电磁波是空气中传播信息最重要的载体，例如，通信、广播、电视、雷达等。 但在水下，电磁波使用受限，因为海水是一种导电介质，向海洋空间辐射的电磁 波被海水介质本身所屏蔽，其绝大部分能量很快以涡流形式损耗，而且波长越短， 损失越大。光波本质上属于更高频率的电磁波，被海水吸收损失的能量更为严重， 而且光在水中的穿透能力有限。因此，它们在海水中均不能有效传递信息。
实验证明，在人们所熟知的各种辐射信号中，以声波在海水中的传播性能最 佳。声波在水中的传播速度远比在空气中快得多，平均速度约为1,500 米/秒（空 气中约为340 米/秒）。声波在水中传播的衰减亦相对较小，在深海声道中爆炸一 个炸弹，在两万公里外亦可以收到信号，低频的声波甚至可以穿透海底几千米的 地层。因此，无论潜艇或者水面船只均利用此项技术的衍生系统，探测水下物体 或作为导航依据。
1、声纳概述
声纳是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距（Sound Navigation And Ranging），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、定位和通讯任务的电子设备，是水声学中应用最广泛、 最重要的一种装置。
现代声纳的定义已经超出原有“声音导航与测距”的范畴，凡属于对水中目 标进行探测、定位、跟踪、识别、导航、制导、通信、测速和对抗等方面的水声 设备均属于军用声纳范围。军用声纳是各国海军进行水下监视使用的主要技术， 是海军所独有的装备之一，是作战舰艇、潜艇和反潜飞机实施反潜、反水雷、水 下警戒、观测、侦察和通信的重要装备。现在几乎所有的舰艇均装有不同形式的 声纳，以适应水下作战的需要。
水声信号是目前已知的唯一能够实现水下有效传输的信息载体，因此，必须 应用基于水声信号传输和处理的声纳装备，来完成水下目标探测、识别、通信、 导航和信息对抗。在武器装备领域，声纳作为海军最具特色的电子装备，是各类 舰艇、潜艇最重要的观通工具，现在所有的舰艇、潜艇均装备有不同类型的声纳，以适应水下作战的需要，同时也广泛应用于港口、岛礁水下防御、水下观通、水 下小目标探测等领域。除武器装备外，声纳亦可应用于船舶导航、海洋石油勘探、 陆地油井数据采集传输、水下作业、海洋地震海啸灾害预警、水下搜救、水文测 量、鱼群探测等民用领域，具有广阔的应用空间。简单的声纳装置及工作原理如 下：
2、声纳的结构
声纳系统主要包括干端（水上部分）和湿端（水下部分）两个组成部分。湿 端主要由水声换能器或换能器基阵组成，干端主要由信号源、发射设备、信号处 理平台、电源设备、显控单元等构成。基阵由水声换能器以一定几何图形排列组 合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列形，有接收基阵、发射基阵或 收发合一基阵之分。湿端系统还包括连接电缆、水下接线箱和增音机、与声纳基 阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装置，以 及声纳导流罩等其他辅助设备，干端系统一般有发射、接收、显示和控制等分系 统，其中信号处理平台为信息数据处理运算中心。
换能器是声纳中的重要器件，它是声能与其它形式的能如机械能、电能、磁 能等相互转换的装置。它有两个用途：一是在水下发射声波，称为“发射换能 器”，相当于空气中的扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相 当于空气中的传声器（俗称“听筒”）。换能器在实际使用时往往同时用于发射 和接收声波，专门用于接收的换能器又称为“水听器”。换能器的工作原理是利 用某些材料在电场或磁场的作用下发生伸缩的压电效应或磁致伸缩效应。简要声 纳系统内部结构参考示意如下：
影响声纳工作性能的因素除声纳本身的技术状况外，外界条件的影响很严 重。比较直接的因素有传播衰减、多路径效应、混响干扰、海洋噪声、自噪声、 目标反射特征或辐射噪声强度等，它们大多与海洋环境因素有关。例如，声波在 传播途中受海水介质不均匀分布和海面、海底的影响和制约，会产生折射、散射、 反射和干涉，会产生声线弯曲、信号起伏和畸变，造成传播途径的改变，以及出 现声影区，严重影响声纳的作用距离和测量精度。现代声纳根据海区声速——深 度变化形成的传播条件，可适当选择基阵工作深度和俯仰角，利用声波的不同传 播途径（直达声、海底反射声、会聚区、深海声道）来克服水声传播条件的不利 影响，提高声纳探测距离。又如，运载平台的自噪声主要与航速有关，航速越大 自噪声越大，声纳作用距离就越近，反之则越远；目标反射本领越大，被对方主 动声纳发现的距离就越远；目标辐射噪声强度越大，被对方被动声纳发现的距离 就越远。
3、声纳的分类
声纳系统的分类，按基本工作原理，可分为主动式声纳系统和被动式声纳系 统两大类。主动声纳，又称回声声纳，在水中主动发射声波，利用回波探测目标； 被动声纳，又称噪声声纳，被动地接收舰船等水中目标的辐射噪声和目标发射的 水声信号以探测目标。按装备对象，分为水面舰艇声纳、潜艇声纳、航空声纳、固定监视声纳和便携声纳。按战术用途，分为警戒声纳、攻击声纳、猎雷声纳、 侦察声纳、综合声纳、识别声纳等。按声纳基阵布置和携带方式，分为舰壳声纳、 拖曳声纳、吊放声纳、潜标声纳、浮标声纳、坐底(固定式)声纳和悬浮基阵式声 纳等。
4、声纳技术的应用领域
声纳技术至今已有一百多年历史，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被应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇。
近年来，随着科学技术的高速发展，人类对覆盖地球总面积70%的海洋的认 识逐渐深化，海洋因其经济上的巨大潜力和战略上的重要地位越来越被人们所重 视。人们利用声波在水下可以相对容易地传播及其在不同介质中传播的性质不 同，研制出了多种水下测量仪器、侦察工具和武器装备，即各种“声纳”设备。 声纳技术不仅在水下军事通信、导航和反潜作战中享有非常重要的地位，而且已 经成为人类认识、开发和利用海洋的重要手段。
在军事方面，声纳技术已成为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，进行水声通信和水下导航，实现水面 舰艇、潜艇间相互通信和交流，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，声纳技术还可用于鱼雷制导、水雷引信等方面。随着现 代声纳技术的发展和进步，新一代声纳具有更先进的探测性能和更远的探测距 离，一些高科技声纳还具有相当高的分辨率，能够识别蛙人和可疑水下航体。在 民用领域，声纳技术广泛应用于鱼群探测、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领域。
