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聲吶技術及其應用:聲納到底是個什么東西?

作者: 長沙金信諾防務  來源: www.503076.live  時間:2019年12月24日
  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。聲波是人類迄今為止已知可以在海水中遠程傳播的能量形式,聲納 (sonar) 一詞是第一次世紀大戰期間產生的,它是由聲音 (sound)、導航 (navigation) 和測距 (ranging) 3個英文單詞的字頭構成的,是聲音導航測距的縮寫。它利用聲波在水下的傳播特性,通過電聲轉換和信息處理,完成對水下目標進行探測、定位和通信,判斷海洋中物體的存在、位置及類型,同時也用于水下信息的傳輸。
  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。
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  聲納技術按工作方式可分為主動聲吶和被動聲吶兩類:
  01、主動聲納工作原理
  聲納系統一般是由發射機、換能器(水聽器)、接收機、顯示器和控制器等幾個部件組成,發射機用于產生需要的電信號,以便激勵換能器將電信號轉變為聲信號向水中發射,水聲信號若遇到水下目標便會被反射,然后以聲納回波的形式返回到換能器(水聽器),換能器(水聽器)接收到后又將其轉變為電信號,電信號經接收機放大和各種處理,再將處理結果反饋至控制器或顯示系統,最后根據這些處理的信息可測出目標的位置,判斷出目標的性質等,從而完成聲納的使命。我們日常的海洋探測多利用主動聲納進行作業,主動聲納主要由聲納基陣、收發轉換器、接收機、指示器、發射器、定時中心以及控制同步設備等七個部分組成。
  02、被動聲納工作原理
  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,以測定目標的方位和距離。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,系統的核心部件是用來測聽目標聲波的水聽器。由于被動聲波技術在海水中只是單程傳播,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。
  水聲換能器是聲納系統的重要部件,根據工作狀態的不同,可分為兩類:
  一類稱為發射換能器,它將電能轉換為機械能,再轉換為聲能;
  一類稱為接收換能器,它將聲能轉換為機械能,再轉換為電能。
  實際應用中的水聲換能器兼有發射和接收兩種功能,現代聲納技術對水聲發射換能器的要求是:低頻、大功率、高效率以及能在深海中工作等特性。根據水聲學的研究,人們發現用低頻聲波傳遞信號,對于遠距離目標的定位和檢測有著明顯的優越性,因為低頻聲波在海水中傳播時,被海水吸收的數值比高頻聲波要低,故能比高頻聲波傳播更遠的距離,這對增大探測距離非常有益。
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