一、什么是聲吶

聲吶全稱聲音導航與測距（SONAR），是利用聲波在水中傳播實現(xiàn)探測、定位、測距、成像的設備，被稱作海洋最核心的“耳目"。

電磁波在海水中衰減極快，雷達、無線電幾乎失效；但聲波在水下傳播損耗小、穿透性強，是深海遠距離探測高效載體。

二、核心工作原理

發(fā)射換能器將電信號轉化為高頻/低頻聲波向水中發(fā)射；聲波遇到海底、礁石、船舶、魚群、管線、水下結構后發(fā)生反射；接收換能器捕獲回波，通過計算聲波往返時間、強度、相位、多普勒頻移，解算目標距離、方位、外形、運動速度。

三、兩大分類：主動聲吶 & 被動聲吶

1. 主動聲吶（主動發(fā)射聲波，成像清晰，相當于手電筒）

自身發(fā)射聲波，靠回波成像測距，探測能力強，但容易暴露自身位置。

- 測深聲吶：單波束、多波束測深系統(tǒng)，繪制海底地形圖、航道掃海、跨海工程水深測量；

- 前視成像聲吶：渾濁水域替代攝像頭，ROV、潛水器避障、漁網(wǎng)/殘骸識別；

- 側掃聲吶：大面積海底地貌掃描，查找沉船、海纜、拋石、水下裂縫；

- 多普勒DVL：結合聲速測量載體相對海床速度，ROV、AUV強流環(huán)境定點懸停核心部件。

2. 被動聲吶（只聽不發(fā)射，相當于收音耳機）

不發(fā)射任何信號，僅接收船舶螺旋槳、發(fā)動機、海洋生物、水流產生的水下噪音，隱蔽性jiqiang。

多用于軍艦反潛、水下目標jianting、海洋環(huán)境噪聲監(jiān)測，無法直接測距，需陣列算法解算方位。

四、水聲技術的發(fā)展

水聲探測發(fā)展的重大推動發(fā)生在1912年，英國豪華大客輪“泰坦尼克"號在赴美首航途中撞冰山而沉沒。“冰海沉船"引起世界的注意，1914年第一臺回聲探測儀成功地在兩英里距離上探測到冰山。

到二十世紀中期，不但有回聲探測設備（主動式聲吶），還有靠收聽艦艇發(fā)出的噪聲進行探測的被動式聲吶、有裝在船殼上的大型聲吶，也有可以拖曳的拖曳聲吶。有直升機用的吊放式聲吶，固定翼飛機用的聲吶浮標。水下通信、導航都有很大的發(fā)展。與此同時，聲吶技術也在應用于海洋開發(fā)，出現(xiàn)了探測海深的測深儀和魚群探測儀。

半個世紀以來，陸續(xù)出現(xiàn)了數(shù)字化、計算機化、多功能的多種新型聲吶。在海洋探測中也出現(xiàn)了一次能測幾公里寬、上百個測點的多波束測深儀。高分辨力的合成孔徑聲吶和多普勒海流剖面儀也有很大進步。利用聲波傳播和散射情況反演各參數(shù)的方法不斷發(fā)展。

五、水聲在海洋開發(fā)中的應用

海水的溫度、鹽度分布、流場、海面波浪和海中的內波，對整個海洋的運動變化、海洋生物的情況以及地球氣候的影響都極大。要觀察海洋深處的流速和溫度就要使用聲學方法。

在海水流速測量中，使用多普勒流速剖面儀（ADCP），只要發(fā)一個脈沖，就可以馬上得到上百個深度的流速。使用聲學相關流速剖面儀（ACCP），可以通過接受反射回來的聲脈沖，與發(fā)射的脈沖信號求相關，可以測得更深處的海水流速。

海深的觀測是海上行動的基礎。使用多波束測深儀，在船航行時向下發(fā)出與航向垂直的扇形波束，發(fā)一個脈沖就可以得到一百多個深度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以直接得出海圖，比以前的海圖測點密度提高兩個數(shù)量級。用這種測深儀發(fā)現(xiàn)了不少新的海底山和海溝。

在船航行時，利用側掃聲吶，向舷側發(fā)出聲波，利用回波強弱就可以得出該地域的地貌聲圖。側掃聲吶發(fā)現(xiàn)了不少沉船、飛機殘骸、礁石等，泰坦尼克號沉船就是首先被側掃聲吶發(fā)現(xiàn)的。

不論筑海堤或在海中修筑石油平臺，都要對幾米至十幾米深的海底底質情況有所了解。使用淺地層剖面儀，可以垂直向海底發(fā)出低頻（幾百到幾千赫）聲波，再接收海底各分層界面反射回來的聲波，可以對淺地層有較好的了解。

深地層的探測對海底結構、板塊理論等有重要意義，對海洋油氣的探測也是重要的手段。為了探測更深的地層，要使用更低的頻率和更大的功率——如zhayao——作為聲源，在信號接收船后拖一條或幾條長達幾千米的中性電纜，電纜中裝有許多水聽器，接受由海底各分層反射回來的信號，經過復雜的信號處理，得出各層的剖面。

目前海中有許多工程設施，如海底電纜、海底輸油管線、海中平臺、水下儲油罐等設施。這些設備需要經常的觀測和檢查，以免造成污染和損失。為此研究人員研制了分辨能力很高的彩色成像聲吶，裝在水下機器人上，聲吶觀測到的圖像，用電纜傳到船上。

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