什么是远距离声呐？

到目前为止，声波还是唯一能在深海作远距离传输的能量形式。于是探测水下目标的技术——声呐技术便应运而生。
声呐示意图声呐就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。它是SONAR一词的“义音两顾”的译称（旧译为声纳），SONAR是SoundNavigationandRanging（声音导航测距）的缩写。
声呐技术至今已有100年历史，它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明。他发明的第一部声呐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被应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇。
目前，声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。
和许多科学技术的发展一样，社会的需要和科技的进步促进了声呐技术的发展。

频率较低的
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刚做这题

到现在为止，我们讨论的都是有效半径为若干千米的声呐。这些声呐通常都用于水下科学研究和捕鱼作业。但是对海军舰艇（最早的声呐就是用于海军舰艇的）来说，这样的距离分明太小了。在20世纪，当装备有核导弹的潜艇在辽阔的大洋中自由地航行的时侯，要发现它们，就需要有效半径为几百千米的声呐了。除了通常的技术问题（脉冲功率、接收装置的灵敏度等）外，在制造远距离声呐时，还必须解决一系列同海洋直接有关的问题。

其中最重要的几个问题，同作为介质的海洋的不均匀性，尤其是温度和压力变化引起的变化有关。例如，温度每升高1摄氏度，声速就增加2.7米/秒；深度每增加100米，由于压力的增加，声速就增加1.82米/秒。显然，温度和压力都是随着深度的变化而变化的，而这又引起声速的变化。因为速度变化时，声波被折射，所以远距离声呐的脉冲轨道就大大偏离直线。

在厚度达120米的海洋上层，由于海水被不断搅拌，温度实际上是均匀的（在深度上）。紧接上层的是温跃层，温度在其中急剧降低至0～2摄氏度。这一层下面温度又保持恒定而压力随深度而增加。在上层，声速由于压力增加而随深度逐渐增加。靠近上层下界和温跃层处，温度急剧变化（降低），以致声速相应地降低，比声速由于压力增加而来得快。在温度已经恒定的温跃层的下部地区，声速又由于压力的增加而增加。在上层，声束从直线轨迹向上挠曲。因此，强脉冲进入接收装置，这就保证了能清楚地“看”到位于上层水中的目标。声脉冲也可以进入温跃层。但是，由于这一层中的温度梯度是负的，所以声束的折射轨迹低于直线。因此，接收装置记录到的脉冲能量很小。对声脉冲传播影响最大的是上层海水的下界面。声速的突然变化，造成声脉冲传播方向的急剧变化：形成了声脉冲传不到的所谓“声影区”。上层厚度越小，声影区越大。在夏季好天气刮小风的情况下，上层厚度降低到1米时，在50米的深度就可以出现声影区。

潜艇很容易隐藏在这种地区，通常的声呐无法发现它们。有两种侦察这种影区的方法：第一种是把发射换能器装置在温跃层。那样一来，大部分声脉冲就在这一层传播，这就能发现位于远距离的目标。但是，使用这种声呐，必须有大功率的声源，因为由于受声波折射制约的声束拓宽，脉冲的强度就会降低。第二种方法是使用波长大于上层海水厚度的超低频声。对这种声波来说，海水就像是均匀介质。但遗憾的是，这又使我们回到了换能器体积的老问题上来了。要产生频率为10赫的任何定向声束，就得有直径为200米的换能器！

研制远距离声呐最有希望的方向是建立声发系统（用固定声道远距离测距的系统）。声发的工作原理是应用声速在温跃层下面达到最低值处传播的声波。在这一深度产生的声，由于折射的原因，总是沿与声速最小值相应的方向传播，形成一条天然的深水声道，可以起最好的波导的作用。这种非常有效的声通道确实存在。通常位于一定的深度，例如，在大西洋是1274米；在太平洋东北部是637米。通过一系列实验，研究了应用声发系统的可能性：利用安放在深海声道区的测声站，成功地“听到”了在很远距离外的爆炸声。这就使现在的声发系统能够发现水下发射导弹的位置。但是，声发系统在和平事业方面，也就是在远距离导航系统中利用的前景最灿烂。现在我们还无法判断这种声波导航系统的准确性，但是，拉蒙特地质实验室（在美国）的科学家，用声发在印度洋中把信号从百慕大群岛发到约20000千米以外距离的实验，证明了声发系统具有很大的潜力。