| 单词 | 声纳 |
| 释义 | 【声纳】 拼译：sonar sonar sonar sonar一词是sound naviigation and ranging(声导航与测距)的缩写。声纳是利用声波对水下物体进行探测和定位识别的方法及所用设备的总称。人们要进行海洋调查研究、海洋运输、海洋资源开发利用、水下工程建设和海上战争等，都需要有高效的水下观察手段。实践证明，光波和电磁波在海洋中的衰减很厉害，而声波却是在海洋中唯一能够远距离传播的能量形式，因此声波就成为水下观察、通讯、定位和制导等最有效的手段。声纳的起源可以追溯到意大利达·芬奇(L．Da Vinci)的贡献。1490年他曾写到：“假如你使船只停泊，把一根管子的一端放入水中，另一端接到你的耳朵，你就会听到远方的船只。”他的这个发现，包括了近代声纳的基本构成－声源、水声接收器和信号处理器，即航行的船只相当于水声发射换能器(阵)，管子相当于水听器(阵)，人脑相当于电子计算机。现代声纳的雏形是1917年法国郎之万(P．Langevin)为对付德国潜艇的攻击而研制成的探测潜艇的回声定位声纳。有许多因素影响着声纳的性能，如声波的传播衰减，海面海底和海中物体对声波的多途效应，海洋噪声和舰艇及载体的自噪声，海面、海底、海洋生物和海水中的不均匀性产生的混响，目标的反射本领，多普勒效应等等，而这些因素又与海洋环境因素有关，如声速－深度分布、波浪、水深、海流等。随着大规模与超大规模集成电路，微处理机、自适应系统、相关与非相关处理、波束形成、数字滤波、压缩技术、自适应线谱增强、低频分析测距、合成孔径、专家系统等新技术在声纳中的广泛应用，使得声纳在信号处理、搜索速度、目标识别、操作自动化、可靠性和维修等方面的性能都得到迅速提高，从而声纳的品种不断增多，用途也日益扩大。 1．噪声测向声纳。这是一种被动式声纳。它本身不发射声信号，而专门检测水下目标发出的声信号，由于它不发射信号，所以比较隐蔽，是利用接收目标舰艇发出的噪声检测目标，并测定其方位。2．噪声测距声纳。这是一种新型的被动式声纳，它是利用沿潜艇长度方向按一定间隔安装的3个水听器阵，接收目标潜艇发出的噪声，根据测得目标的方向和声波到达3个阵的时间差，经计算装置算出目标的距离和方位，而且可连续地传输给武器射击指挥系统。3．拖线阵声纳。这是一种非常新型的被动式声纳，它的水听器与电缆组成一长线阵，用拖曳电缆把它拖曳在船尾数百米到一千多米处。长线阵用聚氨酯橡胶护套，电缆用开夫拉(Kevlar)塑料填芯，具有很大的抗拉强度，比重接近于1，便于在水中拖曳控制，拖线阵很长，可以获得很高的空间增益，由于它远离舰艇，受拖曳舰艇噪声的影响甚小，且拖曳深度可变，便于克服跃层障碍，它的作用距离一般为数十海里，用于战略反潜的，其作用距离可达数百海里。4．主动式声纳。这是由声纳发射器向水中发射声信号，借助于目标反射来达到各种检测目的。回声定位声纳就是典型的主动式声纳，由它自身发射声波，声信号在水中传递过程中遇到目标后反射，反射声信号再由声纳接收器接收。根据水中声速和接发信号的时间差，以及声信号返回的方向，就可确定目标的距离、方位和速度。主动式声纳可以探测到无噪声的静目标，这是被动式声纳所不能比拟的。另外，由于消声减振技术的发展和应用，潜艇噪声不断降低，被动式声纳的作用距离很受影响，而主动式声纳却不受其影响，因此它特别适于检测低噪声目标，如测深、探雷等。5．探雷声纳。这是一种主动式声纳，它的探测对象是锚雷或沉底水雷。因水雷体积小形体复杂，要可靠地发现并识别它，一般要使用很高的发射频率，搜索时一般用50～100kHz，识别时使用数百千赫。探雷声纳主要装备在扫雷舰上，也可以安装在水面舰艇和潜艇上，用以发现水雷并测定其方位和距离，保证舰艇在雷区航行的安全。6．直升飞机吊放声纳。。该声纳已成为反潜侦察的重要手段之一。直升飞机在工作时能在海面上方十几米处低空悬停，将换能器用钢缆吊放水中，吊放深度一般为十几米，最深可达一百多米。吊放声纳的特点是机动性能好，轻便，干扰小，不需很强的发射功率即可达到较远的作用距离。7．声纳浮标。这是航空反潜声纳的重要探潜设备之一，分主动式和被动式两种。声纳浮标从飞机上被掷出来，先利用旋翼减速，然后落入水中，再放出换能器和天线。信号通过天线发送出去，与安装在飞机上的多路接收机联系，其探测距离可达数十海里。8．侦察声纳。这是一种被动声纳，用来接收敌方主动声纳发射的声信号，并确定其方位、工作频率和信号形式，以便避开对方声纳的探测，或采取相应的干扰措施。由于敌方主动声纳信号是未知的，所以接收机的频率较宽，一般在1～50kHz或更宽一些。9．声纳干扰器。该干扰器分为噪声发生器和回声模拟器两种。噪声发生器发射强功率的噪声干扰声波，使对方主动式声纳饱和，荧光屏上呈现一片亮光，无法判断目标的位置，造成其工作失效或效果降低。回声模拟器则模拟敌方声纳发射的信号制造假回波，使敌方声纳误以为是目标回波信号，从而不能准确测定目标的真实方位。10．声诱饵。这是一种在水面舰艇和潜艇上拖曳或可放出的假目标，形状像鱼雷。它发射模拟本艇的噪声或回波作为诱饵，使敌方的制导鱼雷错误地跟踪攻击，起到保护本艇的作用。11．固定式声纳监视系统。。该系统也称岸用声纳站，其工作方式有主动式和被动式两种。换能器固定在大陆架海底(浅海工作)或大陆架边缘的海底上(深海工作)，用电缆马岸上的电子设备连结。固定式声纳有两种，一种基阵为集中型，大基阵尺寸可达数十米以上；另一种是分布式，换能器可布设成栅栏状的线列阵形式。12．民用声纳。主要有测深仪、鱼群探测仪、测量海底地貌的地貌仪(也称恻扫声纳)，探测海底地层结构的地层剖面仪和用于导航的测量本舰相对大地的速度的多普勒导航声纳等等，随着海洋开发业的发展，民用声纳的品种将会越来越多。在上述各种声纳中，水声换能器是它们的重要组成部分，水声换能器是在水中发射和接收声波的装置，也称声纳换能器，应用最广泛的是电声转换的水声换能器，(即把电信号转换为水中声信号的水声发射器)和把水中声信号转换为电信号的声波接收器，(即水听器)。水声换能器按其换能机理又分为可逆式和不可逆式两类，前者既可作发射器，也能作水听器，其形式有压电、电动、静电、磁致伸缩和电磁式等；后者有流体动力式、电火花、气枪、激光热致发声和爆炸声源等，在舰艇、鱼雷和其他水声武器中广泛应用的是压电和磁致伸缩式水声换能器。当给压电或磁致伸缩材料一定频率的交变电场或磁场时，就能引起这些材料在相同频率下的机械振动，于是与水接触的振动表面就把振动传给水，从而引起向外辐射声波；或者，当材料受声波的作用而产生机械振动时，就会产生电压。压电换能器采用的压电材料有石英、酒石酸钾钠、磷酸二氢铵和硫酸锂等压电单晶体，常用的是锆钛酸铅、钛酸钡、钛酸铅等压电陶瓷。磁致伸缩换能器常用的磁致伸缩材料有纯镍、铝铁合金和镍钴铁氧体等，近年来，聚偏氟乙烯压电有机薄膜、由压电陶瓷和高分子聚合物构成的压电复合材料、稀土铁超磁致伸缩材料和玻璃陶瓷等新型换能材料，在水声换能器中的应用也日益普遍。水声换能器的重要特性包括：频率特性，即发射器的发射电压(或电流)响应，水听器的自由场电压响应；方向特性，即换能器在频率或频带固定时，对不同方向声波的相对响应；电声转换效率和电阻抗等。由于水声换能器在水下工作，所以它必须是水密封，耐静水压，防腐，防海生物污染，还要考虑与水的声阻抗匹配等，为了提高声纳换能器的性能，通常用声障板来改善其方向性，用加有透声的导流罩减少水中运动所引起的湍流和空化的影响。水声换能器的发展与海军技术的发展紧密相连。当前由于战略核武器和能发射远程弹道导弹的核潜艇的存在，使海上防卫的区域扩大到整个海洋，为适应对远程目标探测距离越来越远识别目标分辨率越来越高的要求，当前水声换能器的研制工作多集中在以下两个方面：一是开展对低频大功率水声换能器以及在深水条件下使用可靠性的研究；另一方面是寻找新的换能材料和建立新的换能原理。聚偏氟乙烯压电薄膜换能器，压电复合材料换能器，光纤水听器，磁流体换能器，稀土铁超磁致伸缩换能器以及低频小尺寸大功率水声换能器，小型宽带换能器阵等都是当前水声换能器发展中新的研究课题。【参考文献】：1 汪德昭，尚尔昌．水声学．北京：科学出版社，19812 周福洪．水声换能器及基阵．北京：国防工业出版社，19843 William S，Burdic．Underwater Acoustic System Analysis，New Jersey：Prentice Hall，INC，19844 栾桂冬，等．压电换能器和换能阵．北京：北京大学出版社，1990(中科院声学研究所朱厚卿研究员撰) |
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