聲吶是英文縮寫“SONAR”的音譯，其中文全稱為：聲音導航與測距，Sound Navigation And Ranging”是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，完成水下探測和通訊任務的電子設備。它有主動式和被動式兩種類型，屬于聲學定位的范疇。聲吶是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備，是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置。聲吶是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備，是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置，它的整個結構和工作原理都比較類似于雷達。

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電介質，向海洋空間輻射的電磁波會被海水介質本身所屏蔽，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重限制。至于光波，本質上屬于更高頻率的電磁波，被海水吸收損失的能量更為嚴重，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中傳播的性質不同，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”設備。聲納技術不僅在水下軍事通信、導航和反潛作戰中享有非常重要的地位，而且在和平時期已經成為人類認識、開發和利用海洋的重要手段。在水中進行觀察和測量，具有得天獨厚條件的只有聲波。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。在水中進行測量和觀察，至今還沒有發現比聲波更有效的手段。

聲吶技術歷史

聲吶技術至今已有100年歷史，它是1906年由英國海軍的劉易斯·尼克森所發明。他發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，到第一次世界大戰時被應用到戰場上，用來偵測潛藏在水底的潛水艇。聲納技術的誕生有兩個基石：一是1827年瑞士物理學家DanielC和CharlesS合作，精確地測出了水下聲速（由它人們才可以準確地計算出目標的距離）；二是19世紀中葉發明了碳粒微音器（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年第一次世界大戰的爆發，極大地促進了民用和軍用聲納的研制和發展。第一部反潛聲納的問世是在第一次世界大戰中，但當時由于理論和技術上的不完善，這種水聲回聲定位系統的性能很不可靠，因而在對付德國U型潛艇的威脅方面尚未作出貢獻。隨后，人們利用回聲探測設備又制成了航海用的回聲儀，這些更增加了人們應用聲納技術服務于軍事及民用的信心。

大約在1925年左右，德國“信號”公司將其生產的聲納設備定名為“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導其成員積極改進對潛艇進行回聲定位的方法，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射換能器。與此同時，由于電子學的發展，已經可以使聲納信息經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，聲納設備開始在美國批量生產。到第二次世界大戰，幾乎所有的軍用艦船都裝備了聲納系統，并在海戰中發揮了十分重要的作用，當時交戰各方損失了一千多艘潛艇，絕大多數是被聲納發現的。第二次世界大戰后，軍用聲納技術繼續發展，但各個國家都將這方面的最新技術列為嚴格保密的范圍。人類進入20世紀七八十年代以后，隨著海洋開發事業的迅猛發展，聲納技術以驚人的速度向民用方面轉化，出現了各種用途的現代化聲納，如導航聲納、通信聲納、側掃聲納、遠程警戒聲納、水聲對抗聲納、拖曳陣聲納、魚雷自導聲納、水雷自導聲納等等，聲納技術已日趨成熟和完善。目前，聲吶是各國海軍進行水下監視使用的主要技術，用于對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤；進行水下通信和導航，保障艦艇、反潛飛機和反潛直升機的戰術機動和水中武器的使用。此外，聲吶技術還廣泛用于魚雷制導、水雷引信，以及魚群探測、海洋石油勘探、船舶導航、水下作業、水文測量和海底地質地貌的勘測等。和許多科學技術的發展一樣，社會的需要和科技的進步促進了聲吶技術的發展。 

聲吶結構與分類 

聲吶裝置一般由基陣、電子機柜和輔助設備三部分組成。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、發射機陣或收發合一基陣之分。電子機柜一般有發射、接收、顯示和控制等分系統。輔助設備包括電源設備、連接電纜、水下接線箱和增音機、與聲吶基陣的傳動控制相配套的升降、回轉、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等裝置，以及聲吶導流罩等。??

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械能、電能、磁能等相互轉換的裝置。它有兩個用途：一是在水下發射聲波，稱為“發射換能器”，相當于空氣中的揚聲器；二是在水下接收聲波，稱為“接收換能器”，相當于空氣中的傳聲器（俗稱“麥克風”或“話筒”）。換能器在實際使用時往往同時用于發射和接收聲波，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生伸縮的壓電效應或磁致伸縮效應。???? 

聲納的分類按其工作方式可分為： 
主動聲吶：主動聲吶技術是指聲吶主動發射聲波“照射”目標，而后接收水中目標反射的回波以測定目標的參數。大多數采用脈沖體制，也有采用連續波體制的。它由簡單的回聲探測儀器演變而來，它主動地發射超聲波，然后收測回波進行計算，適用于探測冰山、暗礁、沉船、海深、魚群、水雷和關閉了發動機的隱蔽的潛艇；??
被動聲吶：被動聲吶技術是指聲吶被動接收艦船等水中目標產生的輻射噪聲和水聲設備發射的信號，以測定目標的方位。它由簡單的水聽器演變而來，它收聽目標發出的噪聲，判斷出目標的位置和某些特性，特別適用于不能發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、機載聲納、便攜式聲吶和岸基固定聲納 
按戰術用途可分為：探測聲納、測距聲納、目標識別聲納、導航聲納、探雷避障聲納、通信聲納、偵察聲納、監視聲納等。 
按基陣攜帶方式可分為：艦殼聲納、拖曳聲納、舷側聲納、吊放聲納、聲納浮標等。 

聲吶的軍事應用 

隨著軍事技術的不斷發展，聲吶浮標被應用到各個領域，而美軍就特別喜歡使用浮標來進行反潛，利用浮標來捕捉對方潛艇的蹤跡，從而來精確定位潛艇的位置。聲學(聲納)是各國海軍進行水下監視使用的主要技術，用于對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤；進行水下通信和導航，保障艦艇、反潛飛機和反潛直升機的戰術機動和水中武器的使用。此外，聲納技術還廣泛用于魚雷制導、水雷引信，以及魚群探測、海洋石油勘探、船舶導航、水下作業、水文測量和海底地質地貌的勘測等。

聲納可按工作方式，按裝備對象，按戰術用途、按基陣攜帶方式和技術特點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，隨著技術的發展，聲納已發展到第五代，即數字式聲納，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、水下導航、水中（魚雷、水雷等）制導和對抗
海水是電磁波的不良介質，因此在水下進行偵測活動只能依靠水聲技術，而隨著現代潛艇噪音技術不斷提高，對潛可信監視范圍不過數十海里，一旦潛艇進入廣闊海域，再想找到如同大海撈針。因此美國就使用反潛機在世界上的各大航道布設各種各樣的反潛浮標，在美蘇冷戰期間，蘇聯潛艇部隊就創造出了一種獨門技術，讓美軍心驚膽戰，不過對于美軍投在我國海域的聲吶浮標，我國漁民可是大展身手。

通常就是一網下去，數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語“聲吶無銅，撈走無用”。


全球的水下聲吶技術

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

AN/SQR-19被動拖曳線列陣聲吶是在AN/SQR-18的基礎上開發的，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作研制的。到1982年把第一部AN/SQR-19試驗樣機首次安裝于美國海軍DD-980（Moosbmgger）號導彈驅逐艦上，經試驗鑒定后，自1983年開始正式批準生產。1985年7月AN/SQR-19第一套生產樣機正式交付使用。該聲吶的主要使命是對潛遠距離被動探測、噪聲測向、跟蹤和識別，對水面艦艇也具有遠距離探測能力。在AN/SQQ-89（V）艦載綜合反潛作戰系統中，AN/SQR-19承擔了大范圍遠距離初始探測，引導艦載反潛直升機SH-60B迅速飛往目標區域，使用機載探潛設備對潛艇實施精確定位，用機載反潛武器對潛攻擊或經數據鏈給母艦傳輸目標數據由艦載遠程武器對潛攻擊。AN/SQR-19還與AN/SQS-53C聲吶相互配合，互為補充，保證中、近程對潛探測、跟蹤、識別、定位以及武器的使用。

該聲吶由于技術先進和性能優良，美海軍已將該系統裝備于艦艇，以及改裝型CG-47級導彈巡洋艦、DD-963級驅逐艦、DDG-51級導彈驅逐艦和FFG-7級導彈護衛艦，作為艦載綜合反潛作戰系統AN/SQQ-89（V）中的一個分系統。此外，該系統也已向澳大利亞、加拿大和西班牙等國出售。

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

2076聲吶是泰雷茲公司為英國皇家海軍設計的一種潛艇聲吶探測系統，是世界上最先進的全綜合被動/主動搜索和攻擊聲吶系統。2076聲吶的開發工作始于1990年。2002年在英國皇家海軍“托貝”號核潛艇上進行了2076聲吶系統寬孔徑舷側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綜合聲吶設備采用了重要的商用成熟技術，被稱為第5階段的一個提高計劃將用COTS產品部分替代過去的結構。這種“開放”結構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主要有：MGK-540綜合聲吶系統、Irtysh/Amfora綜合聲吶系統。俄羅斯基本上繼承了蘇聯的潛艇聲吶技術，是世界上少數能自行研制拖曳陣聲吶的國家之一。現在俄羅斯潛艇上普遍裝備了艇殼式基陣聲吶和拖曳變深聲吶。MGK－540綜合聲吶系統裝備在俄羅斯海軍現役的所有主戰潛艇上，其中包括“阿庫拉”Ⅰ、Ⅱ型，“塞拉”Ⅰ、Ⅱ型核潛艇等。該系統主要用于連續監視潛艇所在水域的水面和水下狀況，以被動監聽方式對目標進行探測、定向和跟蹤。

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

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

目前，哈爾濱工程大學17日發布消息，該校“系列化淺水多波束測深聲吶關鍵技術創新與應用”項目中多項關鍵技術達到國際領先水平，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的封鎖。該成果是在哈工程國產首臺中水多波束測深系統(海軍型號產品)——H/HCS-017型條帶測深儀基礎上，歷時十年，由哈爾濱工程大學牽頭，聯合多家高校及科研機構完成。該技術突破了“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”、“海量海底地形信息多分辨率三維可視化表達”、“聲吶圖像人工智能解譯”等關鍵技術，實現了高精度、超寬覆蓋、多功能一體化測量、設備系列化研制、批量生產和推廣應用。該產品最小測深、分辨力、最大覆蓋扇面等核心技術指標均達到國際領先水平，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的少數國家之一，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調查等項目應用

聲吶技術發展趨勢

目前水下聲吶技術及裝備發展趨勢主要體現在三方面：全自適應智能化認知、共址和分布式MIMO聲吶、廣域異質多傳感器聯合感知。

全自適應智能化認知。傳統主動聲吶系統在處理目標反射回波時，沒有考慮聲吶接收機感知的環境信息和目標特性的先驗知識對發射機的影響，發射信號參數固定。因此，在傳輸衰減、噪聲、混響、多徑、時變和大多普勒等復雜水下環境中很難獲得理想的探測效果。受近年認知無線電、認知雷達快速發展的啟發，通過將先驗知識和連續學習引入傳統聲吶系統，建立對發射端的自適應反饋控制，提出了認知聲吶，其組成如圖所示。基于知識理論的智能化認知聲吶能夠根據環境變化和目標特性的先驗知識對發射機和接收機進行聯合自適應控制，提高對水下目標信號的探測和識別能力。

共址和分布式MIMO聲吶。MIMO技術首先在通信和雷達領域得到應用，分為共址MIMO和分布式MIMO。共址MIMO利用發射信號的分集特性擴展收發陣列的虛擬孔徑，提高目標探測能力。分布式MIMO陣元分開排列，發射正交信號，從不同角度照射目標，減低起伏衰落，提高探測穩定性。水下特別是近海航船數量多、噪聲大、聲場復雜、多徑和多普勒效應嚴重，對水雷、蛙人、靜音潛艇等弱小目標探測難度大，傳統主被動雷達都難以達到理想效果，MIMO聲吶為解決這一問題提供了一條新途徑。

廣域異質多傳感器聯合感知。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，通過網絡技術將警戒監視海域內多個不同位置布放的聲吶、雷達、激光、紅外等傳感器進行互聯，實現數據的交換、分發和匯聚，進行集中或分布式數據處理，可以形成分布式網絡化水下警戒探測系統，實現對覆蓋范圍內目標的探測、定位、跟蹤和分類識別功能。分布式網絡化水下預警探測系統具有機動靈活、成本低、效費比高等優點，能夠有效增強水下戰場信息感知能力。