声纳

声纳，又译声呐，是英文缩写SONAR的音译，其英文全称为“Sound Navigation And Ranging”（声音导航与测距），是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。声纳系统中使用的声音频率从非常低（次声波）到极高（超声波）。水下声音的研究被称为水下声学（英语：Underwater acoustics）或水声学（英语：Hydroacoustics）。“声纳”和“声呐”都是英文缩写词SONAR的音译。按《辞海》中词条所述，应写为“声呐”而非“声纳”。但与此相反的是，汉典等网站则只收录了“声纳”而未收录“声呐”。Google搜索亦显示简体中文和繁体中文网站上“声纳”的实际使用率皆远远多于“声呐”，包括中华人民共和国工业和信息化部等网站中亦使用“声纳”。作为一种声学探测设备，主动式声纳是在英国首先投入使用的，不过英国人把这种设备称为"ASDIC"（潜艇探测器），美国人称其为"SONAR"，后来英国人也接受了此叫法。由于电磁波在水中衰减的速率非常的高，无法做为侦测的讯号来源，以声波探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。无论是潜艇或者是水面船只，都利用这项技术的衍生系统，探测水底下的物体，或者是以其作为导航的依据。声纳系统可以大致上分为两类：主动与被动。“主动声纳”工作原理与雷达类似，会自己发出音响讯号，借由这个讯号接触物体后反射回来的变化，做为计算这个物体的相对方位与距离的资料（原理请参见“多普勒效应”）。“被动声纳”的作用和传统的水下听音装置“水听器”（Hydrophone）极为相近，不发出任何讯号，只接收来自于周遭的各种音频讯号来判断与识别不同的物体。传统上潜艇安装声纳的主要位置是在最前端的位置，由于现代潜艇非常依赖被动声纳的探测效果，巨大的收音装置不仅仅让潜艇的直径水涨船高，原先在这个位置上的鱼雷管也得让出位置而退到两旁去。其他安装在潜艇上的声纳型态还包括安装在艇身其他位置的被动声纳听音装置，利用不同位置收到的同一讯号，经过电脑处理和运算之后，就可以迅速的进行粗浅的定位，对于艇身较大的潜艇来说比较有利，因为测量的基线较长，准确度亦较高。另外一种声纳称为“拖曳声纳”，因为这种声纳装置在使用时，以缆线与潜艇连接，声纳的本体则远远的拖在潜艇的后面进行探测，拖曳声纳的使用大幅强化潜艇对于全方位与不同深度的侦测能力，尤其是潜艇的尾端。这是因为潜艇的尾端同时也是动力输出的部分，由于水流的声音的干扰，位于前方的声纳无法听到这个区域的讯号而形成一个盲区。使用拖曳声纳之后就能够消除这个盲区，找出躲在这个区域的目标。声纳技术至今已有超过100年历史，它是1906年由英国海军的李维斯·理察森（英语：Lewis Nixon (naval architect)）（Lewis Nixon）所发明。他发明的第一部声纳仪是一种被动式的聆听装置，主要用来侦测冰山??。这种技术，到第一次世界大战时开始被应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇，这些声纳只能被动听音，属于被动声纳，或者叫做“水听器”。在1915年，法国物理学家保罗·朗之万与俄国电气工程师Constantin Chilowski（法语：Constantin Chilowski）合作发明了第一部用于侦测潜艇的主动式声纳设备。尽管后来压电式变换器取代了他们一开始使用的静电变换器，但他们的工作成果仍然影响了未来的声纳设计。1916年，加拿大物理学家Robert Boyle承揽下一个属于英国发明研究协会的声纳项目，Robert Boyle在1917年年中制作出了一个用于测试的原始型号主动声纳，由于该项目很快就划归反潜/盟军潜艇侦测调查委员会（ASDIC，Anti/Ailled Submarine Detection Investigation Committee）管辖，此种主动声纳亦被称英国人称为“ASDIC”，为区别于SONAR的音译“声纳”，将ASDIC翻译为“潜艇探测器”。到1918年，英国和美国都生产出了成品。1920年英国在皇家海军HMS Antrim（英语：HMS Antrim）号上测试了他们仍称为"ASDIC"的声纳设备，1922年开始投产，1923年第六驱逐舰支队装备了拥有ASDIC的舰艇。1924年在波特兰成立了一所反潜学校——皇家海军Ospery号（HMS Osprey），并且设立了一支有四艘装备了潜艇探测器的舰艇的训练舰队。1931年美国研究出了类似的装置，称为SONAR（声纳）。20世纪末起俄罗斯海军专门将一艘杨基级K-403号改成了实验艇用于测试亚森级和北风之神级的声纳MGK-600系统。该声纳的发展也经历不少困难。在2006年和2007年，俄国防部两次要求对国产声纳和欧产声纳进行对比测试，都被俄海军拒绝。2009年7月2日，梅德韦杰夫视察尤里·多尔戈鲁基号时陪同的威茨基海军总司令提到了这个问题，梅德韦杰夫说“你去告诉他们，如果改进不了就买外国货”目标运动分析（英语：Target Motion Analysis）（Target Motion Analysis，简写TMA），是综合舰船所有探测器数据，对目标进行定位的方法。对于反潜作战非常重要。而潜艇为了自身的隐蔽，不能使用主动探测设备，被动声纳运动分析是唯一的目标定位方法。