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声呐

/sonar/
条目作者李整林

李整林

最后更新 2022-12-23
浏览 275
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利用声波作为信息载体对水中目标进行探测、定位、识别、跟踪和实现水下导航、测量和通信的设备。

英文名称
sonar
所属学科
电子科学与技术

声呐的英文名称“sonar”是 “sound navigation and ranging”的首位字母缩写。其原意是声波导航和测距,后统称为水声设备。

声呐系统由发射机、换能器(水听器)、接收机、显示器和控制器等几部分组成。发射机用于产生需要的一定功率的电信号,以便激励换能器将电信号转变为声信号向水中发射。水声信号若遇到潜艇、水雷和鱼群等目标会被反射,以声呐回波的形式返回到水听器,水听器接收后又将其转变为电信号。电信号经接收机放大和处理,再将处理结果反馈至控制器或显示器。根据这些处理的信息可测出目标的位置,判断出目标的性质等。常见的是主动声呐,还有被动声呐和主被动综合声呐。被动声呐利用目标辐射的声波,由于声波在海水中只是单程传播,系统的核心部件是用来测听目标声波的水听器。现代舰艇都采用主、被动综合声呐进行水下通信、遥测和控制等,这种综合声呐系统在水下声学通信信道两端都有发射换能器和接收换能器。这些声呐的水上部分都是以电子计算机为中心的数据采集、处理和图像显示等设备,水下部分则是水声换能器(或基阵)。

水声换能器是声呐系统的重要部件。根据工作状态的不同,可分为两类:一类称为发射换能器,它将电能转换为机械能,再转换为声能;另一类称为接收换能器,它将声能转换为机械能,再转换为电能。在实际应用中,水声换能器兼有发射和接收两种功能。现代声呐技术对水声换能器的要求是:低频、大功率、高效率以及能在深海中工作等特性。根据水声学的研究,因为低频声波在海水中传播时,被海水吸收的数值比高频声波要低,故能比高频声波传播更远的距离,即用低频声波传递信号,对于远距离目标的定位和检测有明显的优越性,这对增大探测距离非常有益。

声呐是各国海军进行水下监视使用的主要装备,用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪;进行水下通信和导航,保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外,声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信,以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。声呐可按工作方式、装备对象、战术用途、基阵携带方式和技术特点等分类方法,分为各种不同的声呐。例如,按工作方式可分为主动声呐和被动声呐;按装备对象可分为水面舰艇声呐、潜艇声呐、航空声呐、便携式声呐和海岸声呐等。

声呐工作性能的影响因素除声呐本身的技术状况外,海洋环境条件的影响也很大。比较直接的因素有传播衰减、多路径效应、混响干扰、海洋噪声、自噪声、目标反射特征或辐射噪声强度等,它们大多与海洋环境因素有关。例如,声波在传播途中受海水介质不均匀分布和海面、海底的影响和制约,会产生折射、散射、反射和干涉,会产生声线弯曲、信号起伏和畸变,造成传播途径的改变,以及出现声影区,严重影响声呐的作用距离和测量精度。现代声呐根据海区声速-深度变化形成的传播条件,可适当选择基阵工作深度和俯仰角,利用声波的不同传播途径(直达声、海底反射声、会聚区和深海声道)克服水声传播条件的不利影响,提高声呐探测距离。

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