聲吶是水聲傳輸和探測(cè)的主要技術(shù)裝備。它是在水媒質(zhì)環(huán)境中利用聲波對(duì)水中目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位、識(shí)別、跟蹤以及實(shí)現(xiàn)水下導(dǎo)航和通信、水聲對(duì)抗等各種裝備的總稱。聲吶的研制和使用離不開(kāi)海洋環(huán)境，海洋是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，海洋下的水聲信道是一個(gè)極其復(fù)雜的時(shí)空頻域隨機(jī)傳輸信道。其特征主要表現(xiàn)為傳播損失（吸收和衰減）；多徑效應(yīng)（聲速變化和海面、海底反射造成的折射和多路徑）；頻散效應(yīng)（由介質(zhì)不均勻、多路徑干涉、界面反射和多普勒效應(yīng)引起波形失真）；混響、環(huán)境噪聲和運(yùn)載平臺(tái)自噪聲產(chǎn)生掩蓋作用。各種水聲裝備在良好水文條件下所具有的技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)性能，在復(fù)雜海洋環(huán)境下均將會(huì)產(chǎn)生或強(qiáng)或弱的不穩(wěn)定變化，甚至導(dǎo)致聲吶裝備出現(xiàn)盲區(qū)或弱視區(qū)，嚴(yán)重影響聲吶的*使用性能。因此，分析海洋環(huán)境聲吶裝備的影響，探尋不同使用環(huán)境下聲吶技術(shù)的改進(jìn)和提高，旨在發(fā)揮聲吶裝備的zui大使用效能。

一　聲吶裝備的特點(diǎn)
  聲波是海水介質(zhì)中能夠遠(yuǎn)距離傳輸信息的載體。電磁波和光波在海水中傳播都要受到嚴(yán)重的衰減，雷達(dá)、無(wú)線電和光電設(shè)備在海洋下無(wú)法完成遠(yuǎn)距離測(cè)量任務(wù)，獲取水下信息的途徑是水聲裝備。聲吶裝備在使用過(guò)程中，有其自身的特點(diǎn)。 

主要表現(xiàn)在以下的方面：
 （１）聲吶性能受環(huán)境影響比較大。
  聲吶性能受外界環(huán)境因素的影響特別嚴(yán)重。由于聲吶使用環(huán)境多變，各項(xiàng)環(huán)境因素繁多，使得影響聲吶性能的因素不確定。多途效應(yīng)、頻散效應(yīng)、海面海底的不平整等均會(huì)引起聲吶信號(hào)的畸變，不僅使信號(hào)處理復(fù)雜，而且降低聲吶的工作性能。
 （２）聲吶性能受安裝平臺(tái)的限制和影響。

  聲吶不僅受安裝平臺(tái)位置、尺寸的限制，而且受安裝平臺(tái)自噪聲的干擾。由于安裝平臺(tái)的限制，不能一味地增大換能器的尺寸來(lái)提高聲吶的性能。同時(shí),平臺(tái)的自噪聲通過(guò)水介質(zhì)傳播出去構(gòu)成輻射噪聲，又成為聲吶的背景噪聲，影響聲吶的探測(cè)性能。
 （３）聲吶目標(biāo)信息的復(fù)雜性。

  聲吶目標(biāo)的回波特性與目標(biāo)的類型、尺寸、結(jié)構(gòu)、入射波的方位角、工作頻率、脈沖寬度及聲吶與目標(biāo)的相對(duì)距離、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等諸多因素有關(guān)。同時(shí)，目標(biāo)的輻射噪聲特性也與目標(biāo)類型、結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)有關(guān)。海洋環(huán)境和水聲信道的起伏多變，使聲吶目標(biāo)信息特別復(fù)雜，從而使聲吶 探測(cè)目標(biāo)變得十分困難。

二　海洋環(huán)境對(duì)聲吶使用性能的影響
  海洋環(huán)境下聲吶系統(tǒng)的使用性能是根據(jù)所承載的戰(zhàn)術(shù)使命任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在滿足使用要求的前提下，利用聲吶技術(shù)，合理設(shè)計(jì)各分系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。
  聲吶系統(tǒng)的技術(shù)性能決定著聲吶系統(tǒng)的zui大作用距離、zui小作用距離、距離分辨率、搜索速度和定向精度，決定著接收系統(tǒng)對(duì)zui小信號(hào)的接收能力、處理能力。聲吶系統(tǒng)的技術(shù)性能是影響聲吶*使用的內(nèi)在因素，海洋環(huán)境是影響聲吶使用性能的外在因素。海洋環(huán)境是由?？铡⒑１?、海體和海底三維、多種海洋要素及其多變和人為現(xiàn)象組成。主要包括海洋水文環(huán)境、海洋氣象環(huán)境、海洋生物環(huán)境等因素。
 ２．１　海洋水文環(huán)境要素對(duì)聲吶使用性能的影響
  在動(dòng)態(tài)海洋環(huán)境中，海洋水文環(huán)境要素時(shí)空變化極其復(fù)雜。海洋水文環(huán)境主要是指海水物理、化學(xué)性質(zhì)及海洋動(dòng)力過(guò)程引起的海面、海水介質(zhì)內(nèi)部動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)特征。其現(xiàn)象主要包括海浪、海流、潮汐、海冰等。在實(shí)際應(yīng)用中，海浪和海流對(duì)聲吶的影響比較大。
 （１）海浪對(duì)聲吶裝備性能的影響
  ａ．海浪引起航行平臺(tái)顛簸、搖擺會(huì)導(dǎo)致聲吶姿態(tài)的變化，直接導(dǎo)致聲吶探測(cè)性能的不穩(wěn)定；
  ｂ．不同海況條件下，海洋環(huán)境噪聲會(huì)發(fā)生明顯的變化，影響聲吶的性能；
  ｃ．引起的海面粗糙會(huì)改變海面的反射或散射特性，引起信號(hào)幅度和相位的劇烈起伏，海面運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)單頻信號(hào)產(chǎn)生頻移效應(yīng)和頻率展寬；
  ｄ．浪起的海面粗糙使得洛埃鏡效應(yīng)或虛源干涉效應(yīng)減弱或變得模糊；
  ｅ．高海況下海洋表層一般會(huì)出現(xiàn)氣泡，氣泡的共振散射會(huì)引起海水聲速、密度的改變，對(duì)高頻聲傳播產(chǎn)生更大的損失。
 （２）海流對(duì)聲吶裝備性能的影響
  ａ．海流會(huì)帶來(lái)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、水雷、聲吶浮標(biāo)等姿態(tài)的不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致聲吶基陣姿態(tài)、平臺(tái)各部位應(yīng)力的變化，從而導(dǎo)致聲吶探測(cè)性能的不穩(wěn)定；
  ｂ．海流會(huì)產(chǎn)生額外的多普勒頻移效應(yīng)，一定程度上改變聲場(chǎng)相干特性，影響聲吶的探測(cè)性能；
  ｃ．海作于平臺(tái)表面所引起的水動(dòng)力噪聲變化，影響聲吶的探測(cè)性能。

  海洋氣象要素對(duì)聲吶使用性能的影響
  影響聲吶裝備性能的海洋氣象要素主要有風(fēng)場(chǎng)、降水和空氣濕度。海面風(fēng)場(chǎng)和降水是間接因素，空氣濕度是導(dǎo)致聲吶干端設(shè)備形成腐蝕的主要因素。海面風(fēng)場(chǎng)是通過(guò)海浪來(lái)影響聲吶的性能的。降水主要影響海水的鹽度，同時(shí)產(chǎn)生風(fēng)雨噪聲，風(fēng)雨噪聲是降水條件下聲吶系統(tǒng)海洋環(huán)境噪聲干擾的重要組成部分。
 ２．３　海洋生物要素對(duì)聲吶使用性能的影響
  海洋生物可分為浮游生物、自游生物、底棲生物和藻類四大類。這些海洋生物對(duì)聲吶裝備的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
  （１）產(chǎn)生噪聲。某些海洋動(dòng)物產(chǎn)生的聲音可極大地提高海洋背景噪聲。
  （２）產(chǎn)生聲衰減和聲散射。魚(yú)群、密集的浮游生物以及漂浮的巨藻對(duì)聲波的傳播出現(xiàn)散射層 。
  （３）污損聲吶的導(dǎo)流罩和聲吶換能器，增大平臺(tái)的湍流噪聲，間接降低聲吶的性能。
三　聲吶裝備與海洋環(huán)境相適應(yīng)的途徑
  在復(fù)雜海洋環(huán)境下對(duì)遠(yuǎn)距離、弱信號(hào)目標(biāo)的檢測(cè)、定位、識(shí)別與跟蹤是聲吶裝備在一定時(shí)期的技術(shù)要求。聲波在海洋信道的傳播過(guò)程中，受各 種條件海洋環(huán)境的影響極其復(fù)雜，要求聲吶裝備必須具有環(huán)境聲學(xué)適應(yīng)性，具有環(huán)境聲學(xué)的適應(yīng)處理能力。因此，在未來(lái)的聲吶裝備使用過(guò)程中，充分發(fā)揮聲吶裝備的zui大使用效能，發(fā)揮其水下測(cè)量的優(yōu)勢(shì)是急需解決的問(wèn)題。
 （１）利用環(huán)境自適應(yīng)聲學(xué)處理技術(shù)，解決聲吶裝備自身與環(huán)境相適應(yīng)的問(wèn)題。
隨著水聲建模技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，減弱環(huán)境效應(yīng)對(duì)聲吶探測(cè)影響的新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。環(huán)境自適應(yīng)聲學(xué)處理技術(shù)主要解決復(fù)雜海洋環(huán)境下的信道匹配處理、環(huán)境自適應(yīng)寬容處理、非高斯、非平穩(wěn)、非線性處理等式問(wèn)題。主要采取的技術(shù)有：
  ａ．采用復(fù)雜信道非平面波、非高斯、非平穩(wěn)信號(hào)處理技術(shù)。利用噪聲實(shí)際特性和高階統(tǒng)計(jì)量，以解決經(jīng)典的基于均勻傳播媒質(zhì)、各向同性噪聲場(chǎng)和單個(gè)平面波信號(hào)的聲吶信號(hào)處理問(wèn)題；
  ｂ．采用復(fù)雜海洋環(huán)境條件下的聲場(chǎng)建模技術(shù)和聲吶基陣寬容性聲場(chǎng)匹配處理技術(shù)，解決信道變異性、信息采集不充分的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程目標(biāo)的主動(dòng)和被動(dòng)三維定位；
  ｃ．發(fā)展低頻寬帶、大功率水聲換能技術(shù)。解決聲吶低頻工作時(shí)的高分辨問(wèn)題；
 （２）突破現(xiàn)有測(cè)量體制和模式，形成適應(yīng)未來(lái)*需求的聲學(xué)測(cè)量方法。
  各種海洋環(huán)境下測(cè)量方法受傳輸介質(zhì)、安裝平臺(tái)、工作方式、目標(biāo)特性等內(nèi)外因素的影響，制約著海洋環(huán)境下測(cè)量方法在工程上的應(yīng)用。而測(cè)得準(zhǔn)、測(cè)得精，反應(yīng)快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)是海洋環(huán)境下測(cè)量迫切的需求。其中任何部分在技術(shù)上的突破將影響海洋環(huán)境下測(cè)量的發(fā)展。在重大需求牽引下，結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的海洋環(huán)境下測(cè)量技術(shù)，形成適應(yīng)未來(lái)*需求的聲學(xué)測(cè)量方法。
  ａ．采用新的水聲探測(cè)體制。以往的聲吶大多采用單基地方式工作。在同一位置，這種方式下接收端受平臺(tái)噪聲和混響的影響，難于提高性能。若收發(fā)分置，即采用雙基地或多基地工作方式，接收點(diǎn)可設(shè)在背景較為安靜的區(qū)域，從而使探測(cè)能力大大增強(qiáng)。
  ｂ．用帶有合作目標(biāo)的聲學(xué)測(cè)量方法。在被測(cè)目標(biāo)上加裝聲學(xué)的合作目標(biāo)，將合作目標(biāo)相對(duì)被測(cè)目標(biāo)質(zhì)心的位置進(jìn)行標(biāo)定。通過(guò)對(duì)合作目標(biāo)的聲學(xué)測(cè)量，完成目標(biāo)的海洋環(huán)境下運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量。帶有合作目標(biāo)的海洋環(huán)境下測(cè)量方法是靶場(chǎng)解決測(cè)量的有效途徑，有利于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的測(cè)量。
 （３）引進(jìn)*進(jìn)測(cè)量技術(shù)，構(gòu)建海洋環(huán)境下聲學(xué)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中心。
  國(guó)外海洋環(huán)境下測(cè)量起步早，發(fā)展快。各種測(cè)量方法和測(cè)量技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用。構(gòu)建海洋環(huán)境下測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中心是新形勢(shì)下海洋環(huán)境下測(cè)量的發(fā)展要求。海洋環(huán)境下測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中心不在依賴平臺(tái)內(nèi)自身的測(cè)量設(shè)備，而是依靠平臺(tái)間的信息綜合和共享，實(shí)現(xiàn)互通、互連、互操作，成為試驗(yàn)指揮中海洋環(huán)境下測(cè)量的中心。按照這種概念，海洋環(huán)境下測(cè)量體系中要布置機(jī)動(dòng)或固定的水聲和海洋環(huán)境下成像設(shè)備。國(guó)外常采用多基地定位、環(huán)境自適應(yīng)和數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，對(duì)海洋環(huán)境下目標(biāo)定位和測(cè)量。多基地、多平臺(tái)聯(lián)合探測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成海洋環(huán)境下測(cè)量網(wǎng)。要求各海洋環(huán)境下測(cè)量設(shè)備之間信息傳遞網(wǎng)絡(luò)化、寬帶化，各海洋環(huán)境下測(cè)量設(shè)備信息處理高速數(shù)字化、實(shí)時(shí)化，逐步實(shí)現(xiàn)可靠、實(shí)時(shí)海洋環(huán)境下測(cè)量數(shù)據(jù)和圖、文、聲像信息的傳遞與共享。
四 結(jié)束語(yǔ)
  海洋環(huán)境對(duì)聲吶的影響具有普遍性，是不同功能的聲吶裝備在使用過(guò)程中不可回避的、具有共性的環(huán)境因素。對(duì)于水聲探測(cè)和傳輸來(lái)說(shuō)，主要影響聲吶裝備的功能、性能、*效能、隱蔽性、適應(yīng)性、可靠性和使用壽命。為了充分發(fā)揮聲吶探測(cè)水下目標(biāo)的能力和提高對(duì)目標(biāo)的分辨力，必須著眼于聲吶環(huán)境適應(yīng)性的研究。一是建立海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)大量反演試驗(yàn)，探索出海洋背景對(duì)水聲探測(cè)和傳輸?shù)挠绊懀欢谴罅Πl(fā)展環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)，通過(guò)各種新技術(shù)的應(yīng)用，探索出水聲裝備適應(yīng)水下信道傳輸?shù)姆椒?，克服海洋環(huán)境對(duì)水聲裝備的影響。