声呐技术的工作原理：声纳到底是个什么东西？(2)

(4) 浅地层剖面仪

是发射低频大功率脉冲信号，利用低频脉冲声波对海底松软土层具有穿透能力的特征，根据掠过各层介质的入射声波和回波的形状、性质来确定海底的反射系数，从而了解海底表层松软土层的层位厚度及大致层理性质。

03

在海流流速测量领域

现代声纳技术可以利用多普勒效应进行流速测定，这种声纳系统使用一对装在船底倾斜向下的指向性换能器，由海底回波中的多普勒频移可以得到舰船相对于海底的航速；另一方面，若将声纳固定在流动的海域中，它可以自动检测和记录海水的流动速度及方向。

04

在海洋渔业领域

探鱼仪是一种可用于发现鱼群的动向、鱼群所在地点、范围的声纳系统，利用它可以大大提高捕鱼的产量和效率；助鱼声纳设备可用于计数、诱鱼、捕鱼、或者跟踪尾随某条鱼等；海水养殖场已利用声学屏障防止鲨鱼的入侵，以及阻止龙虾鱼类的外逃。

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在水下声学定位领域

海洋中水下环境复杂恶劣，因此为水下作业设备进行准确的定位，对于掌握设备工作情况、回收海洋监测数据和设备具有非常重要的意义。水下声学定位技术出现时间早，发展速度快，如今已经广泛应用于海洋工程的各个方面，适用于潜标、海床基和水下深潜器等水下作业设备。由于潜标系统和海床基系统中集成安装了声学释放器，可完成定位作业中的测距工作，无需额外安装专门的水声通讯装置，因此此项技术在潜标和海床基的定位应用中具有先天的硬件优势。

对水下目标声源进行探测、搜寻和定位时，设置声基阵为目前应用最广泛的一种水下定位技术。根据作业系统定位基线的长度，可分为长基线阵 (LBL)、短基线阵 (SBL) 和超短基线阵 (SSBL/USBL)。主要由声学通讯装置及其甲板单元、船载测深仪、GPS和基于VB平台的水下目标定位测算软件等组成。

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在水声通信领域

水声通信是水面舰艇、潜艇间相互通信的重要手段，利用声纳系统在水下可代替导线的连接，使用声束来传递信息，实现舰艇之间的通信和交流。水声通信系统的工作原理是首先将文字、语音、图像等信息转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号。声信号通过水这一介质，将信息传递到接收换能器，这时声信号又转换为电信号，电接收机将信息再转换成变成声音、文字及图片。声音是由于震动而产生的，在海中我们要把通信信息传到远处，需是把空气换成是海水，在空气中、水中、固体中任意发射和接收不同频率、不同强度的声信号。

当潜艇处在潜航状态时，无线电和其它通信方式都将失效，唯一可能的通信方式就是水声通信。水声通信还用于水下深潜器的命令和数据传送，包括对水下机器人的状态控制和水下机器人的状态应答，对水下机器人的状态控制，水下采集系统的数据回送或深海目标图像的获取等。而在我国大陆架附近海域和远海域，组建可靠的、大范围的水声通信网，对于我国领海防御和未来海军远航作战必将起到重要的保障作用。

声学测深技术的未来发展

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单波束测深仪

在浅水区已达到厘米级以上的准确性，在市场上各种不同频率和脉冲速率的测深设备可以满足大多数用户。尽管随着测深新技术的不断发展，但是单波束回深测深仪至今仍然保留使用，当今这种传统仪器在全世界仍用于深度测量。单波束回深测深仪已由模拟记录发展为数字式记录，其精度和精确度已有极大提高，可以满足大部分海道测量要求。数字式测深仪、运动姿态传感器、卫星定位系统（如GPS 系统）及数据采集软件结合在一起可以极大地减少海洋测量人员数量，并极大地提高海洋测量效率。单波束测深仪未来将向系统高度集成化、智能化、小型化方向发展，其中双频单波束测深仪为航道适航水深的测量提供了可能，对发挥港口的潜在功能和指导回淤较大的疏浚区域测量具有现实意义。

02

侧扫声纳技术

在障碍物探测方面已达到很高的水平。目前尽管侧扫声纳技术的使用还受到较慢船速的限制（最大5～6 节），但是在港口和航道探测中，侧扫声纳技术在水下航行障碍物探测及水下小目标方面具有广泛的应用前景。未来的侧扫声纳技术将向图像镶嵌技术的完善、侧扫数据的三维可视化、系统分辨率的提高、高航速条件下图像的保真及海底底质声学特征要素提取的可靠性等方面进行进一步提高。

03

多波束测深技术

多波束测深技术实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越，其技术进步的意义十分突出，正在迅速发展，已经成为海底全覆盖测量的最为有效的工具。如果采用合理的工作方式，以及系统在探测航行障碍物中具有足够的分辨力，则该技术在准确性和全覆盖探测海底地形方面具有巨大的潜力。尽管多波束测深仪有令人印象深刻的功能，但对测量设计人员、操作人员和测量检查人员而言，尽可能多地掌握多波束测深仪的操作原理对测深数据的内插和评估都是至关重要的。未来的多波束测深设备将在采集数据密度的增强、系统分辨率的改善、覆盖范围的增大、测深精度的提高、海洋要素的形象表达及多功能一体化等方面进行进一步升级与改善。

04

合成孔径声呐技术

合成孔径声呐一种新型高分辨的水下二维成像声纳，其基本原理是利用小孔径基阵的移动，通过对不同位置接收信号的相关处理，来获得移动方向（方位方向）上大的合成孔径，从而得到方位方向的高分辨力。直观地说，距离越大，合成孔径长度就越长，合成阵的角分辨率就越高，从而抵消了距离增大的影响，保持了分辨力不变。该项技术国际上直到1992年才有所突破，并且出现了被动和主动两种工作方式的合成孔径声呐，1995年完成了实验样机，作用距离达到400m，分辫率达到10cm。

合成孔径声纳可以用于水下军事目标的探测和识别，最直接的应用就是进行沉底水雷和掩埋水雷的高分辨探测和识别，同时还可用于海底目标探测、水下考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有重要意义。国外合成孔径声呐目前的发展趋势是在信号处理方法的提高、目标识别图像分辨率的增强和作用深度的加大等方向进行进一步改善，是具有很好应用前景的海洋高新技术。

05

水下定位技术

水下定位技术将会向着适用范围更广、精度更高、更简单的方向发展。激光声遥感技术具有机动灵活、覆盖水域广的特点，尤其是一些舰船难以达到的地方其优势更加突出，但精度相对较低。而水声定位系统已经开发出了具有很高精度的技术，所以将激光声遥感技术同水声定位技术联合起来构成新的水下定位技术是今后的一个发展方向。可以预见，在不久的将来在较大范围的海域内搜索水下目标时，将会利用机载激光声遥感技术，在确定了水下目标的大致范围后再利用船载水声定位技术对其进行精确定位。

可以预见，未来声学测深技术会向功能高度集成、设备小型化方向发展，海底多种声学特性的一体化探测无疑也是未来发展的趋势，不仅可以避免声学设备异步异地测量造成的数据融合困难，而且联合一体化探测可为海洋勘测提供更为可靠的数据支撑，通过各类数据的综合分析，能够提高数据解释判断的可靠性，增加分析结论的科学性。

结束语

海洋环境要比陆地环境更为复杂、更为恶劣、更为多变。在海洋环境下作业将遇到盐雾、海水、高压、台风、大浪等恶劣环境的干扰，长时间工作的水下仪器设备还要受到海洋附着生物的污损，海上试验仪器设备还可能受到渔民的干扰。另外，海洋环境的多变性，也增加了海洋技术发展的难度。因此，对海洋环境的监测往往要求实时连续监测，以期能较为真实地反映海洋环境，这也增加了海洋观测技术发展的难度。

水声探测技术在海洋观测和水下目标探测中占有很重要的地位，是实现水下目标遥测的主要手段，但以前偏重于军事应用，高性能的声纳系统、隐身P反隐身、鱼雷水雷战备受关注。随着人类对海洋开发的日益重视和客观需求，大量军事应用水声技术转向民用，海洋声探测技术也得到了较快的发展。目前，国际上比较成熟或正在发展的海洋声探测技术主要是海流剖面测量技术、声成像技术、鱼群探测技术、声层析技术、声学多波束测深技术及声通讯技术等，总体水声技术向着高精度、智能化、多功能方向发展。

海洋开发和探测已被许多国家列为高技术项目之列，声纳技术将在未来的海洋工程中发挥更大的作用，也无疑会在军事海战场建设中凸显其重要地位与重大作用。