声波雷达——声纳

声波雷达——声纳声波是人类最早用来传递信息、交流思想的工具。随着科学技术的发展，电磁波已被广泛用来进行远距离信息传输与遥感、遥测。然而，占地球表面积70%以上的海洋却是电磁波的强吸收介质，最强的电磁波与激光束也很难穿透几百米深的海水。幸运的是，海洋却是声波良好的传导媒介，于是声纳也就应运而生。声纳是利用水下声波对水中目际进行探测和定位识别或在水中进行通讯的技术和设备、声纳是由英语Soundnavigationandranging（声波导航和测距）的字头缩写Sonar的音译。声纳属于水中的声遥感技术由于其原理与雷达相似，所以又称声波雷达。这里人们自然要问：为什么不用电磁能而用声能在水中进行传输？原因之一是我们前面谈到的：海水是电的良好导体，它使电能很快以热的方式耗散掉。因而，在同样的频率下，电磁波的衰减比声波快得多。从而传播距离就近得多。原因之二是声能和电磁能的传输在几个重要方面有区别：声波是纵波，电磁波是横波；电磁波可以被极化，而声波则不能。此外，这两类波以不同速度传播，在水中声速大约是1500米/秒，电磁波在空气中的传播速度是3.0×103米/秒（水中稍慢），比声速几乎快100万倍。声纳分为有源声纳和无源声纳两大类。有源声纳由发射机、声阵（包括发射声阵和接收声阵）、接收机（信号处理）、显控制台组成。无源声纳由接收声阵、接收机、显示控制台组成。其中声阵是由换能器组成。将电信号转换成声信号的叫发射声阵，它把来自发射机的电信号转换成声信号向水中发射，将声信号转换成电信号的叫接收声阵，声阵一般由许多个换能器元件组成，以提高声波的方问性，对接收声阵来说可以更有效地抑制无关声波的干扰，提高检测增益。有源声纳工作时，先由发射机发出一定频率的电信号，经发射声阵转换成声信号在水中进行传输，碰到目标返回又由接收声阵把声信号转换成电信号输给接收机放大、分析处理，然后经显示控制台显示探测结果。无源声纳的工作过程与之大致相同，只是因为没有发射机发射信号，所以它的接收声阵转换的是目际自发辐射的声信号。最初的“探照灯式声纳”由于波束的移动是通过换能器基阵的机械转动而实现的，操作不方便、数据率低、不能保证军舰有多目标的检测和跟踪能力、接着发展的“扫描声纳”可以连续地同时提供目标在360度方位内的距离和方位角信息，具有多目标俭测和跟踪能力。随着数字信号处理技术的发展，在六十年代初又出现了单比特量化的数字多波束(DIMUS)系统。这种系统对输入的多路信号进行限幅。在360度范围内同时形成波束，实现全景观察。六十年代末期，先后有人推出自适应噪声抵消技术和数字式干扰消除自适应零点网络设备(DICANNE)，它们的共同点是能够根据不同方向上噪声，干扰的强弱，自动地改变本身波束的形状，使其在强噪声或干扰的方向上特别不灵敏，以便检测出某个方向上的信号。近年来数字信号处理技术飞速发展，出现了各种专用数字信号处理芯片，使声纳系统不断地朝着数字化，智能化及高可靠性方向发展。声波是目前已知的唯一能在水中远距离传播的波动，故声纳已成为目前较有效的水下探测技术而得到广泛应用。在国防上广泛应用于海军各兵种的导航、探雷、航道测量、水中通讯联络，以及舰艇、潜艇探测周围环境的主要耳目。在民用方面，用于船舰导航，探测鱼类资源。在海洋资源开发研究中，用于绘海底地图，海底地质勘测，海底石油等资原的勘探等方面。