聲吶是英文縮寫“SONAR”的音譯，其中文全稱為：聲音導(dǎo)航與測距，Sound Navigation And Ranging”是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。它有主動式和被動式兩種類型，屬于聲學(xué)定位的范疇。聲吶是利用水中聲波對水下目標(biāo)進(jìn)行探測、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。聲吶是利用水中聲波對水下目標(biāo)進(jìn)行探測、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，它的整個結(jié)構(gòu)和工作原理都比較類似于雷達(dá)。

電磁波是空氣中傳播信息最重要的載體，例如，通信、廣播、電視、雷達(dá)等都是利用電磁波，但是在水下，它幾乎沒有用武之地。這是因為海水是一種導(dǎo)電介質(zhì)，向海洋空間輻射的電磁波會被海水介質(zhì)本身所屏蔽，它的絕大部分能量很快地以渦流形式損耗掉了，因而電磁波在海水中的傳播受到嚴(yán)重限制。至于光波，本質(zhì)上屬于更高頻率的電磁波，被海水吸收損失的能量更為嚴(yán)重，因此，它們在海水中都不能有效地傳遞信息。實驗證實，在人們所熟知的各種輻射信號中，以聲波在海水中的傳播性能為最佳。正因為如此，人們利用聲波在水下可以相對容易地傳播及其在不同介質(zhì)中傳播的性質(zhì)不同，研制出了多種水下測量儀器、偵察工具和武器裝備，即各種“聲納”設(shè)備。聲納技術(shù)不僅在水下軍事通信、導(dǎo)航和反潛作戰(zhàn)中享有非常重要的地位，而且在和平時期已經(jīng)成為人類認(rèn)識、開發(fā)和利用海洋的重要手段。在水中進(jìn)行觀察和測量，具有得天獨(dú)厚條件的只有聲波。這是由于其他探測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幾公斤的炸彈，在兩萬公里外還可以收到信號，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)行測量和觀察，至今還沒有發(fā)現(xiàn)比聲波更有效的手段。

聲吶技術(shù)歷史

聲吶技術(shù)至今已有100年歷史，它是1906年由英國海軍的劉易斯·尼克森所發(fā)明。他發(fā)明的第一部聲吶儀是一種被動式的聆聽裝置，主要用來偵測冰山。這種技術(shù)，到第一次世界大戰(zhàn)時被應(yīng)用到戰(zhàn)場上，用來偵測潛藏在水底的潛水艇。聲納技術(shù)的誕生有兩個基石：一是1827年瑞士物理學(xué)家DanielC和CharlesS合作，精確地測出了水下聲速（由它人們才可以準(zhǔn)確地計算出目標(biāo)的距離）；二是19世紀(jì)中葉發(fā)明了碳粒微音器（它是一種最早、最靈敏的水聽器）。1912年豪華巨輪“泰坦尼克”號與冰山相撞，以及1914年第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，極大地促進(jìn)了民用和軍用聲納的研制和發(fā)展。第一部反潛聲納的問世是在第一次世界大戰(zhàn)中，但當(dāng)時由于理論和技術(shù)上的不完善，這種水聲回聲定位系統(tǒng)的性能很不可靠，因而在對付德國U型潛艇的威脅方面尚未作出貢獻(xiàn)。隨后，人們利用回聲探測設(shè)備又制成了航海用的回聲儀，這些更增加了人們應(yīng)用聲納技術(shù)服務(wù)于軍事及民用的信心。

大約在1925年左右，德國“信號”公司將其生產(chǎn)的聲納設(shè)備定名為“測深儀”，并在美國和英國有商品銷售。同時，美國海軍實驗室的領(lǐng)導(dǎo)其成員積極改進(jìn)對潛艇進(jìn)行回聲定位的方法，他們通過采用磁致伸縮換能器找到了回聲定位中合適的發(fā)射換能器。與此同時，由于電子學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)可以使聲納信息經(jīng)過放大和簡單的處理顯示給觀察者。大約在1935年，德、英、美三國又研制出了幾種較為實用的聲納，1938年，聲納設(shè)備開始在美國批量生產(chǎn)。到第二次世界大戰(zhàn)，幾乎所有的軍用艦船都裝備了聲納系統(tǒng)，并在海戰(zhàn)中發(fā)揮了十分重要的作用，當(dāng)時交戰(zhàn)各方損失了一千多艘潛艇，絕大多數(shù)是被聲納發(fā)現(xiàn)的。第二次世界大戰(zhàn)后，軍用聲納技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，但各個國家都將這方面的最新技術(shù)列為嚴(yán)格保密的范圍。人類進(jìn)入20世紀(jì)七八十年代以后，隨著海洋開發(fā)事業(yè)的迅猛發(fā)展，聲納技術(shù)以驚人的速度向民用方面轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)了各種用途的現(xiàn)代化聲納，如導(dǎo)航聲納、通信聲納、側(cè)掃聲納、遠(yuǎn)程警戒聲納、水聲對抗聲納、拖曳陣聲納、魚雷自導(dǎo)聲納、水雷自導(dǎo)聲納等等，聲納技術(shù)已日趨成熟和完善。目前，聲吶是各國海軍進(jìn)行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對水下目標(biāo)進(jìn)行探測、分類、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)動和水中武器的使用。此外，聲吶技術(shù)還廣泛用于魚雷制導(dǎo)、水雷引信，以及魚群探測、海洋石油勘探、船舶導(dǎo)航、水下作業(yè)、水文測量和海底地質(zhì)地貌的勘測等。和許多科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一樣，社會的需要和科技的進(jìn)步促進(jìn)了聲吶技術(shù)的發(fā)展。 

聲吶結(jié)構(gòu)與分類 

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。基陣由水聲換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、水下接線箱和增音機(jī)、與聲吶基陣的傳動控制相配套的升降、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。它有兩個用途：一是在水下發(fā)射聲波，稱為“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，稱為“接收換能器”，相當(dāng)于空氣中的傳聲器（俗稱“麥克風(fēng)”或“話筒”）。換能器在實際使用時往往同時用于發(fā)射和接收聲波，專門用于接收的換能器又稱為“水聽器”。換能器的工作原理是利用某些材料在電場或磁場的作用下發(fā)生伸縮的壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)。???? 

聲納的分類按其工作方式可分為： 
主動聲吶：主動聲吶技術(shù)是指聲吶主動發(fā)射聲波“照射”目標(biāo)，而后接收水中目標(biāo)反射的回波以測定目標(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。它由簡單的回聲探測儀器演變而來，它主動地發(fā)射超聲波，然后收測回波進(jìn)行計算，適用于探測冰山、暗礁、沉船、海深、魚群、水雷和關(guān)閉了發(fā)動機(jī)的隱蔽的潛艇；??
被動聲吶：被動聲吶技術(shù)是指聲吶被動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，以測定目標(biāo)的方位。它由簡單的水聽器演變而來，它收聽目標(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敵艦活動的潛艇。 

按裝備對象可分為： 
艦載聲納、潛用聲納、機(jī)載聲納、便攜式聲吶和岸基固定聲納 
按戰(zhàn)術(shù)用途可分為：探測聲納、測距聲納、目標(biāo)識別聲納、導(dǎo)航聲納、探雷避障聲納、通信聲納、偵察聲納、監(jiān)視聲納等。 
按基陣攜帶方式可分為：艦殼聲納、拖曳聲納、舷側(cè)聲納、吊放聲納、聲納浮標(biāo)等。 

聲吶的軍事應(yīng)用 

隨著軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，聲吶浮標(biāo)被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，而美軍就特別喜歡使用浮標(biāo)來進(jìn)行反潛，利用浮標(biāo)來捕捉對方潛艇的蹤跡，從而來精確定位潛艇的位置。聲學(xué)(聲納)是各國海軍進(jìn)行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對水下目標(biāo)進(jìn)行探測、分類、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)動和水中武器的使用。此外，聲納技術(shù)還廣泛用于魚雷制導(dǎo)、水雷引信，以及魚群探測、海洋石油勘探、船舶導(dǎo)航、水下作業(yè)、水文測量和海底地質(zhì)地貌的勘測等。

聲納可按工作方式，按裝備對象，按戰(zhàn)術(shù)用途、按基陣攜帶方式和技術(shù)特點(diǎn)等分類方法分成為各種不同的聲納。例如按工作方式可分為主動聲納和被動聲納；按裝備對象可分為水面艦艇聲納、潛艇聲納、航空聲納、便攜式聲納和海岸聲納，等等。最初聲納主要用于探測敵方潛艇，隨著技術(shù)的發(fā)展，聲納已發(fā)展到第五代，即數(shù)字式聲納，性能有了很大提高。在軍事上用于搜索潛艇、探測水雷、海底警戒、水下導(dǎo)航、水中（魚雷、水雷等）制導(dǎo)和對抗
海水是電磁波的不良介質(zhì)，因此在水下進(jìn)行偵測活動只能依靠水聲技術(shù)，而隨著現(xiàn)代潛艇噪音技術(shù)不斷提高，對潛可信監(jiān)視范圍不過數(shù)十海里，一旦潛艇進(jìn)入廣闊海域，再想找到如同大海撈針。因此美國就使用反潛機(jī)在世界上的各大航道布設(shè)各種各樣的反潛浮標(biāo)，在美蘇冷戰(zhàn)期間，蘇聯(lián)潛艇部隊就創(chuàng)造出了一種獨(dú)門技術(shù)，讓美軍心驚膽戰(zhàn)，不過對于美軍投在我國海域的聲吶浮標(biāo)，我國漁民可是大展身手。

通常就是一網(wǎng)下去，數(shù)個聲吶就被打撈起來，以至于讓美軍的偵察船涂著碩大的標(biāo)語“聲吶無銅，撈走無用”。


全球的水下聲吶技術(shù)

全球的水下聲吶技術(shù)方面，代表性區(qū)域主要為美國、歐洲、俄羅斯與中國。
美國的水下聲吶技術(shù)主要有：AN/SQR-19聲吶、AN/BQQ-5綜合聲吶系統(tǒng)、AN/BQQ-10綜合聲吶系統(tǒng)、典型SAS系統(tǒng)、C3D測深側(cè)掃聲吶系統(tǒng)

AN/SQR-19被動拖曳線列陣聲吶是在AN/SQR-18的基礎(chǔ)上開發(fā)的，工作始于1976年。它是由美國西屋電氣公司、古爾德公司和通用電氣公司協(xié)作研制的。到1982年把第一部AN/SQR-19試驗樣機(jī)首次安裝于美國海軍DD-980（Moosbmgger）號導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上，經(jīng)試驗鑒定后，自1983年開始正式批準(zhǔn)生產(chǎn)。1985年7月AN/SQR-19第一套生產(chǎn)樣機(jī)正式交付使用。該聲吶的主要使命是對潛遠(yuǎn)距離被動探測、噪聲測向、跟蹤和識別，對水面艦艇也具有遠(yuǎn)距離探測能力。在AN/SQQ-89（V）艦載綜合反潛作戰(zhàn)系統(tǒng)中，AN/SQR-19承擔(dān)了大范圍遠(yuǎn)距離初始探測，引導(dǎo)艦載反潛直升機(jī)SH-60B迅速飛往目標(biāo)區(qū)域，使用機(jī)載探潛設(shè)備對潛艇實施精確定位，用機(jī)載反潛武器對潛攻擊或經(jīng)數(shù)據(jù)鏈給母艦傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)由艦載遠(yuǎn)程武器對潛攻擊。AN/SQR-19還與AN/SQS-53C聲吶相互配合，互為補(bǔ)充，保證中、近程對潛探測、跟蹤、識別、定位以及武器的使用。

該聲吶由于技術(shù)先進(jìn)和性能優(yōu)良，美海軍已將該系統(tǒng)裝備于艦艇，以及改裝型CG-47級導(dǎo)彈巡洋艦、DD-963級驅(qū)逐艦、DDG-51級導(dǎo)彈驅(qū)逐艦和FFG-7級導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦，作為艦載綜合反潛作戰(zhàn)系統(tǒng)AN/SQQ-89（V）中的一個分系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)也已向澳大利亞、加拿大和西班牙等國出售。

歐洲的水下聲吶技術(shù)主要有：2054綜合聲吶系統(tǒng)、2076綜合聲吶系統(tǒng)、TSM2233綜合聲吶系統(tǒng)、CSU90和DBQS-40綜合聲吶系統(tǒng)、SES-96參量陣測深/淺地層剖面儀、典型SAS系統(tǒng)。

2076聲吶是泰雷茲公司為英國皇家海軍設(shè)計的一種潛艇聲吶探測系統(tǒng)，是世界上最先進(jìn)的全綜合被動/主動搜索和攻擊聲吶系統(tǒng)。2076聲吶的開發(fā)工作始于1990年。2002年在英國皇家海軍“托貝”號核潛艇上進(jìn)行了2076聲吶系統(tǒng)寬孔徑舷側(cè)噪聲測距聲吶部件的海試。“托貝”號和“鋒利”號分別于2003年和2004年完成2076聲吶改換裝工作。“機(jī)敏”級核潛艇從建造開始就把2076聲吶裝備在艇上。2076綜合聲吶設(shè)備采用了重要的商用成熟技術(shù)，被稱為第5階段的一個提高計劃將用COTS產(chǎn)品部分替代過去的結(jié)構(gòu)。這種“開放”結(jié)構(gòu)能夠迅速嵌入新的軟件功能。一旦所有的工作完成，2076第5階段的系統(tǒng)將完全部署在整個英國皇家海軍的攻擊型核潛艇艦隊中。

俄羅斯的水下聲吶技術(shù)主要有：MGK-540綜合聲吶系統(tǒng)、Irtysh/Amfora綜合聲吶系統(tǒng)。俄羅斯基本上繼承了蘇聯(lián)的潛艇聲吶技術(shù)，是世界上少數(shù)能自行研制拖曳陣聲吶的國家之一。現(xiàn)在俄羅斯?jié)撏掀毡檠b備了艇殼式基陣聲吶和拖曳變深聲吶。MGK－540綜合聲吶系統(tǒng)裝備在俄羅斯海軍現(xiàn)役的所有主戰(zhàn)潛艇上，其中包括“阿庫拉”Ⅰ、Ⅱ型，“塞拉”Ⅰ、Ⅱ型核潛艇等。該系統(tǒng)主要用于連續(xù)監(jiān)視潛艇所在水域的水面和水下狀況，以被動監(jiān)聽方式對目標(biāo)進(jìn)行探測、定向和跟蹤。

中國的水下聲吶技術(shù)主要有：H/SJG-206低頻被動拖曳線列陣聲吶、雙頻合成孔徑聲吶。

國產(chǎn)首款低頻被動拖曳線列陣H/SJG-206直到2008年才伴隨054A型護(hù)衛(wèi)艦加入人民解放軍戰(zhàn)斗序列。截至2016年該型聲納已裝備16艘054A型導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦與6艘052C型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦，使用時從艦尾右側(cè)的水聲設(shè)備開口中放出。艦尾左側(cè)開口對應(yīng)的則是拖曳式魚雷誘餌。除了近些年新建的戰(zhàn)艦之外，更早服役的112“哈爾濱”，113“青島”，540“淮南”，542“銅陵”等水面戰(zhàn)艦也在現(xiàn)代化改裝過程中引入了H/SJG-206。

目前，哈爾濱工程大學(xué)17日發(fā)布消息，該校“系列化淺水多波束測深聲吶關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”項目中多項關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，徹底打破了長期以來國際上對中國在高端淺水多波束測深聲吶技術(shù)的封鎖。該成果是在哈工程國產(chǎn)首臺中水多波束測深系統(tǒng)(海軍型號產(chǎn)品)——H/HCS-017型條帶測深儀基礎(chǔ)上，歷時十年，由哈爾濱工程大學(xué)牽頭，聯(lián)合多家高校及科研機(jī)構(gòu)完成。該技術(shù)突破了“淺水多波束測深聲吶高精度方位估計”、“沿航跡向合成孔徑處理”、“無安裝約束免校準(zhǔn)”、“海量海底地形信息多分辨率三維可視化表達(dá)”、“聲吶圖像人工智能解譯”等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了高精度、超寬覆蓋、多功能一體化測量、設(shè)備系列化研制、批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。該產(chǎn)品最小測深、分辨力、最大覆蓋扇面等核心技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際領(lǐng)先水平，使中國成為繼美國、挪威等之后完全掌握高端淺水多波束測深聲吶核心技術(shù)的少數(shù)國家之一，徹底打破了長期以來國際上對中國高端淺水多波束測深聲吶技術(shù)的封鎖。項目研究成果已在中國南海島礁重大專項、中俄界河劃界、東海海底試驗場地形精細(xì)調(diào)查等項目應(yīng)用

聲吶技術(shù)發(fā)展趨勢

目前水下聲吶技術(shù)及裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在三方面：全自適應(yīng)智能化認(rèn)知、共址和分布式MIMO聲吶、廣域異質(zhì)多傳感器聯(lián)合感知。

全自適應(yīng)智能化認(rèn)知。傳統(tǒng)主動聲吶系統(tǒng)在處理目標(biāo)反射回波時，沒有考慮聲吶接收機(jī)感知的環(huán)境信息和目標(biāo)特性的先驗知識對發(fā)射機(jī)的影響，發(fā)射信號參數(shù)固定。因此，在傳輸衰減、噪聲、混響、多徑、時變和大多普勒等復(fù)雜水下環(huán)境中很難獲得理想的探測效果。受近年認(rèn)知無線電、認(rèn)知雷達(dá)快速發(fā)展的啟發(fā)，通過將先驗知識和連續(xù)學(xué)習(xí)引入傳統(tǒng)聲吶系統(tǒng)，建立對發(fā)射端的自適應(yīng)反饋控制，提出了認(rèn)知聲吶，其組成如圖所示。基于知識理論的智能化認(rèn)知聲吶能夠根據(jù)環(huán)境變化和目標(biāo)特性的先驗知識對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)進(jìn)行聯(lián)合自適應(yīng)控制，提高對水下目標(biāo)信號的探測和識別能力。

共址和分布式MIMO聲吶。MIMO技術(shù)首先在通信和雷達(dá)領(lǐng)域得到應(yīng)用，分為共址MIMO和分布式MIMO。共址MIMO利用發(fā)射信號的分集特性擴(kuò)展收發(fā)陣列的虛擬孔徑，提高目標(biāo)探測能力。分布式MIMO陣元分開排列，發(fā)射正交信號，從不同角度照射目標(biāo)，減低起伏衰落，提高探測穩(wěn)定性。水下特別是近海航船數(shù)量多、噪聲大、聲場復(fù)雜、多徑和多普勒效應(yīng)嚴(yán)重，對水雷、蛙人、靜音潛艇等弱小目標(biāo)探測難度大，傳統(tǒng)主被動雷達(dá)都難以達(dá)到理想效果，MIMO聲吶為解決這一問題提供了一條新途徑。

廣域異質(zhì)多傳感器聯(lián)合感知。單一傳感器探測效率低，難以滿足大范圍、長時間水下信息獲取需求，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將警戒監(jiān)視海域內(nèi)多個不同位置布放的聲吶、雷達(dá)、激光、紅外等傳感器進(jìn)行互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換、分發(fā)和匯聚，進(jìn)行集中或分布式數(shù)據(jù)處理，可以形成分布式網(wǎng)絡(luò)化水下警戒探測系統(tǒng)，實現(xiàn)對覆蓋范圍內(nèi)目標(biāo)的探測、定位、跟蹤和分類識別功能。分布式網(wǎng)絡(luò)化水下預(yù)警探測系統(tǒng)具有機(jī)動靈活、成本低、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效增強(qiáng)水下戰(zhàn)場信息感知能力。