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声呐技术及其应用:声纳到底是个什么东西?

作者: 长沙金信诺防务  来源: www.csjxnfw.com  时间:2019年12月24日
  声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备,是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。声波是人类迄今为止已知可以在海水中远程传播的能量形式,声纳 (sonar) 一词是第一次世纪大战期间产生的,它是由声音 (sound)、导航 (navigation) 和测距 (ranging) 3个英文单词的字头构成的,是声音导航测距的缩写。它利用声波在水下的传播特性,通过电声转换和信息处理,完成对水下目标进行探测、定位和通信,判断海洋中物体的存在、位置及类型,同时也用于水下信息的传输。
  电磁波是空气中传播信息最重要的载体,例如,通信、广播、电视、雷达等都是利用电磁波,但是在水下,它几乎没有用武之地。这是因为海水是一种导电介质,向海洋空间辐射的电磁波会被海水介质本身所屏蔽,它的绝大部分能量很快地以涡流形式损耗掉了,因而电磁波在海水中的传播受到严重限制。至于光波,本质上属于更高频率的电磁波,被海水吸收损失的能量更为严重,因此,它们在海水中都不能有效地传递信息。实验证实,在人们所熟知的各种辐射信号中,以声波在海水中的传播性能为最佳。正因为如此,人们利用声波在水下可以相对容易地传播及其在不同介质中传播的性质不同,研制出了多种水下测量仪器、侦察工具和武器装备,即各种“声纳”设备。声纳技术不仅在水下军事通信、导航和反潜作战中享有非常重要的地位,而且在和平时期已经成为人类认识、开发和利用海洋的重要手段。
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  声纳技术按工作方式可分为主动声呐和被动声呐两类:
  01、主动声纳工作原理
  声纳系统一般是由发射机、换能器(水听器)、接收机、显示器和控制器等几个部件组成,发射机用于产生需要的电信号,以便激励换能器将电信号转变为声信号向水中发射,水声信号若遇到水下目标便会被反射,然后以声纳回波的形式返回到换能器(水听器),换能器(水听器)接收到后又将其转变为电信号,电信号经接收机放大和各种处理,再将处理结果反馈至控制器或显示系统,最后根据这些处理的信息可测出目标的位置,判断出目标的性质等,从而完成声纳的使命。我们日常的海洋探测多利用主动声纳进行作业,主动声纳主要由声纳基阵、收发转换器、接收机、指示器、发射器、定时中心以及控制同步设备等七个部分组成。
  02、被动声纳工作原理
  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,系统的核心部件是用来测听目标声波的水听器。由于被动声波技术在海水中只是单程传播,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。
  水声换能器是声纳系统的重要部件,根据工作状态的不同,可分为两类:
  一类称为发射换能器,它将电能转换为机械能,再转换为声能;
  一类称为接收换能器,它将声能转换为机械能,再转换为电能。
  实际应用中的水声换能器兼有发射和接收两种功能,现代声纳技术对水声发射换能器的要求是:低频、大功率、高效率以及能在深海中工作等特性。根据水声学的研究,人们发现用低频声波传递信号,对于远距离目标的定位和检测有着明显的优越性,因为低频声波在海水中传播时,被海水吸收的数值比高频声波要低,故能比高频声波传播更远的距离,这对增大探测距离非常有益。
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