声呐技术助推海洋强国梦

发布时间:2019-04-09 16:08:42  |  来源:中国网·中国发展门户网  |  作者:李启虎  |  责任编辑:赵斌宇
关键词:水声信号处理,声呐技术,新进展

中国网/中国发展门户网讯 海洋是人类的摇篮,地球表面的 70% 以上被海洋所覆盖。我国是名副其实的海洋大国,拥有 18 000 公里的大陆海岸线,6 500 个面积超过 500 平方米的岛屿,300 万平方公里的管辖海域。沿海居住人口占全国人口的 40%,沿海国内生产总值(GDP)占全国的 60% 以上。党的十八大已经把建设海洋强国确立为国家战略。习近平总书记指出,“要进一步关心海洋,认识海洋,经略海洋,推动我国海洋强国建设不断取得新成就。”

海洋是一个巨大、富饶、交通便利的水体,处于无休止的运动中,波浪、潮汐、温差、海流、盐度、风暴等特殊的水文气象活动,是海洋特有的物理化学等自然属性的反映。现代科学已经证明,海洋是一个巨大的资源宝库,它包括了海洋生物资源、矿产资源、水资源、海洋能源和海洋空间资源,几乎包罗了人类赖以生存和发展所需要的全部资源。

西方一些政治家和学者认为,谁控制了海洋,谁就控制了世界。这方面最著名的是 19 世纪末美国军事家马汉提出的所谓“海权理论”,他在《海权论》一书中指出:“海权是指凭借海洋或通过海洋能够使一个民族成为伟大民族的一切东西。”马汉的“海权理论”一直被西方战略家奉为经典,美国图书馆协会主席唐斯在其《改变世界的书》中,将《海权论》列为与马克思《共产党宣言》、马尔萨斯《人口论》、达尔文《物种起源》、爱因斯坦《相对论》等一样的影响世界历史进程的 16 部巨著之一。

声呐的起源

水声是人类迄今为止所知道的唯一能在海洋里远距离传播的能量形式。其他的物理媒介,如可见光、电磁波、激光等在海水中传播时会很快地衰减掉,因而无法传向远方。声呐(sonar)一词源于第二次世界大战期间,由声音(sound)、导航(navigation)和测距(ranging)3 个英文单词构成。今天,声呐的定义是:“利用水下声波判断海洋中物体的存在、位置及类型的方法和设备”。

声呐的发展如果从 1490 年意大利人达 · 芬奇发现声管算起,至今已有 500 多年的历史了。达 · 芬奇描述的“如果你停下船,把一根长管的一端放入水中,把露出水面的一端放在耳朵边,将听到离你很远的船的声音”,实际上就是现代被动声呐的雏形。

1912 年,当时世界上体积最庞大的客运邮轮泰坦尼克号在首航时撞上冰山沉没。这起沉船悲剧,促使一些公司开始研发能预警冰山和航行中其他危险的设备。1914 年,第一个有实用意义的回声测距仪由美国波士顿水下信号公司的费森登(Fessenden,Reginald Aubrey)研发成功并在美国申请了专利,这是一个能发出低频声音信号,然后切换到测听状态接收回声信号的电子振荡器。利用这个装置能够探测到 3 公里以外的冰山,但仍无法精准确定冰山所处的方位。

1918 年,法国著名科学家朗之万(Paul Longivan)研制成压电式换能器产生了超声波,并应用当时刚出现的真空管放大技术进行水中远程目标的探测,第一次收到了潜艇的回波,开创了近代水声学,也由此发明了声呐。不过这种声呐尚未在战争中发挥作用,第一次世界大战就结束了。第二次世界大战前,一些国家的舰艇已经装备了用电子管放大器制作的声呐。第二次世界大战中,由于战争的需要,各国都投入了较大的力量进行水声研究并发展声呐技术,促使声呐在探测目标时从机械旋转的步距式发展到电子扫描式。同时,还研制出了声制导鱼雷和音响水雷。冷战结束后,由于可在水下长期潜航的低噪声、安静型核潜艇的出现,世界海洋强国都投入了巨大的人力、物力、财力开展水下攻防和信息战的研究。声呐技术成为优先发展并取得许多突破性进展的领域,并在国家安全和国民经济的诸多领域发挥重要作用。

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