声学探测手段—主被动声呐

声呐是英文缩写“SONAR”的中文音译，其全称为：Sound Navigation And Ranging（声音导航与测距），是利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理进行导航和测距的技术，也指利用这种技术对水下目标进行探测（存在、位置、性质、运动方向等）和通讯的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置，有主动式和被动式两种类型。

历史

声呐技术已有超过100年的历史，它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明。他发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置，主要用来侦测冰山。到第一次世界大战时开始被英国海军应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇，这些声呐只能被动听音，属于被动声呐，或者叫做“水听器”。到了1915年，法国物理学家Paul Langevin与俄国电气工程师Constantin Chilowski合作发明了第一部用于侦测潜艇的主动式声呐设备。而在二战结束后，各国则开始重视声呐军事方面的应用，逐步投入研究。

9 Y4 m1 Y- Z. C7 x+ J4 R `) ?; d

6 p3 H. s# s) t. k$ s5 n

二战前早期声呐设备主动声呐技术

主动声呐技术是指声呐主动发射声波“照射”目标，而后接收水中目标反射的回波时间，以及回波参数以测定目标的参数。可用来探测水下目标，并测定其距离、方位、航速、航向等运动要素。具体地说，可通过回波信号与发射信号问的时延推知目标的距离，由回波波前法线方向可推知目标的方向，而由回波信号与发射信号之间的频移可推知目标的径向速度。此外由回波的幅度、相位及变化规律，可以识别出目标的外形、大小、性质和运动状态。

. @& m* S3 }- e; Y+ v7 x: W+ T7 f

' e+ s0 T' l8 i6 R; i! _% V: i

主动声呐主要由换能器基阵（常为收发兼用）、发射机（包括波形发生器、发射波束形成器）、定时中心、接收机、显示器、控制器等几个部分组成。大多数采用脉冲体制，也有采用连续波体制的。它由简单的回声探测仪器演变而来，主动地发射声波，然后接收回波进行计算，适用于探测冰山、暗礁、沉船、海深、鱼群、水雷和隐蔽的潜艇（发动机关闭等）。

! G9 O/ n C' ^( N2 w! `

低频主动声呐

三、被动声呐技术

被动声呐技术是指声呐被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号，以测定目标的方位和距离。它由简单的水听器演变而来，它收听目标发出的噪声，判断出目标的位置和某些特性，特别适用于不能发声暴露自己而又要探测敌舰活动的潜艇。

0 H7 ?# U) o9 B- y) ]

潜艇两侧侧弦阵列被动声呐

由于被动声呐本身不发射信号，所以目标将不会觉察声呐的存在及其意图。声呐设计者对某预定目标的声音进行设计：如目标为潜艇，那么目标自身发出的噪声包括螺旋桨转动噪声、艇体与水流摩擦产生的动水噪声，以及各种发动机的机械振动引起的辐射噪声等。

因此被动声呐（噪音站）与主动声呐最根本的区别在于它在本舰噪声背景下接收远场目标发出的噪声。此时，目标噪声作为信号，且经远距传播后变得十分微弱。由此可知，被动声呐往往工作于低信噪比情况下，因而需要采用比主动声呐更多的信号处理措施。被动声呐没有发射机部分。类似噪音站、侦察仪等可归入被动声呐类。

6 n8 q0 i) D4 }

潜艇拖曳线列被动声呐

四、优势对比

主动声纳的优点是可以探测到静止目标,可以测距；缺点是探测波短,容易暴露位置。被动声纳优点是探测波长,识别目标能力强,隐蔽性强；缺点是不能探测静止目标。一般来说潜艇在航行或者探测时很少会主动开启主动声呐去探测，因为这样也要承担被敌方发现的危险。被动声呐此时则承担了大部分的探测任务，声波在海中承担了眼睛的作用，为水中航行的大家伙们保驾护航。

! `0 ^% v4 ]& h5 n

结语

虽然在海中声学探测手段在目前对比其他探测手段来说有着不可比拟的优势，但随着技术的发展，目前较为先进的静音潜艇已经能够逃脱被动声呐的探测，甚至主动声呐的效果也微乎其微，因此如何发展新型探测能力更强的声呐或技术，也迫在眉睫。

! }7 J! `' p5 K: D5 ~/ u8 F ! N. a% S4 E' c+ J8 d/ X7 R4 h