聲吶

　　利用聲波對水下物體進行探測和定位識別的方法及所用設備的總稱。這個名稱是英文 sonar 一詞的音譯。sonar一詞由sound navigation and ranging的字頭組成。聲波是目前已知的唯一能在海水中遠端傳播的波，所以聲吶被廣泛用於海軍的各個兵種。它不但是探測潛沒在水中的潛艇的主要手段，如各種艦用聲吶、機載聲吶、岸基聲吶等；而且也是沒在水中的潛艇瞭解它周圍環境的主要手段，一艘現代潛艇裝有各種聲吶十餘部。此外，聲吶還被用於探雷、導航、航道測量、、制導、引信等各個方面。在民用方面，聲吶被用於捕魚、海底地質勘探、水下定位、導航、石油開發等各個方面。

　　聲吶的基本原理　聲吶基本上可以分成為被動聲吶（無源聲吶）和主動聲吶（有源聲吶）兩大類。

　　

主動聲吶向水中發射聲波，通過接收水下物體反射回波發現目標，並測量其參量。目標距離可通過發射脈沖和回波到達時間差估計。目標方位則通過測量接收聲陣中兩子陣間的相差得到。有源聲吶由發射機、聲陣、接收機(包括信號處理器)、顯示控制臺幾個部分組成（見圖）。

　　被動聲吶通過接收目標的輻射噪聲探測目標並測定其參量。它由接收聲陣、接收機（信號處理）和顯示控制臺三部分組成。一般被動聲吶隻能測定目標方位，測向原理與主動聲吶相同。被動測距聲吶利用三子陣測量波陣面曲率從而測定目標距離。

　　聲吶的結構　聲吶聲陣可分為發射聲陣和接收聲陣兩大類。聲陣由換能器陣元組成。發射聲陣把來自發射機的電能轉換為聲能向水中發射。接收聲陣把聲信號轉換為電信號送到接收機。用多個換能器陣元組成聲陣的目的是產生一定的方向性。對發射聲陣來說可以使聲能集中；對接收聲陣來說可以抑制幹擾。目前多數換能器陣元采用壓電陶瓷材料（見壓電性）制成。

　　聲吶往往工作在很強的幹擾背景中，聲吶接收機的任務就是把來自聲陣的信號進行放大和處理，從幹擾背景中檢測信號並測定其參量。現代數字式聲吶接收機由預處理器、數字信號處理器和後置數據處理器三部分組成。

　　預處理器的作用是信號調節，信號處理器的作用是獲取空間和時間增益，進行目標檢測和參量估計。其主要功能有：波束形成、匹配濾波、窄帶譜分析等。後置處理器對信號處理的輸出數據進行恒虛警處理、統計判決、自動跟蹤、識別等。

　　聲吶顯示控制器主要有兩方面的功能。一是顯示探測結果，二是人-機對話。主要顯示方式有“距離/方位”，“距離/多普勒”等。最常用的顯示格式是B型和PPI型。

　　聲吶發射機產生發射信號波形，經功率放大後驅動發射聲陣發射聲波，其功率可小到數瓦大到數兆瓦。現代聲吶發射機多采用晶體三極管 D類放大器構成功率放大單元模塊。多個功放模塊組成發射機，前置級可根據控制臺指令給各功放模塊送去不同相位的激勵電壓，經功率放大後驅動不同換能器陣元來控制發射波束旋轉。

　　影響聲吶性能的因素　聲吶的工作性能受環境因素影響很大，直接影響的因素有傳播衰減、多途效應、混響、海洋噪聲，載體自噪聲、目標反射本領等，這些量與海洋環境因素有關。如聲速-深度分佈、波浪、海底底質、水深、海流等（見水聲學）。

　　

參考書目

　汪德昭、尚爾昌同著：《水聲學》，科學出版社，北京，1981。

　R. J. 烏立克著，洪申譯：《工程水聲原理》，國防工業出版社，北京，1972。(R. J. Urick，Principles of Underwater Sound for Engineers， 1st ed.， McGraw-Hill， New York， 1967.)