声纳

    声纳是一个使用传送和反射水底声波以探测和定位水中物体或水下距离的系统。它已经被应用于潜艇和矿山探测、深度探测、商业捕鱼、安全潜水及海上通讯。声纳装置将放出表面下声波,然后收听返回的回声,声音数据通过扩音器或监视器显示屏转播给操作员。

  刘易斯.尼克松在1906年发明了第一个声纳接收设备,作为探测冰山的一种方法。在第一次世界大战期间,对于声纳的兴趣开始提高,因为需要探测潜水艇。第一个声纳设备是被动式的接收设备----并没有发出信号。在1918年,英国和美国都建立了活化的系统,在活化系统中声纳信号能被发射和接收,声音传送系统是有声波放射和接收的声纳设备。声音传感器的发明和有效的声音发射使更先进的声纳形式成为可能。

声纳(Sonar)这个词是一个美国术语,第一次使用于第二次世界大战,它是声音(Sound)、导航
(Navigation)和搜索(Ranging)三个单词首字母缩写词。英国也称它为Sonar, ASDICS,代表反
潜艇探测研究委员会。后来,声纳的发展包括了回音探测器、深度探测、快速扫描声纳、单边扫描声纳
和WPESS (在脉冲扇扫描中)声纳。

潜艇声纳

 装备在潜艇上的各种声纳的统称。用于对水面舰艇、潜艇和其他水中目标进行搜索、识别、跟踪和水声通信等。核动力攻击潜艇装备的声纳种类繁多,性能优良,有的装备各种声纳达15部左右。核动力战略导弹潜艇和常规动力攻击潜艇装备声纳5~10部。
  潜艇声纳的种类与水面舰艇声纳基本相同,但在声纳配置、换能器布阵和战斗使用方式上,有自己的特点。现代潜艇大多按多站系统设计和配置各型声纳和水声测量设备。典型的潜艇声纳系统由警戒声纳、攻击声纳、探雷声纳、通信声纳、识别声纳、被动测距声纳、环境噪声记录分析仪、声速测量仪、声线轨迹仪和有关计算机设备等组成。有的系统还包括一部拖曳线列阵声纳。系统内各声纳之间可进行数据传递,有的几部声纳共用一个换能器基阵或某些信号处理部件,或共同配合完成一项任务。有的多站系统还配置集中显示和操纵的显控台。多站声纳系统的优点是信息综合性强,便于集中控制,各站功能互相配合。现代潜艇声纳的换能器基阵多采用贴镶式,布设在艇壳表面,如在艇首外壳布设马蹄形阵,或沿整个舷侧或耐压壳体上部布设线列阵。贴镶式基阵不破坏艇体线型,不占据艇内空间位置,能争取到较大的基阵尺寸,提高基阵性能。20世纪60年代开始,大批核动力潜艇已将有利于声纳工作的艇首空间用来安装大型换能器基阵,而把艇首鱼雷发射管移至基阵后两侧(见图)。为保持潜艇的隐蔽性,潜艇声纳系统在大多数情况下 ,以被动工作方式对水中目标进行警戒 、探测、跟踪、识别和定位。只是在鱼雷射击前,以主动方式对水中目标定位,为鱼雷武器射击指挥系统提供目标精确坐标数据。潜艇声纳系统还不断对所在海区的声传播条件和本艇噪声进行监测和分析,以便选择最佳的战术机动和声纳使用方式。
  现代潜艇声纳一般都能选择利用直达声、海底反射声和深海声道三种水声传播途径进行工作。在潜艇以低速航行时,潜艇声纳对舰艇最大探测距离的典型值(海里)如下表。
  第二次世界大战期间及其以前的潜艇声纳多采用单一换能器或简单基阵,通过机械旋转产生水平方向上的单波束扫描,只能对单个目标进行定位和跟踪。工作频率集中在20~30千赫,主动式发射功率不超过800瓦。信号处理限于简单的滤波和放大。对目标存在与类型的判断主要靠操作人员的听觉 、 视觉和经验。只能利用直达声传播途径,探测距离很近,主动式1~1.5海里,被动式2~3海里。测向精度1°~3°。主动测距精度约±1%,不能测定目标深度,没有被动测距的功能。
  第二次世界大战后声纳技术的发展,使现代潜艇声纳具有以下主要特点:采用低的工作频率,主动式工作频率的典型值为3~3.5千赫 ,被动式0.5~3千赫;加大发射功率,最高已达1兆瓦;加大换能器基阵尺寸,装在潜艇首部的大型球形阵直径已接近5米,贴镶在潜艇舷侧的线列阵长达60米左右,潜艇拖曳线列阵长度在百米以上;使用可作垂直波束扫描的换能器基阵,能选择利用三种传播途径;采用先进的信号处理技术,其中最重要的有多波束形成,时间压缩相关接收,分波束相关定向,高分辨力谱估计和线谱检测等;采用集成电路和微型组件,实现全数字化。70年代初以来,普遍采用数字计算机和微处理器,进行信号处理和全系统的控制和监视,使提取和综合信息的数量和质量大幅度提高,操纵控制和检修更为方便。在提高声纳的战术技术性能,使声纳具有多功能、高可靠性与可维修性等方面,都取得长足的进步。
  发展趋势:研制具有更高定位精度的被动测距声纳,以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要;继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳,实现超远程的被动探测和识别;研制更适合于浅海工作的潜艇声纳,特别是解决浅海水中目标识别问题;大力降低潜艇自噪声,改善潜艇声纳的工作环境。