雷達(dá)原理與應(yīng)用

雷達(dá)與聲納的共性及差別是什么？雷達(dá)是利用無線電技術(shù)進(jìn)行偵察和測距的設(shè)備。它可以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并可決定其存在的距離及方向。雷達(dá)將無線電波送出，然后經(jīng)遠(yuǎn)距離目標(biāo)物的反射，而將此能量送回雷達(dá)的記發(fā)機(jī)。記發(fā)機(jī)與目標(biāo)物間的距離，可由無線電波傳雷達(dá)的目標(biāo)物，再由目標(biāo)物回到雷達(dá)所需的時間計(jì)算出。雷達(dá)的基本原理與無線電通訊系統(tǒng)的原理同時被人所發(fā)現(xiàn)。赫茲與馬可尼兩人都曾用超短波試驗(yàn)其反射情形，這也就是所謂雷達(dá)回波。赫茲用金屬平面及曲面證明，電波的反射完全合乎光的反射定律。同時赫茲度量脈沖的波長及頻率，并且計(jì)算其速度也發(fā)現(xiàn)與光相同，這也就是所謂的電磁輻射。雷達(dá)送出短暫的電波訊號的程序，稱為脈沖程序。雷達(dá)的基本作用原理有些相似于聲波的回聲。唯一與聲波測量距離的不同點(diǎn)，在于雷達(dá)系統(tǒng)具有一指示器，指示器中包含有一個與電視收像管相同的觀察管。此管可將雷達(dá)所發(fā)出的脈沖及回波，同時顯示于其標(biāo)有距離的基線上。還有其他指示器，使雷達(dá)借天線所搜索的資料，制成一個圖，從圖上立即可以定出目標(biāo)物的區(qū)域距離及方向。因?yàn)槔走_(dá)的作用完全是借電波的反射原理而成，所以必須用頻率在1000兆赫到10000兆赫的類光微波方行。雷達(dá)所發(fā)射的電波可借拋物血形的反射器，使其成為極度聚焦的波束，這就像探照燈所射出的光束一樣。此波束借旋轉(zhuǎn)天線及拋物體形反射器的精密控制，有系統(tǒng)地對空間進(jìn)行搜索。當(dāng)波束從目標(biāo)物反回來時，天線所指的方向，就表示目標(biāo)物對天線的水平方位角。以角度為單位所表示的水平方位角，通常都顯示于指示器上。為了決定目標(biāo)物與雷達(dá)間的距離，雷達(dá)的發(fā)射脈沖距接收到回波的時間，必須精確測定。因?yàn)槔走_(dá)電波在空中以每秒約30萬公里的光速進(jìn)行，因此在每微秒的時間內(nèi)，電波行進(jìn)約為300米。由于雷達(dá)脈沖必須從雷達(dá)行至目標(biāo)物，再由目標(biāo)物回到雷達(dá)，但目標(biāo)物距雷達(dá)的距離，為雷達(dá)脈沖總行程的一半。約為每微秒150米。此時間可利用電子束在陰極射線管的屏幕上，以直線掃描指示出。借電子束，以已知變動率（如以每微秒0.01米）作水平偏向，因此電子束打在螢光屏上所留的痕跡，就形成一個時間標(biāo)度，或直接用尺，來表示。如雷達(dá)天線送出一個1微秒長的脈沖，同時指示器的陰極射線管電子束在屏幕上，以每100微秒0.0254米的變動率開始掃描。再假設(shè)雷達(dá)脈沖在30000米的距離從一飛機(jī)反射回天線。當(dāng)1微秒長的脈沖離開天線的同時，在雷達(dá)指示器的左側(cè)也顯示出一個0.025厘米長的主脈沖（發(fā)射脈沖）。由天線發(fā)射的脈沖，到飛機(jī)進(jìn)行了30000米的距離，需時100微秒，然后反回天線也需100微秒。結(jié)果微弱的脈沖回波也顯示于指示器上，其與主脈沖之間有5厘米的距離，或指示為200微秒。由于脈沖本身有1微秒的長度，所以量度距離時，必須量度兩脈沖的前緣間距離。由于回波信號太弱，所以一個單一回波信號顯示于指示器，很難被發(fā)現(xiàn)。因此回波信號，必須于每秒內(nèi)，在指示器上重復(fù)顯示數(shù)次，顯示的方法是借電子束隨天線掃描的速率（通常天線以每分鐘15到20轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動）在指示器上掃描而得。雷達(dá)無論在平時及戰(zhàn)時，都已被廣泛的應(yīng)用。在二次世界大戰(zhàn)時使用雷達(dá)的目的，只是為了預(yù)知敵機(jī)的接近。用于預(yù)警網(wǎng)的預(yù)警雷達(dá)，預(yù)警雷達(dá)天線都是極大的轉(zhuǎn)動拋物血形反射天線，或靜止雙極矩陣天線。戰(zhàn)時雷達(dá)的應(yīng)用很快就被擴(kuò)展到地面攔截控制，以及高射炮和探照燈的方向控制等。這些所謂的射擊控制雷達(dá)不僅能察知敵機(jī)的所在，并能自動決定高射炮的發(fā)射方向及使其發(fā)射。由于雷達(dá)可度量其與目標(biāo)物間的距離，當(dāng)然也可以從飛機(jī)上測量距地面的垂直高度。常用的各種脈沖式雷達(dá)就可度量一架飛機(jī)的高度，供飛行員飛行的參考。然而對很低的高度（低于1000米），因距離太近，脈沖式雷達(dá)的回波有與其發(fā)射出的主脈沖合并的趨勢。因此大多數(shù)雷達(dá)測高儀都不用脈沖輸出，而用等幅調(diào)頻電波。雷達(dá)測高儀的發(fā)射天線，送出一垂直無線電波束，此電波的頻率連續(xù)不斷的變化。當(dāng)信號離開發(fā)射天線的瞬間，其信號的頻率為某一頻率。然后當(dāng)信號由地反射回到測高儀的接收天線后，因接收機(jī)內(nèi)有一相位鑒別器（或簡稱為鑒相器），鑒相器可將接收到的回波，與正在發(fā)射出的信號頻率（或相角）作一比較。因?yàn)楫?dāng)回波回到接收天線，已經(jīng)過了一段時間，當(dāng)然此時發(fā)射天線所發(fā)信號的頻率，也已改變。利用已知每秒周數(shù)的頻率偏差，就可決定出電波由發(fā)射天線到地，在回到接收天線的時間，因此可計(jì)算出飛機(jī)距地的高度。關(guān)于電波往來所需的時間與相應(yīng)的高度，事先已經(jīng)算出，并直接標(biāo)示在指示器上，所以可以直接從指示器上讀出飛機(jī)的高度數(shù)值。除此之外，雷達(dá)還可以用在飛機(jī)和船舶的導(dǎo)航，作為某一城市、機(jī)場，高山或某一特定點(diǎn)的辨別符號用的雷達(dá)指標(biāo)，都已事先標(biāo)示于航行圖上。聲納的組成和工作原理聲納是利用水聲傳播特性對水中目標(biāo)進(jìn)行傳感探測的技術(shù)設(shè)備,用于搜索、測定、識別和跟蹤潛艇和其他水中目標(biāo)，進(jìn)行水聲對抗,水下戰(zhàn)術(shù)通信、導(dǎo)航和武器制導(dǎo)、保障艦艇、反潛飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動和水中武器的使用等。聲納的工作原理是回聲探測法。這個方法是在第一次世界大戰(zhàn)期間研究出來的。用送入水中的聲脈沖探測目標(biāo),聲脈沖碰到目標(biāo)就反射回來，返回聲源（有所減弱）后被記錄下來。如果知道脈沖的往返時間，并且知道超聲在水中的傳播的速度，就可以很精確地測定出目標(biāo)的距離。這當(dāng)然是很有價值的，尤其是在軍事上。根據(jù)海洋聲學(xué)的歷史記載，意大利物理學(xué)家達(dá)?芬奇曾于1490年寫過這樣一段話：“如果使船停航，把一根長管的一端插入水中，而另一端貼緊耳朵，則能聽到遠(yuǎn)處的航船?！边@實(shí)際上是水下被動式聲納設(shè)備的雛形。聲納按其工作方式可分為被動式聲納和主動式聲納，現(xiàn)在的綜合聲納兼有以上兩種形式。被動式聲納又稱為噪聲聲納，主要由換能器基陣（由若干個換能器按照一定規(guī)律排列組織組合而成）、接火機(jī)、顯示控制臺和電源等組成。當(dāng)水中、水面目標(biāo)（潛艇、魚雷、水面艦艇等）在航行中，其推進(jìn)器和其他機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲，通過海水介質(zhì)傳播到聲納換能器基陣時，基陣將聲波轉(zhuǎn)換成電信號傳送給接收機(jī)，經(jīng)放大處理傳送到顯示控制臺進(jìn)行顯示和提供聽測定向。被動式聲納主要搜索來自目標(biāo)的聲波，其特點(diǎn)是隱蔽性、保密性好，識別目標(biāo)能力強(qiáng)，偵察距離遠(yuǎn),但不能偵察靜止無聲的目標(biāo)，也不能測出目標(biāo)距離。主動式聲納又稱回聲聲納，主要由換能器基陣、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、收發(fā)轉(zhuǎn)換裝置、終端顯示設(shè)備、系統(tǒng)控制設(shè)備和電源組成。在系統(tǒng)控制設(shè)備的控制下，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生以某種形式調(diào)制的電信號，經(jīng)過發(fā)射換能器變成聲信號發(fā)送出去當(dāng)聲波信號在傳播途中遇到目標(biāo)時，一部分聲能被反射回接收換能器再轉(zhuǎn)換成電信號，送入接收機(jī)進(jìn)行放大處理，根據(jù)聲信號反射回來的時間和頻率的高低來判斷目標(biāo)的方位、距離和速度，在終端顯示設(shè)備上顯示出來。主動聲納可以探測靜止無聲的目標(biāo)，并能測出其方位和距離。但主動發(fā)射聲信號容易被敵方偵聽而暴露自己，且探測距離短。聲納由發(fā)射機(jī)、換能器、接收機(jī)、顯示器、定時器、控制器等主要部件構(gòu)成。發(fā)射機(jī)制造電信號，經(jīng)過換能器（一般用壓電晶體），把電信號變成聲音信號向水中發(fā)射。聲信號在水中傳遞時，如果遇到潛艇、水雷、魚群等目標(biāo)，就會被反射回來，反射回的聲波被換能器接收，又變成電信號，經(jīng)放大處理，在熒光屏上顯示或在耳機(jī)中變成聲音。根據(jù)信號往返時間可以確定目標(biāo)的距離，根據(jù)聲調(diào)的高低等情況可以判斷目標(biāo)的性質(zhì)。例如，目標(biāo)是潛艇，潛艇是鋼質(zhì)外殼，回聲不僅清晰，而且還有拖長的回鳴；魚群的回聲則低沉而混亂。目標(biāo)如果是運(yùn)動的，那么由于“多普勒效應(yīng)”，回聲的音調(diào)應(yīng)有所變化：音調(diào)不斷變高，說明目標(biāo)正向他們靠攏；音調(diào)不斷變低，說明目標(biāo)離我們遠(yuǎn)去了……聲納可分為兩大類：主動聲納和被動聲納。前者像雷達(dá)一樣，不停地向外發(fā)射聲信號，根據(jù)回波判斷目標(biāo)性質(zhì)。后者不主動發(fā)射信號，只接收目標(biāo)自己輻射的聲音信號。被動聲納因?yàn)椴话l(fā)射信號，所以不易被敵人發(fā)現(xiàn)，主要用于隱蔽偵察?，F(xiàn)代的綜合聲納兼有以上兩種工作方式。早期潛艇依靠潛望鏡進(jìn)行觀察。但潛望鏡只能觀察水面上的目標(biāo)，對水下目標(biāo)則無能為力，所以，早期潛艇的事故率很高，經(jīng)常在水下撞上暗礁、水雷和別的潛艇。在第二次大戰(zhàn)期間，沉沒的德國潛艇有100多艘。現(xiàn)代潛艇裝有多種聲納。例如美國的一種潛艇，裝備不同用途的聲納有15種之多。艇上的聲納偵察儀可截獲和偷聽敵人的聲納信號；敵我識別聲納，專門用對口令的辦法判斷敵我；通信聲納則用來和自己的艦艇通信；有的聲納負(fù)責(zé)導(dǎo)航、測距、警戒、探雷、測地貌等等。有趣的是，潛艇的克星也是聲納。在海中，只有靠聲納才能發(fā)現(xiàn)潛艇，因而存在著潛艇聲納與反潛聲納的對抗。許多國家在軍港附近的海區(qū)、重要的海峽、主要的航道等處都安裝了龐大的聲納換能器基陣，靠岸上的電子計(jì)算機(jī)控制海底的數(shù)以千計(jì)的換能器。一旦潛艇來犯，便可及時發(fā)現(xiàn)。這種防潛預(yù)警系統(tǒng)早在1952年就已建成，現(xiàn)已發(fā)展到第五代。其警戒范圍可達(dá)幾百公里。在大西洋的亞速爾群島以北，有一個叫“阿發(fā)”的水下監(jiān)視系統(tǒng)。它的換能器安裝在幾個水下塔臺上，排布成三角形，每邊長約35公里。這種系統(tǒng)能監(jiān)聽進(jìn)出直布羅陀海峽的所有潛艇，并能用三角定位法確定潛艇位置。除了這種固定的警戒聲納外，探測潛艇還可以用機(jī)載聲納進(jìn)行。一架直升機(jī)垂下一根100多米長的電纜，電纜下吊著一部聲納。通過機(jī)身的下降或上升，聲納在海水中的深度也隨之變化。飛機(jī)在海面上飛行時，便可拖著聲納進(jìn)行大面積探測。據(jù)國外報(bào)道，這種聲納每小時可以搜索海面1000平方公里。新型航空聲納是“無線”式的，不需要用電纜和飛機(jī)連接。它只有10公斤，反潛飛機(jī)將它們投到預(yù)定海域內(nèi)，它們便可漂浮于海上。反潛飛機(jī)可以同時投放許多這種漂浮聲納。聲納著水后，其天線伸出水面，水聽器沉入水中。水聽器把在海底收到的聲信號變成電信號，通過天線發(fā)射出去。反潛飛機(jī)根據(jù)收到的信號可以判斷潛艇的位置?，F(xiàn)代水雷也多采用聲納作引信。有一種先進(jìn)的自動水雷，依靠聲納作自導(dǎo)裝置。當(dāng)潛艇從附近經(jīng)過時可以“自動起飛”，搜索并最后擊中目標(biāo)。雷達(dá)radar利用微波波段電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備。雷達(dá)是英文radar的音譯，意為無線電檢測和測距。雷達(dá)概念形成于20世紀(jì)初，在第二次世界大戰(zhàn)前后獲得飛速發(fā)展。雷達(dá)的工作原理，是設(shè)備的發(fā)射機(jī)通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息（目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等）。雷達(dá)分為連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)兩大類。脈沖雷達(dá)因容易實(shí)現(xiàn)精確測距，且接收回波是在發(fā)射脈沖休止期內(nèi)，所以接收天線和發(fā)射天線可用同一副天線，因而在雷達(dá)發(fā)展中居主要地位。測量距離實(shí)際是測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成目標(biāo)的精確距離。目標(biāo)方位是利用天線的尖銳方位波束測量。仰角靠窄的仰角波束測量。根據(jù)仰角和距離就能計(jì)算出目標(biāo)高度。當(dāng)雷達(dá)和目標(biāo)之間有相對運(yùn)動時，雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率。當(dāng)目標(biāo)與干擾雜波同時存在于雷達(dá)的同一空間分辨單元內(nèi)時，雷達(dá)利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標(biāo)。雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是白天黑夜均能探測遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點(diǎn)，并有一定的穿透能力。因此，它不僅成為軍事上必不可少的電子裝備，而且廣泛應(yīng)用于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展（如氣象預(yù)報(bào)、資源探測、環(huán)境監(jiān)測等）和科學(xué)研究（天體研究、大氣物理、電離層結(jié)構(gòu)研究等）。星載和機(jī)載合成孔徑雷達(dá)已經(jīng)成為當(dāng)今遙感中十分重要的傳感器。其空間分辨力可達(dá)幾米到幾十米，且與距離無關(guān)。雷達(dá)在洪水監(jiān)測、海冰監(jiān)測、土壤濕度調(diào)查、森林資源清查、地質(zhì)調(diào)查等方面顯示了很好的應(yīng)用潛力。雷達(dá)和聲納有什么區(qū)別？雷達(dá)所起的作用和眼睛相似，當(dāng)然，它不再是大自然的杰作，同時，它的信息載體是無線電波。事實(shí)上，不論是可見光或是無線電波，在本質(zhì)上是同一種東西，都是電磁波，傳播的速度都是光速C,差別在于它們各自占據(jù)的波段不同。其原理是雷達(dá)設(shè)備的發(fā)射機(jī)通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息（目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等）。測量距離實(shí)際是測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成目標(biāo)的精確距離。測量目標(biāo)方位是利用天線的尖銳方位波束測量。測量仰角靠窄的仰角波束測量。根據(jù)仰角和距離就能計(jì)算出目標(biāo)高度。測量速度是雷達(dá)根據(jù)自身和目標(biāo)之間有相對運(yùn)動產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)原理。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率。當(dāng)目標(biāo)與干擾雜波同時存在于雷達(dá)的同一空間分辨單元內(nèi)時，雷達(dá)利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標(biāo)。聲波是觀察和測量的重要手段。有趣的是，英文“sound”一詞作為名詞是“聲”的意思，作為動詞就有“探測”的意思，可見聲與探測關(guān)系之緊密。在水中進(jìn)行觀察和測量，具有得天獨(dú)厚條件的只有聲波。這是由于其他探測手段的作用距離都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內(nèi)的物體；電磁波在水中也衰減太快，而且波長越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。然而，聲波在水中傳播的衰減就小得多，在深海聲道中爆炸一個幾公斤的炸彈，在兩萬公里外還可以收到信號，低頻的聲波還可以穿透海底幾千米的地層，并且得到地層中的信息。在水中進(jìn)行測量和觀察，至今還沒有發(fā)現(xiàn)比聲波更有效的手段。聲納與雷達(dá)如何進(jìn)行敵我識別？聲納的最基本原理水聲設(shè)備水聲設(shè)備是根據(jù)聲波可以在水中以一定的速度（海水1500米/秒；淡水1400米/秒）傳播較遠(yuǎn)距離，而且傳播時遇到目標(biāo)后會反射回來的原理進(jìn)行工作的。最常見的水聲導(dǎo)航、通訊設(shè)備有：回聲側(cè)深儀、各種類型的聲納等。聲納是現(xiàn)代大型水面艦艇及潛艇上不可缺少的電子設(shè)備之一。聲納的主要功能是：搜索和跟蹤水下目標(biāo)（潛艇、水雷），對目標(biāo)進(jìn)行敵我識別，測定水下目標(biāo)的運(yùn)動要素，以供反潛武器射擊指揮用。其次是水下通訊，探測水雷，探測水下情況保障本艦安全航行。潛艇最大的特點(diǎn)是它的隱蔽性，作戰(zhàn)時需要長時間在水下潛航，這就決定它不能浮出水面使用雷達(dá)觀察，而只能依靠聲納進(jìn)行探測，所以聲納在潛艇上的重要性更為突出，被稱為潛艇的“耳目”。聲納的工作原理與雷達(dá)相同，可以說是工作在音頻或超音頻頻率上的雷達(dá)。聲納站的各個組成部分與雷達(dá)站的組成極其相似。由于聲納工作在超音頻頻率范圍內(nèi)，它輻射信號的方法與雷達(dá)不同，雷達(dá)采用金屬制成的拋物面天線，而聲納采用水聲換能器。水生換能器是利用晶體（石英或酒石酸鉀鈉）壓電陶瓷（鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)或鐵鎳合金的磁致伸縮效應(yīng)來進(jìn)行工作的。所謂壓電效應(yīng)，就是把晶體按一定方向切成薄片，并在晶體薄片上施加壓力，在它的兩端面上會分別產(chǎn)生正電荷和負(fù)電荷。反之在晶體博片上施加拉伸力時，它的兩個端面上就會產(chǎn)生與加壓力時相反的電荷。與壓電效應(yīng)相反時電致伸縮效應(yīng)，即在晶體的兩個端面上施加交變電壓，晶體就會產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械變形。我們利用電致伸縮效應(yīng)和壓電效應(yīng)來產(chǎn)生和接收超聲波。聲納發(fā)射超聲波時就把超聲波振蕩電壓加在晶體薄片的兩個端面上。于是晶體的厚度就會隨著超聲波振蕩電壓而變化，產(chǎn)生超聲波震動。晶體震動推動周圍的水就產(chǎn)生的超聲波的輻射。超聲波傳播時遇到目標(biāo)便產(chǎn)生反射。回波作用在水聲換能器的晶體上，由于壓電效應(yīng)水聲換能器的兩個端面上便可能得到電信號。與雷達(dá)天線一樣，水聲換能器不但要發(fā)射和接收超聲波信號，而且要有尖銳的方向性，只有這樣才能測定目標(biāo)的方位。聲納設(shè)備是利用很多壓電晶體組成換能器陣來獲得尖銳的方向性的。因此聲吶的水聲換能器體積較大，一般都安裝在艦船艏部的水下部分。聲納的工作過程可敘述入下：在發(fā)射控制器的控制下，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生大功率超聲波脈沖振蕩，經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換裝置由水聲換能器向某一個方向發(fā)射超聲波。在這個方向上，超聲波遇到目標(biāo)便反射回來，由水聲換能器接收，變成電信號。再經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換裝置送到接收機(jī)放大，最后送到顯示器顯示目標(biāo)的方向和距離。從工作過程看，發(fā)射超聲波時發(fā)射機(jī)工作，接收器不必工作；發(fā)射結(jié)束后，接收機(jī)應(yīng)立即工作，以便接收由最近目標(biāo)和最遠(yuǎn)目標(biāo)反射回來的超聲波。顯然發(fā)射機(jī)和接收機(jī)時交替工作的。因此利用收發(fā)轉(zhuǎn)換裝置可以使接收機(jī)和發(fā)射機(jī)合用一個造價昂貴的水聲換能器。以上述方式，即聲吶發(fā)射信號，然后接收由目標(biāo)反射回來的信號工作的稱為主動式聲吶。另外，還有一種被動工作方式，即只接收目標(biāo)本身發(fā)出的噪聲（如螺旋槳所發(fā)出的聲音等）來判別目標(biāo)的方向，又稱為噪音側(cè)向聲納。這種聲納不因發(fā)射聲波而被地方捕獲，所以被動工作方式對提高潛艇的隱蔽性有著特殊的意義。聲納的最基本原理水聲設(shè)備水聲設(shè)備是根據(jù)聲波可以在水中以一定的速度（海水1500米/秒；淡水1400米/秒）傳播較遠(yuǎn)距離，而且傳播時遇到目標(biāo)后會反射回來的原理進(jìn)行工作的。最常見的水聲導(dǎo)航、通訊設(shè)備有：回聲側(cè)深儀、各種類型的聲納等。聲納是現(xiàn)代大型水面艦艇及潛艇上不可缺少的電子設(shè)備之一。聲納的主要功能是：搜索和跟蹤水下目標(biāo)（潛艇、水雷），對目標(biāo)進(jìn)行敵我識別，測定水下目標(biāo)的運(yùn)動要素，以供反潛武器射擊指揮用。其次是水下通訊，探測水雷，探測水下情況保障本艦安全航行。潛艇最大的特點(diǎn)是它的隱蔽性，作戰(zhàn)時需要長時間在水下潛航，這就決定它不能浮出水面使用雷達(dá)觀察，而只能依靠聲納進(jìn)行探測，所以聲納在潛艇上的重要性更為突出，被稱為潛艇的“耳目”。聲納的工作原理與雷達(dá)相同，可以說是工作在音頻或超音頻頻率上的雷達(dá)。聲納站的各個組成部分與雷達(dá)站的組成極其相似。由于聲納工作在超音頻頻率范圍內(nèi)，它輻射信號的方法與雷達(dá)不同，雷達(dá)采用金屬制成的拋物面天線，而聲納采用水聲換能器。水生換能器是利用晶體（石英或酒石酸鉀鈉）壓電陶瓷（鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)或鐵鎳合金的磁致伸縮效應(yīng)來進(jìn)行工作的。所謂壓電效應(yīng)，就是把晶體按一定方向切成薄片，并在晶體薄片上施加壓力，在它的兩端面上會分別產(chǎn)生正電荷和負(fù)電荷。反之在晶體博片上施加拉伸力時，它的兩個端面上就會產(chǎn)生與加壓力時相反的電荷。與壓電效應(yīng)相反時電致伸縮效應(yīng)，即在晶體的兩個端面上施加交變電壓，晶體就會產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械變形。我們利用電致伸縮效應(yīng)和壓電效應(yīng)來產(chǎn)生和接收超聲波。聲納發(fā)射超聲波時就把超聲波振蕩電壓加在晶體薄片的兩個端面上。于是晶體的厚度就會隨著超聲波振蕩電壓而變化，產(chǎn)生超聲波震動。晶體震動推動周圍的水就產(chǎn)生的超聲波的輻射。超聲波傳播時遇到目標(biāo)便產(chǎn)生反射?；夭ㄗ饔迷谒晸Q能器的晶體上，由于壓電效應(yīng)水聲換能器的兩個端面上便可能得到電信號。與雷達(dá)天線一樣，水聲換能器不但要發(fā)射和接收超聲波信號，而且要有尖銳的方向性，只有這樣才能測定目標(biāo)的方位。聲納設(shè)備是利用很多壓電晶體組成換能器陣來獲得尖銳的方向性的。因此聲吶的水聲換能器體積較大，一般都安裝在艦船艏部的水下部分。聲納的工作過程可敘述如下：在發(fā)射控制器的控制下，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生大功率超聲波脈沖振蕩，經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換裝置由水聲換能器向某一個方向發(fā)射超聲波。在這個方向上，超聲波遇到目標(biāo)便反射回來，由水聲換能器接收，變成電信號。再經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換裝置送到接收機(jī)放大，最后送到顯示器顯示目標(biāo)的方向和距離。從工作過程看，發(fā)射超聲波時發(fā)射機(jī)工作，接收器不必工作；發(fā)射結(jié)束后，接收機(jī)應(yīng)立即工作，以便接收由最近目標(biāo)和最遠(yuǎn)目標(biāo)反射回來的超聲波。顯然發(fā)射機(jī)和接收機(jī)時交替工作的。因此利用收發(fā)轉(zhuǎn)換裝置可以使接收機(jī)和發(fā)射機(jī)合用一個造價昂貴的水聲換能器。以上述方式，即聲吶發(fā)射信號，然后接收由目標(biāo)反射回來的信號工作的稱為主動式聲吶。另外，還有一種被動工作方式，即只接收目標(biāo)本身發(fā)出的噪聲（如螺旋槳所發(fā)出的聲音等）來判別目標(biāo)的方向，又稱為噪音側(cè)向聲納。這種聲納不因發(fā)射聲波而被地方捕獲，所以被動工作方式對提高潛艇的隱蔽性有著特殊的意義。什么叫聲納？它有什作用和危害？水下探測使用“聲納”，這是一種利用聲音進(jìn)行偵察的工具。聲納由發(fā)射機(jī)、換能器、接收機(jī)、顯示器、定時器、控制器等主要部件構(gòu)成。發(fā)射機(jī)制造電信號，經(jīng)過換能器（一般用壓電晶體），把電信號變成聲音信號向水中發(fā)射。聲信號在水中傳遞時，如果遇到潛艇、水雷、魚群等目標(biāo)，就會被反射回來，反射回的聲波被換能器接收，又變成電信號，經(jīng)放大處理，在熒光屏上顯示或在耳機(jī)中變成聲音。根據(jù)信號往返時間可以確定目標(biāo)的距離，根據(jù)聲調(diào)的高低等情況可以判斷目標(biāo)的性質(zhì)。例如，目標(biāo)是潛艇，潛艇是鋼質(zhì)外殼，回聲不僅清晰，而且還有拖長的回鳴；魚群的回聲則低沉而混亂。目標(biāo)如果是運(yùn)動的，那么由于“多普勒效應(yīng)”，回聲的音調(diào)應(yīng)有所變化：音調(diào)不斷變高，說明目標(biāo)正向他們靠攏；音調(diào)不斷變低，說明目標(biāo)離我們遠(yuǎn)去了……聲納可分為兩大類：主動聲納和被動聲納。前者像雷達(dá)一樣，不停地向外發(fā)射聲信號，根據(jù)回波判斷目標(biāo)性質(zhì)。后者不主動發(fā)射信號，只接收目標(biāo)自己輻射的聲音信號。被動聲納因?yàn)椴话l(fā)射信號，所以不易被敵人發(fā)現(xiàn)，主要用于隱蔽偵察?，F(xiàn)代的綜合聲納兼有以上兩種工作方式。早期潛艇依靠潛望鏡進(jìn)行觀察。但潛望鏡只能觀察水面上的目標(biāo)，對水下目標(biāo)則無能為力，所以，早期潛艇的事故率很高，經(jīng)常在水下撞上暗礁、水雷和別的潛艇。在第二次大戰(zhàn)期間，沉沒的德國潛艇有100多艘?，F(xiàn)代潛艇裝有多種聲納。例如美國的一種潛艇，裝備不同用途的聲納有15種之多。艇上的聲納偵察儀可截獲和偷聽敵人的聲納信號；敵我識別聲納，專門用對口令的辦法判斷敵我；通信聲納則用來和自己的艦艇通信；有的聲納負(fù)責(zé)導(dǎo)航、測距、警戒、探雷、測地貌等等。有趣的是，潛艇的克星也是聲納。在海中，只有靠聲納才能發(fā)現(xiàn)潛艇，因而存在著潛艇聲納與反潛聲納的對抗。許多國家在軍港附近的海區(qū)、重要的海峽、主要的航道等處都安裝了龐大的聲納換能器基陣，靠岸上的電子計(jì)算機(jī)控制海底的數(shù)以千計(jì)的換能器。一旦潛艇來犯，便可及時發(fā)現(xiàn)。這種防潛預(yù)警系統(tǒng)早在1952年就已建成，現(xiàn)已發(fā)展到第五代。其警戒范圍可達(dá)幾百公里。在大西洋的亞速爾群島以北，有一個叫“阿發(fā)”的水下監(jiān)視系統(tǒng)。它的換能器安裝在幾個水下塔臺上，排布成三角形，每邊長約35公里。這種系統(tǒng)能監(jiān)聽進(jìn)出直布羅陀海峽的所有潛艇，并能用三角定位法確定潛艇位置。除了這種固定的警戒聲納外，探測潛艇還可以用機(jī)載聲納進(jìn)行。一架直升機(jī)垂下一根100多米長的電纜，電纜下吊著一部聲納。通過機(jī)身的下降或上升，聲納在海水中的深度也隨之變化。飛機(jī)在海面上飛行時，便可拖著聲納進(jìn)行大面積探測。據(jù)國外報(bào)道，這種聲納每小時可以搜索海面1000平方公里。新型航空聲納是“無線”式的，不需要用電纜和飛機(jī)連接。它只有10公斤，反潛飛機(jī)將它們投到預(yù)定海域內(nèi)，它們便可漂浮于海上。反潛飛機(jī)可以同時投放許多這種漂浮聲納。聲納著水后，其天線伸出水面，水聽器沉入水中。水聽器把在海底收到的聲信號變成電信號，通過天線發(fā)射出去。反潛飛機(jī)根據(jù)收到的信號可以判斷潛艇的位置?，F(xiàn)代水雷也多采用聲納作引信。有一種先進(jìn)的自動水雷，依靠聲納作自導(dǎo)裝置。當(dāng)潛艇從附近經(jīng)過時可以“自動起飛”，搜索并最后擊中目標(biāo)。倒車?yán)走_(dá)的工作原理：倒車?yán)走_(dá)的主要作用是在倒車時，利用超聲波原理，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波撞擊障礙物后反射此聲波探頭，從而計(jì)算出車體與障礙物之間的實(shí)際距離，再提示給駕駛者，使停車和倒車更容易、更安全。倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的組成：1.主機(jī)2.顯示器3.探頭2?8個倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品使用發(fā)射和接收一體化超聲波探頭，采用單片機(jī)控制超聲波發(fā)射，發(fā)射的超聲波遇到障礙物反射，探頭接收反射的超聲波送入放大電路進(jìn)行放大，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后送顯示器顯示障礙物距離和方位。超聲波探頭利用壓電陶瓷作為換能器件實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。給探頭壓電陶瓷片施加一定的超音頻電信號