聲納原理：
聲納（sonar）是利用聲波在水下的傳播和反射特性，通過電聲轉換和信息處理，完成水下測量距離、探測動態和通訊任務的電子設備。作為水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置，聲納分為主動式和被動式兩種類型。聲納原是英文詞「sonar」的譯名採用「聲吶」，中華人民共和國的名詞審定委員會也正式公佈了這個規範名稱。
聲納原理
聲納原理是指利用聲音的傳播特性，進行物體檢測、測距和成像的一種技術。它利用聲波在媒質中的傳播速度和反射、折射的原理，通過對回聲信號的接收和分析，來獲取物體的距離、形狀等信息。
這種技術在許多領域都有廣泛的應用。在海洋中，聲納原理被用於聲納聲束的形成，以檢測和追蹤潛艇等水下目標。在醫學領域，聲納原理被應用於超聲波檢查，用於檢測人體內部器官的病變。在工業領域，聲納原理可用於非破壞性檢測，檢測材料的缺陷和質量。此外，聲納原理還可以應用於地震勘探、無人機導航、温度和壓力檢測等領域。
聲納原理的基本原理是發射聲波信號，並接收返回的回聲信號。聲波信號通過介質中的傳播，遇到物體後會發生反射、折射、散射等現象，回到發射源或接收器。根據回聲信號的時間差、強度和頻率等信息，我們可以推斷出目標物體的位置、形狀、材料等屬性。
聲納原理的優勢在於它能夠在不可見或不可觸及的場景中進行檢測和成像。相比於光學成像技術，聲納成像技術可以穿透固體和液體介質，並對其內部進行探測。此外，聲波的傳播速度相對較慢，信號的傳播距離相對較短，使得聲納原理適用於近距離的檢測應用場景。
總之，聲納原理是一種利用聲音進行檢測、測距和成像的技術。它在海洋、醫學、工業等領域都有廣泛的應用。該原理的基本原理是利用聲波的傳播特性和回聲信號的分析，來獲取物體的相關信息。相比其他成像技術，聲納原理具有穿透性和短距離特點，使得它在特定場景下具有優勢。
主動式聲納與被動式聲納
聲納系統的分類
聲納系統可以大致上分為兩類：主動式聲納與被動式聲納。主動式聲納工作原理類似雷達，會自己發出音頻信號，然後根據信號接觸物體後反彈回來的變化，計算這個物體的相對方位與距離（原理可參見多普勒效應）。而被動式聲納的作用則與傳統的水下聽音裝置——水聽器——極為相近，它不發出任何信號，只接收來自周遭的各種音頻信號，用來判斷和識別不同的物體。
聲納的使用與發展
作為一種聲學探測設備，主動式聲納最初是在英國投入使用的，然而英國人將這種設備稱為「ASDIC」（潛艇探測器），而美國人則稱之為「SONAR」。後來，英國人也接受了SONAR這個稱呼。
聲納技術的應用
聲納是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置，用於水下距離測量、動態探測和通訊任務。聲納有主動式和被動式兩種類型，主動式聲納發出聲波並接收反射回來的訊號，而被動式聲納則僅接收來自周圍的聲音信號。聲納技術的應用包括海洋探索、潛艇巡邏、魚類濫捕監測等。
聲納技術的歷史
聲納技術的發展可以追溯到20世紀初。在1906年，法國工程師Paul Langevin提出了使用聲波來探測潛艇的想法，但直到1915年，德國工程師Christian Hülsmeyer才發明瞭第一個能夠運作的聲納系統。在第一次世界大戰期間，聲納技術得到了初步應用，但直到二戰時期，隨著軍事需求的增加，聲納技術才得到了顯著的發展和普及。
聲納的影響
聲納技術的出現對海軍作戰和海洋研究產生了深遠的影響。它提高了潛艇的探測能力，改變了海戰的遊戲規則。同時，聲納技術也被用於各種民用領域，如海岸線勘測、海洋資源探勘以及環境監測等。
聲納技術的現狀與未來
聲納系統的進步
隨著科技的進步，聲納系統的性能在不斷提升。現代聲納系統集成了先進的電子設備和計算機算法，能夠提供更高精度的測量和更快的數據處理能力。例如，多頻率聲納和機械式掃描聲納已經被更為靈活的數位式和相控陣聲納系統所取代。
聲納技術的挑戰
聲納技術面臨的一些挑戰包括信號幹擾、水下噪音的影響以及遠距離探測的難題。此外，如何減少對海洋生態系統的影響也是聲納技術開發者和使用者需要考慮的問題。
聲納技術的應用前景
聲納技術的未來應用方向可能包括提升潛艇隱身性能、開發更為高效的海洋測繪系統以及實現水下無線通信等。隨著人工智能和機器學習技術的發展，聲納系統的智能化水平也有望得到提高。
聲納技術與環境影響
聲納對海洋生物的影響
聲納信號的高能量可能對某些海洋生物造成幹擾甚至傷害。例如，高頻率的聲納信號可能會影響海洋哺乳動物的聽覺和通信能力。因此，在開發和使用聲納技術時，必須要考慮到對海洋生態系統的潛在影響。
聲納技術的環境監測應用
另一方面，聲納技術也被用於環境監測，例如監測魚羣活動、追蹤海洋污染源以及研究珊瑚礁的健康狀況。這種應用有助於保護和管理海洋資源。
延伸閲讀…
雷達和聲納
聲納和傳感器
引用
- 聲納，Wikipedia，查詢日期：2023年6月。
| 主動式聲納 | 被動式聲納 |
| 發出聲波 | 接收周圍聲音 |
| 計算物體相對方位與距離 | 用來判斷和識別不同的物體 |