低频声纳的发展概述

人类社会两次残酷的世界大战都发生在20世纪。一战期间为了对付德国人的潜艇攻击，各国海军考虑了许多方法探测水下潜艇。其中包括热、磁、电磁以及声的方法，只有声探测方法有效。从此，声信息进入了海战场最雏形的信息战。最早出现的声纳是达?芬奇管式的被动舰壳声纳和拖曳声纳，具有对目标的估距能力。为了适应武器设计高精度定位的需要，一战末期开发了主动回声测距声纳（战后投入使用），所用的电声换能器是朗之万式压电晶体换能器。声纳装备至今已有八十年以上的发展史。一战之后，各国加紧了声纳的研究进程。其中美、英等国重点发展主动声纳，德国则主要发展被动声纳。在此期间，对声纳设计有重要关系的传播介质的认识（主要是声速梯度）及假设检验与估计理论的应用提到了各国海军的议事日程之上。二战和战后冷战时期的迫切需求进一步促进了声纳装备的发展。美国人把水声与雷达、原子弹并列为三大发展计划。水声传播、噪音、混响、反射的理论和实验研究工作广泛展开，特别是在用计算机解声传播方程方面的研究成果解决了声纳系统设计的水声建模难题。包括主动辐射器和被动水听器在内的水下电声换能器技术取得长足的进步，大大促进了声纳装备的发展。在声纳开发的起步阶段先后研制成功了电晶体材料和磁致伸缩（利用电磁效应）材料的换能器，后来又开发了压电陶瓷材料的换能器，至今仍广泛使用。近年来又涌现出各种新材料和新概念，如新磁致伸缩材料（稀土－铁磁致伸缩等）、复合材料、压电聚合物、光纤水听器等。60年代末到70年代初诞生了全数字声纳处理系统。核潜艇的出现及其发射远程弹道导弹的能力，使得短距离主动声纳已不能满足探测潜艇的要求，各国海军转而发展被动声纳以保证远距离探测与识别水下目标。低频和大孔径成为这一时期研制远距离探测声纳的发展方向。各国海军先后研制成功了舰（艇）壳安装的共形阵和连续的舷侧阵列声纳、长拖曳线阵列声纳、低频大孔径被动声纳等。与此同时，舰载直升机/岸基巡逻机搜潜系统（包括被动浮标声纳和主动吊放声纳）和岸基被/主动声纳站也相继发展起来。由于声隐身技术的迅猛发展，核潜艇虽然产生的总能量可观，但只有极少的一部分以声能的形式向外辐射，使声纳探测面临严重挑战。为适应这种形势，人们又把部分注意力转向主动拖曳线阵列声纳为代表的低频主动声纳，特别是面向浅海工作的，对付更为安静的柴－电潜艇的低频主动声纳。