关于声呐介绍

[拼音]：shengna

[外文]：sonar

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。 这个名称是英文 sonar 一词的音译。sonar一词由sound navigation and ranging的字头组成。声波是目前已知的唯一能在海水中远程传播的波，所以声呐被广泛用于海军的各个兵种。它不但是探测潜没在水中的潜艇的主要手段，如各种舰用声呐、机载声呐、岸基声呐等；而且也是没在水中的潜艇了解它周围环境的主要手段，一艘现代潜艇装有各种声呐十余部。此外，声呐还被用于探雷、导航、航道测量、制导、引信等各个方面。在民用方面，声呐被用于捕鱼、海底地质勘探、水下定位、导航、石油开发等各个方面。

声呐基本上可以分成为被动声呐（无源声呐）和主动声呐（有源声呐）两大类。

主动声呐向水中发射声波，通过接收水下物体反射回波发现目标，并测量其参量。目标距离可通过发射脉冲和回波到达时间差估计。目标方位则通过测量接收声阵中两子阵间的相差得到。有源声呐由发射机、声阵、接收机(包括信号处理器)、显示控制台几个部分组成（见图）。

被动声呐通过接收目标的辐射噪声探测目标并测定其参量。它由接收声阵、接收机（信号处理）和显示控制台三部分组成。一般被动声呐只能测定目标方位，测向原理与主动声呐相同。被动测距声呐利用三子阵测量波阵面曲率从而测定目标距离。

声呐声阵可分为发射声阵和接收声阵两大类。声阵由换能器阵元组成。发射声阵把来自发射机的电能转换为声能向水中发射。接收声阵把声信号转换为电信号送到接收机。用多个换能器阵元组成声阵的目的是产生一定的方向性。对发射声阵来说可以使声能集中；对接收声阵来说可以抑制干扰。目前多数换能器阵元采用压电陶瓷材料（见压电性）制成。

声呐往往工作在很强的干扰背景中，声呐接收机的任务就是把来自声阵的信号进行放大和处理，从干扰背景中检测信号并测定其参量。现代数字式声呐接收机由预处理器、数字信号处理器和后置数据处理器三部分组成。

预处理器的作用是信号调节，信号处理器的作用是获取空间和时间增益，进行目标检测和参量估计。其主要功能有：波束形成、匹配滤波、窄带谱分析等。后置处理器对信号处理的输出数据进行恒虚警处理、统计判决、自动跟踪、识别等。

声呐显示控制器主要有两方面的功能。一是显示探测结果，二是人-机对话。主要显示方式有“距离/方位”，“距离/多普勒”等。最常用的显示格式是B型和PPI型。

声呐发射机产生发射信号波形，经功率放大后驱动发射声阵发射声波，其功率可小到数瓦大到数兆瓦。现代声呐发射机多采用晶体三极管 D类放大器构成功率放大单元模块。多个功放模块组成发射机，前置级可根据控制台指令给各功放模块送去不同相位的激励电压，经功率放大后驱动不同换能器阵元来控制发射波束旋转。

声呐的工作性能受环境因素影响很大，直接影响的因素有传播衰减、多途效应、混响、海洋噪声，载体自噪声、目标反射本领等，这些量与海洋环境因素有关。 如声速-深度分布、波浪、海底底质、水深、海流等（见水声学）。

参考书目

1. 汪德昭、尚尔昌同著：《水声学》，科学出版社，北京，1981。
2. R. J. 乌立克著，洪申译：《工程水声原理》，国防工业出版社，北京，1972。(R. J. Urick，Principles of Underwater Sound for Engineers， 1st ed.， McGraw-Hill， New York， 1967.)