波。這是由于其他探測(cè)手段的作用距離都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內(nèi)的物體;電磁波在水中也衰減太快，而且波長(zhǎng)越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。然而，聲波在水中傳播的衰減就小得多，在深海聲道中爆炸一個(gè)幾公斤的炸彈，在兩萬(wàn)公里外還可以收到信號(hào)，低頻的聲波還可以穿透海底幾千米的地層，并且得到地層中的信息。在水中進(jìn)行測(cè)量和觀察，至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)比聲波更有效的手段。

作為一種聲學(xué)探測(cè)設(shè)備，主動(dòng)式聲吶是在英國(guó)首先投入使用的，不過(guò)英國(guó)人把這種設(shè)備稱(chēng)為"ASDIC"(潛艇探測(cè)器)，美國(guó)人稱(chēng)其為"SONAR"，后來(lái)英國(guó)人也接受了此叫法。

由于電磁波在水中衰減的速率非常的高，無(wú)法做為偵測(cè)的訊號(hào)來(lái)源，以聲波探測(cè)水面下的人造物體成為運(yùn)用最廣泛的手段。無(wú)論是潛艇或者是水面船只，都利用這項(xiàng)技術(shù)的衍生系統(tǒng)，探測(cè)水底下的物體，或者是以其作為導(dǎo)航的依據(jù)。

作遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰啃问?。于是探測(cè)水下目標(biāo)的技術(shù)--聲吶技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。 聲吶技術(shù)至今已有100年歷史，它是1906年由英國(guó)海軍的劉易斯·尼克森所發(fā)明。他發(fā)明的第一部聲吶儀是一種被動(dòng)式的聆聽(tīng)裝置，主要用來(lái)偵測(cè)冰山。這種技術(shù)，到第一次世界大戰(zhàn)時(shí)被應(yīng)用到戰(zhàn)場(chǎng)上，用來(lái)偵測(cè)潛藏在水底的潛水艇。

聲吶是各國(guó)海軍進(jìn)行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、分類(lèi)、定位和跟蹤;進(jìn)行水下通信和導(dǎo)航，保障艦艇、反潛飛機(jī)和反潛直升機(jī)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和水中武器的使用。此外，聲吶技術(shù)還廣泛用于魚(yú)雷制導(dǎo)、水雷引信，以及魚(yú)群探測(cè)、海洋石油勘探、船舶導(dǎo)航、水下作業(yè)、水文測(cè)量和海底地質(zhì)地貌的勘測(cè)等。

和許多科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一樣，社會(huì)的需要和科技的進(jìn)步促進(jìn)了聲吶技術(shù)的發(fā)展。 俄羅斯海軍專(zhuān)門(mén)將一艘核子K-403號(hào)潛艇改成聲吶測(cè)試用艇，可見(jiàn)重視程度。

聲吶是英文縮寫(xiě)"SONAR"的音譯，其中文全稱(chēng)為:聲音導(dǎo)航與測(cè)距，Sound Navigation And Ranging"是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測(cè)和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。它有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種類(lèi)型，屬于聲學(xué)定位的范疇。聲吶是利用水中聲波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位和通信的電子設(shè)備，是水聲學(xué)中應(yīng)用最廣泛、最重要的一種裝置。

影響聲吶工作性能的因素除聲吶本身的技術(shù)狀況外，外界條件的影響很?chē)?yán)重。 比較直接的因素有傳播衰減、多路徑效應(yīng)、混響干擾、海洋噪聲、自噪聲、目標(biāo)反射特征或輻射噪聲強(qiáng)度等，它們大多與海洋環(huán)境因素有關(guān)。例如，聲波在傳播途中受海水介質(zhì)不均勻分布和海面、海底的影響和制約，會(huì)產(chǎn)生折射、散射、反射和干涉，會(huì)產(chǎn)生聲線(xiàn)彎曲、信號(hào)起伏和畸變，造成傳播途徑的改變，以及出現(xiàn)聲陰區(qū)，嚴(yán)重影響聲吶的作用距離和測(cè)量精度?，F(xiàn)代聲吶根據(jù)海區(qū)聲速--深度變化形成的傳播條件，可適當(dāng)選擇基陣工作深度和俯仰角，利用聲波的不同傳播途徑(直達(dá)聲、海底反射聲、會(huì)聚區(qū)、深海聲道)來(lái)克服水聲傳播條件的不利影響，提高聲吶探測(cè)距離。又如，運(yùn)載平臺(tái)的自噪聲主要與航速有關(guān)，航速越大自噪聲越大，聲吶作用距離就越近，反之則越遠(yuǎn);目標(biāo)反射本領(lǐng)越大，被對(duì)方主動(dòng)聲吶發(fā)現(xiàn)的距離就越遠(yuǎn);目標(biāo)輻射噪聲強(qiáng)度越大，被對(duì)方被動(dòng)聲吶發(fā)現(xiàn)的距離就越遠(yuǎn)。

聲吶并非人類(lèi)的專(zhuān)利，不少動(dòng)物都有它們自己的"聲吶"。蝙蝠就用喉頭發(fā)射每秒10-20次的超聲脈沖而用耳朵接收其回波，借助這種"主動(dòng)聲吶"它可以探查到很細(xì)小的昆蟲(chóng)及0.1mm粗細(xì)的金屬絲障礙物。而飛蛾等昆蟲(chóng)也具有"被動(dòng)聲吶"，能清晰地聽(tīng)到40m以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。然而有的蝙蝠能使用超出昆蟲(chóng)偵聽(tīng)范圍的高頻超聲或低頻超聲，從而使捕捉昆蟲(chóng)的命中率仍然很高?？磥?lái)，動(dòng)物也和人類(lèi)一樣進(jìn)行著"聲吶戰(zhàn)"!海豚和鯨等海洋哺乳動(dòng)物則擁有"水下聲吶"，它們能產(chǎn)生一種十分確定的訊號(hào)探尋食物和相互通迅。

多種鯨類(lèi)都用聲來(lái)探測(cè)和通信，它們使用的頻率比海豚的低得多，作用距離也遠(yuǎn)得多。其他海洋哺乳動(dòng)物，如海豹、海獅等也都會(huì)發(fā)射出聲吶信號(hào)，進(jìn)行探測(cè)。

海豚聲吶的靈敏度很高，能發(fā)現(xiàn)幾米以外直徑0.2mm的金屬絲和直徑lmm的尼龍繩，能區(qū)別開(kāi)只相差200卜s時(shí)間的兩個(gè)信號(hào)，能發(fā)現(xiàn)幾百米外的魚(yú)群，能遮住眼睛在插滿(mǎn)竹竿的水池子中靈活迅速地穿行而不會(huì)碰到竹竿;海豚聲吶的"目標(biāo)識(shí)別"能力很強(qiáng)，不但能識(shí)別不同的魚(yú)類(lèi)，區(qū)分開(kāi)黃銅、鋁、電木、塑料等不同的物質(zhì)材料，還能區(qū)分開(kāi)自己發(fā)聲的回波和人們錄下它的聲音而重放的聲波;海豚聲吶的抗干擾能力也是驚人的，如果有噪聲干擾，它會(huì)提高叫聲的強(qiáng)度蓋過(guò)噪聲，以使自己的判斷不受影響;而且，海豚聲吶還具有感情表達(dá)能力，已經(jīng)證實(shí)海豚是一種有"語(yǔ)言"的動(dòng)物，它們的"交談"正是通過(guò)其聲吶系統(tǒng)。尤其是僅存于世的四種淡水豚中最珍貴的一種-我國(guó)長(zhǎng)江中下游的白鰭豚，它的聲吶系統(tǒng)"分工"明確，有為定位用的，有為通訊用的，有為報(bào)警用的，并有通過(guò)調(diào)頻來(lái)調(diào)制位相的特殊功能。

終身在極度黑暗的大洋深處生活的動(dòng)物是不得不采用聲吶等各種手段來(lái)搜尋獵物和防避攻擊的，它們的聲吶的性能是人類(lèi)現(xiàn)代技術(shù)所遠(yuǎn)不能及的。解開(kāi)這些動(dòng)物聲吶的謎，一直是現(xiàn)代聲吶技術(shù)的重要研究課題。而我們?nèi)祟?lèi)發(fā)明的"聲吶"就是通過(guò)鯨和海豚的原理發(fā)明的。