“聲吶”一詞是英文sonar的音譯，而sonar是英文sound navigation and ranging的縮寫，其中文全稱為“聲音導航與測距”，指的是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，完成水下探測和通信任務的電子設備。它有主動式和被動式兩種類型，屬于聲學定位的范疇。聲吶是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置。近年來，人們將聲吶的含義加以推廣，凡是用聲波對水下目標進行探測、定位、跟蹤、識別，以及利用水下聲波進行通信、導航、制導、武器的射擊指揮和對抗等方面的水聲設備皆屬聲吶這一范疇。
聲吶在軍事上和國民經濟中具有廣泛的用途。聲吶技術經歷了第一次世界大戰前的漫長探索階段、一戰的發展階段，以及第二次世界大戰后趨于成熟的階段，隨著軍事與民用的需求以及其他學科的發展而一步一步發展成一門龐大的學科體系。在第二次世界大戰結束之后的一段時間，聲吶逐漸被大范圍地用于民用目的，并且伴隨海洋相關工業的發展，聲吶的適用范圍也在不斷擴大，包括回波觀測、海底地貌特征的探測與繪圖、海洋地質考察、船舶航行、魚類探測等方面。此外，在勘探和開采海底石油、鋪設海底石油運輸通道、船舶實時定位等場景中，聲吶也展示出極其重要的作用。
隨著社會的需要和科技的進步，近年來聲吶技術得到了廣泛應用和快速發展，從單波束測深系統到多波束探測系統，從側掃聲吶、前視聲吶到三維成像聲等等，反映出聲吶技術在現代水聲學中的地位。隨著數字技術飛速發展，聲吶技術還廣泛應用于魚雷制導、水雷引信等領域。未來，聲吶將幫助科學家探尋到更多海洋奧秘。
定義
聲吶是“sonar”這個單詞的音譯，該單詞由三個英語單詞組成：sound（聲）、navigation（導航）和 ranging（測距），也就是用聲音進行導航和測距。需要注意的是，“聲吶”與“聲納”不能等同。“聲吶”用于表示英文縮寫的 sonar，是一類水聲設備的統稱；而“聲納”用于表示“acousticsusceptacne”，表示聲導納的虛數分量，是聲學領域的一個物理量。
現代的聲吶，其含義除了原先的內容，還增加了很多新的含義。聲吶是一種通過發出或接收水下聲波并進行分析，用以判斷海洋中物體的存在、具體位置及所屬類型的方法和裝置。近年來，聲吶的意義在經過各種方面的發展后又得到了擴充和推廣，以致于所有的利用水下聲波作為通信媒介，來實現一些特定目的的設備和方法，都可以被定義為聲吶。通常把聲吶理解成一種具體的、實際存在的設備，因此通過水中聲音信號進行通信，導航、制導，對水下的物體、水下環境進行探究觀測、測定位置、物體跟蹤等方面的水聲設備都在聲吶范圍之內。
發展簡史
雛形
聲吶技術的發展和其他學科的發展一樣，也是隨著軍用與民用的需要和其他學科的發展而逐漸發展起來的。自1490年意大利的藝術家、科學家列奧納多·達·芬奇（Leonardo da Vinci）發現聲管，至今已有500多年的歷史。達芬奇用一頭閉合的“聲管”插人水中，發現可以聽到遠處的船舶航行噪聲，這大概可以說是最早的聲吶。達·芬奇所描述的聲管實際上可歸為現代被動聲吶的雛形。
第一次世界大戰前
1490年至第一次世界大戰前可認為是聲吶技術的漫長探索階段。在這期間，人們對于水聲傳播問題知之甚少。直至1827年瑞典和法國的科學家才第一次測得水中音速。聲吶技術最早是由英國皇家海軍劉易斯·尼克森（Lewis Nixon）于1906年發明的，他發明的第一部聲吶儀是一種被動式的聆聽裝置，主要用于探測冰山。一戰期間，該技術被應用于偵測水下潛艇，這些聲吶只能被動聽音，屬于被動聲吶，或者叫做“水聽器”。1912年英國泰坦尼克號巨型豪華客輪首航紐約在北冰洋觸礁沉沒的慘劇，促使科學家們認識到聲吶的重要性，因而直到19世紀初才開始研制用于航海和水下通信的水聲器材。
第一次世界大戰期間
1914年~1918年的第一次世界大戰是聲吶發展的第二階段。在此期間，由于德國人使用潛艇擊沉了協約國（俄、英、法）幾千艘水面艦艇，迫使參戰國研制水聲設備。1915年，法國物理學家保羅·朗之萬（Paul Langevin）與俄國電氣工程師Constantin Chilowski合作發明了第一部用于偵測潛艇的主動式聲吶設備。盡管后來壓電式變換器取代了他們一開始使用的靜電變換器，但他們的工作成果仍然影響了未來的聲吶設計。
兩次世界大戰之間
第一次世界大戰后至第二次世界大戰前是聲吶技術穩定而持續發展的時期。朗之萬發明的回聲定位聲吶尚未在戰爭中發揮作用，第一次世界大戰就結束了。第二次世界大戰前，一些國家的艦艇已經裝備了用電子管放大器的聲吶。這期間，由于超聲技術和電真空技術以及無線電技術取得一系列成就，各國相繼制成了許多形式的噪音站。回聲定位儀已在美國成批生產，磁致伸縮換能器和壓電換能器也已相繼問世。人們對海水中聲傳播的理論也進行了較為深入的研究，例如認識了海水溫度對聲速的影響以及海水的聲吸收與頻率的依賴性等等。
第二次世界大戰
第二次世界大戰（1939年~1945年）使聲吶技術迅速發展到新的階段。第二次世界大戰中，由于戰爭的需要，各國都投入較大的力量進行水聲研究、發展聲吶技術，使聲吶從機械旋轉的步距式發展到電子掃描式，并出現了示波管顯示器。同時，還研制出了聲制導魚雷和音響水雷。盡管如此，由于當時的聲吶還很不完善，加之對海洋水聲傳播理論不清楚，所以聲吶的作用距離是相當近的。由于潛艇在戰爭中的作用極為突出，它已經對海上運輸船只和水面作戰艦艇構成嚴重威脅。為了有效地對付潛艇，聲吶成為實施反潛戰的不可缺少的耳目。這期間美、英、法等國家相繼研制了各種類型的聲吶。水面艦艇的主動聲吶、潛艇的被動聲吶，掃描聲吶，機械轉動的換能器基陣，以及具有音響制導的魚雷和音響水雷等都是這一時期發展起來的。由于電子技術的發展，聲吶設備已經不再是簡單的收發裝置，而逐漸成為復雜的電子和電聲系統。這一時期，人們在理論和實驗研究方面也取得了一系列成就，例如對傳播衰減、吸收、聲散射、目標的反射特性、目標強度、尾流、艦艇噪聲以及人耳的識別能力等都進行了深入的研究。如果說第一次世界大戰期間的聲吶技術還處于幼兒階段的話，那么第二次世界大戰期間的聲吶技術則趨于成熟了。
二戰之后
第二次世界大戰結束至今，隨著科學技術的進步，聲吶技術也得到了突飛猛進的發展。電子技術特別是微電子技術的發展、人們對海洋中聲傳播規律的掌握，以及導彈武器和核潛艇的出現等，是推動聲吶技術發展的主要因素。戰后聲吶技術發展的主要特點是采用低頻（主動聲吶頻率低到1~3 kHz），大功率（幾百千瓦甚至兆瓦）、大尺寸基陣，并廣泛采用信號處理技術。由于使用了低頻和大發射功率，致使拾振器基陣尺寸大大增加，例如某些聲吶的柱形或球形基陣直徑達到5m的量級。這種大尺寸基陣只能固定安裝，不再能機械轉動。因而，普遍采用多元陣和波束形成技術，即利用電子相位或時延補償技術來控制波束在預定扇面內掃描，或同時形成多個指向的波束，使聲吶的空間搜索速率大為提高。在信號處理方面廣泛采用相關處理、脈沖壓縮和快速傅里葉變換（FFT）等技術來提高無線電接收機的處理增益。在傳播途徑的利用方面，利用了多途徑傳播效應使聲吶作用距離大為提高。數字技術的發展使聲吶的許多信號處理功能均可由計算機和專用微處理器實現。從20世紀50年代開始，由于核動力潛艇的出現，反潛問題受到各國空前的重視，推動了聲吶技術的發展。進入60年代后，由于新電子技術在聲吶中的實際應用，聲吶的發展更為迅速，聲吶已逐漸改變了原來的面貌。
聲吶系統結構
聲吶系統一般是由發射機、換能器（水聽器）、無線電接收機、顯示器和控制器等幾部分組成。發射機用于產生需要的一定功率的電信號，以便激勵換能器將電信號轉變為聲信號向水中發射。水聲信號若遇到潛艇、水雷和魚群等目標會被反射，然后以聲吶回波的形式返回到換能器（水聽器），水聽器接收后又將其轉變為電信號。電信號經接收機放大和各種處理，再將處理結果反饋至控制器或顯示系統。最后根據這些處理的信息可測出目標的位置，判斷出目標的性質等，從而實現聲吶的功能。下圖給出了一個基本的聲吶系統的模型，它有兩種工作方式，即主動和被動工作方式。在主動方式工作時，一個已知的信號被發射出去，當它照射到某個目標時，反射信號（或稱回聲）就被接收到，經過適當的處理，再由無線電接收機顯示出來；在被動方式工作時，目標的被發現是由于它所輻射的噪聲。
常見的是主動聲吶、被動聲吶和主被動綜合聲吶。被動聲吶利用的是目標輻射的聲波，由于聲波在海水中只是單程傳播，系統的核心部件是用來測聽目標聲波的水聽器。而現代艦艇都采用主、被動綜合聲吶來進行水下通信、遙測和控制等，這種綜合聲吶系統在水下聲學通信信道兩端都有發射換能器和接收換能器。這些聲吶的水上部分都是以電子計算機為中心的數據采集、處理、圖像顯示等設備，水下部分則是水聲換能器（或基陣）。
發射機
信號發生器可以有多種形式的輸出：模擬的或數字的，連續波脈沖或線性調頻波，這取決于所考慮的應用場合。信號發生器的輸出送到波束成形矩陣，其目的是給信號一個合適的加權和延時，使得發射基陣在聲信道中產生一個所希望的波束圖。該圖決定了由發射機所發射的聲能的集中程度和空間分布情況。信號的加權和延時通常叫做定向或波束成形。功率放大的目的是要獲得足夠大的電功率，然后將其與發射基陣匹配，并以較高的效率向水中發射聲能。基陣的幾何形狀（如圓陣、線陣、球陣）依賴于具體的應用場合。此外，發射基陣是很多個輻射單元的綜合，它們的材料取決于傳播介質。聲吶系統中通常用壓電陶瓷或某種類型的磁致伸縮的金屬，作為電能和聲能互換的器件。“程序控制”主要指管理或控制中心，它使整個發射機能在希望的狀態下工作。
接收機
聲吶接收機比發射機復雜一些。因為在發射過程中，信噪比是接近于無限的；而在接收過程中，在大多數感興趣的情況下，信噪比小于1。接收基陣（或水聽器陣）與發射基陣非常相似，在簡單的聲吶系統中，它們通常就是同一個。動態范圍壓縮指的是自動增益控制（AGC）與時變增益放大（TVG），它們是為了把接收到的信號動態壓縮到一定范圍，以便使波束成形系統及信號處理系統能夠正常工作。接收機的波束成形功能與發射機的類似，但是接收機的波束成形方式要比發射機的復雜得多。無線電接收機的波束成形是基陣在空間上抗噪聲和混響場的一種處理過程，實現波束成形時，要進行一系列的運算（包括加權、延時及對空間各陣元收到的信號求和），然后再作進一步的頻域和時域處理。波束成形之后還需進行信號處理，它通常是某一個檢測信號的最佳準則的物理實現。信號處理的主要形式為匹配濾波、相關技術和自適應技術。實際上，信號處理系統、顯示、聽測、判決等都是和聲吶員密切相關的，它們共同代表信號處理系統。處理增益的最大損失通常產生于它們的銜接處。“程序控制”是為了進行同步和自適應。
聲吶系統指標
指標是衡量系統性能的各項參數。聲吶設計者最為關心的是戰術指標和技術指標。所謂戰術指標，是反映和表征戰術性能的那些參數，例如作用距離、方位角測量范圍及精度、定位精度、分辨率、搜索速度、跟蹤距離、環境條件以及盲區等。戰術指標通常由作戰和使用部門下達。在論證和設計聲吶時，必須根據戰術指標的要求來進行。技術指標是為確保戰術指標的實現，系統應具有的技術參數，例如發射功率，脈沖重復頻率、工作頻率、接收靈敏度、脈沖寬帶等。實際上有些技術指標與戰術指標很難區別，例如工作頻率，本來是系統設計者為實現戰術指標可以選擇的技術參數，但由于這個數據在戰斗中的重要性而往往又被列為戰術指標，有時要由作戰和使用部門加以規定。
主要戰術指標
作用距離
聲吶的作用距離往往被認為是聲吶戰術指標中最為重要的指標。作用距離是指聲吶在一定條件下能有效地發現目標，并測其數據的最大距離。這些條件包括發射聲源級、海況、傳播衰減、環境噪聲、目標強度等。不同的聲吶對其作用距離的要求也不一樣，例如警戒聲吶比探雷聲吶要求的作用距離遠，艦用聲吶比岸用聲吶作用距離近得多。聲吶在最大作用距離上不一定能每次都正確發現目標，即有“漏報”現象。如果探測了次，漏報了次，就定義為檢測概率，而為漏報概率。沒有目標而認為有目標稱為虛警，在次探測中虛警n次，則定義為虛警概率。給聲吶系統提出最大作用距離時，應當給出PFA 和PD的要求，這一定量要求在統計檢測理論中稱為置信級。
能夠搜索和探測目標的和高低角范圍
方位角是水平面內的角度，高低角是垂直面內的角度。這兩個角度范圍所界定的空間描述了聲吶系統可以搜索的空間區域。如果目標處在這個空間區域內，就可能被探測系統發現或測定。這個范圍愈大愈好，但技術上實現愈加困難。
盲區
盲區是在聲吶作用距離之內，由于受到某些條件的限制而無法探測到目標的區域。一般用圖形或角度、距離范圍表示。盲區從形成的原因上可分為物理盲區、幾何盲區、尾部盲區、脈沖寬度盲區和混響盲區等。
幾何盲區是由于換能器的傾角或波束開角的限制而造成的。假定目標所處深度為，聲吶垂直方向最大探測角為，此時最小探測距離為，在陰影區內的目標聲吶探測不到。
尾部盲區是由艦艇尾流造成的盲區。因艦艇尾部螺旋槳噪聲較強，形成尾流氣泡，在艦艇尾部構成一個強散射區，以致聲吶很難收到從這一方向來的信號。尾部盲區大約在艦艇后部首尾線±30°范圍內。
物理盲區是由聲線彎曲造成的盲區。由射線聲學可知，由于音速在垂直方向有一定梯度，造成聲線彎曲，形成某些聲陰影區，如果目標處在陰影區內，聲吶將探測不到。
脈沖寬度盲區即聲吶在發射脈沖信號時，因信號極強，接收機往往處在關閉狀態，而且出于技術考慮，關閉時間還要大于脈沖持續時間，在這一時間內必然丟失目標。若目標在距離處，從換能器發出的信號經目標返回再到達換能器的時間為，則有若發射脈沖寬度為，當時，在距離以內的區域便是脈寬限制的盲區，這一盲區愈小愈好。
由混響造成的盲區稱為混響盲區，一般大于或等于脈沖寬度所對應的盲區。形成原因是聲吶在發射信號后，近距離上體積混響很強，聲吶接收機無法接收，常采用時間增益或混響自動增益控制電路來使混響歸一化，這就同時抑制了近距離的接收。
分辨率
分辨率表示聲吶系統對空間的兩個相鄰目標的分辨能力。方位分辨率（）是指聲吶能分辨出的同一距離上兩個目標間的最小角度間隔，它與換能器自身的指向性及信號處理方案有關。距離分辨率（）則是聲吶在同一方向上能分辨出的兩個目標間的最小距離。距離分辨率與所用信號波形、處理技術等有關。這兩個分辨率數值愈小意味著分辨率愈高，聲吶的性能愈好。在探雷聲吶中，分辨率是極為重要的指標。
定位精度
定位精度是定出目標位置時的最小位置誤差，因而也稱定位誤差，誤差小意味著精度高。目標在水平面內的位置由目標方位和目標距離兩個量確定，故存在測向和測距兩個精度指標。測向精度是測量目標所在方位角的誤差，而測距精度則是測量目標距離的誤差。單次測量誤差實際上是一個隨機量，因此一個系統的實際測距和測向誤差需經多次測量統計后得出。定位精度通常應理解為測量值的均分根誤差。近代聲吶的測向精度為0.25°~1°，主動聲吶相對測距精度為1% ~5% ，如果進行音速修正可達0.5%，而被動聲吶測距精度較低，約為5% ~10%。
搜索速度
搜索速度是單位時間內可搜索的空間區域的大小。搜索一定空間所需的時間愈少或在一定時間內搜索的空間區域愈大，均意味著聲吶的搜索速度愈高。搜索速度主要由探測距離、波束寬度以及搜索方式決定，其中搜索方式是影響搜索速度的主要因素。早期的聲吶采用步距式或探照燈式搜索，聲吶的發射和接收均為單波束，每發射一個脈沖均要等待，直到預定最遠距離的目標回波到達接收點，方可將拾振器基陣旋轉一步。這種方式的搜索速度低，但定位精度高。現代聲吶為提高搜索速度，采用了多波束搜索方式。這種聲吶在預定扇面內利用多波束發射（同時或在極短時間內相繼發射），而采用多個預先形成的接收波束同時在此扇面內接收。搜索速度最高的方式是所謂多重搜索，它是在多個扇面內同時進行相控發射，在這些扇面內分別利用預先形成的多個波束等待接收，使搜索速度大為提高。采用多波束搜索和多重搜索方式將使設備復雜性加大。
環境條件
聲吶工作的環境條件也是作戰和使用部門提出的戰術指標。這一指標包含的內容很多，例如聲吶安裝的艦艇類型、工作時的環境溫度、海況、艦艇航速以及抗電磁輻射能力和抗其他聲吶干擾的能力等等。
主要技術指標
信號強度或聲源級
信號強度或聲源級是主動聲吶的重要技術指標之一，它直接影響到聲吶的作用距離，并且常與聲吶無線電接收機的靈敏度指標一起考慮。信號強度指聲吶輻射的軸向聲功率（以分貝表示）大小，接收靈敏度則指聲吶可接收的最小信號（也以分貝表示）。當接收機的靈敏度一定時，可通過調整發射聲級來保證接收端有信號；而當一個聲吶的發射聲源級一定時，也可通過提高接收機靈敏度的方法來保證在作用距離上接收機輸出端有足夠的信號。一般認為增大發射聲源級幾分貝遠比提高接收機靈敏度同樣的分貝數困難得多。
檢測閾
接收機的最重要的技術指標是接收機的檢測閾。它是根據戰術指標中給定的置信級，結合接收機采用的具體信號處理方案計算得出的對接收機輸入信噪比的要求，它與接收機的靈敏度是完全不同的概念。接收機靈敏度再高，接收機也不一定能檢測出干擾背景中的信號。
信號參數
信號的各項參數，如工作頻率、脈沖寬度、信號形式、信號帶寬、信號重復周期等是在信號設計時必須考慮的技術指標。
接收機的動態范圍
接收機的動態范圍是接收機能正常接收的最大信號與最小信號幅度之比的分貝數，它是根據聲吶系統的最大作用距離和最近接收距離而算出的技術指標。接收機的總增益與接收機的增益控制范圍兩項指標，則分別和最大作用距離（連同聲源級）與最大，最小接收信號有關。
基陣相關的指標
基陣的大小、形式、靈敏度、指向特性和頻率響應等技術指標與采用頻率、分辨率要求、信號頻率和帶寬等多種因素有關。
類型
按工作原理分類
主動聲吶
主動聲吶（active sonar）是指由聲吶發射器向水中發射聲信號，通過接收和處理由目標反射回來的聲信號得到關于目標信息的聲吶。主動聲吶一般用于搜索、定位、導航等方面，經常在攻擊時使用。其優點是能給出距離信息，對安靜的目標也有效，可由多普勒頻移得到速度信息。其缺點是作用距離受到雙程傳播損失和混響的限制，信號強度取決于目標強度，容易暴露自己。主動聲吶可通過回波信號與發射信號間的時延推知目標的距離，由回波波前法線方向可推知目標的方向，而由回波信號與發射信號之間的頻移可推知目標的徑向速度。此外由回波的幅度、相位及變化規律，可以識別出目標的外形、大小、性質和運動狀態。主動聲吶主要由換能器基陣（常為收發兼用），發射機（包括波形發生器、發射波束形成器），定時中心，接收機，顯示器，控制器等幾個部分組成，如下圖所示。
被動聲吶
被動聲吶（passive sonar）指本身不發射聲信號，根據接收和處理由目標產生和輻射的聲信號來獲得遠處目標信息的聲吶。由于這種聲吶不發射聲信號，所以隱蔽性好，不易為敵方所發現。它的信號只受到單程的傳播損失，且不產生混響。故作用距離往往比主動聲吶大。其缺點是對安靜的目標無能為力，得到距離信息比較困難。它大多用于防御目的。對目標進行警戒、搜索、測向、跟蹤和測距等。被動聲吶（噪音站）與主動聲吶最根本的區別在于它在本艦噪聲背景下接收遠場目標發出的噪聲。此時，目標噪聲作為信號，且經遠距傳播后變得十分微弱。由此可知，被動聲吶往往工作于低信號/噪聲比情況，因而需要采用比主動聲吶更多的信號處理措施，被動聲吶的基本原理如下圖所示，其工作原理與主動聲吶類似，只是它沒有用于發射聲波的部分。
按聲吶裝置的體系分類
岸用聲吶及預警系統
岸用聲吶及預警系統也稱岸邊固定式聲吶監視系統。由于海港是軍艦的基地，是海上運輸及后勤給養的轉運站，所以常常成為潛艇攻擊的重要目標之一。各個國家都很重視布設海岸聲吶系統，配合其他設備組成海岸防潛系統。岸用聲吶系統通常只將換能器基陣放在港口、海峽和海上主要通道附近及某些特殊海區。基陣接收的信息通過海底電纜傳送到海岸基地的聲吶電子設備上進行處理。岸用聲吶主要用來警戒進入海岸附近的目標，特別是潛艇。由于岸用聲吶基陣和電子設備都固定不動，所以它不受運載工具容積和載重量的限制，可以使用低頻大功率大尺寸拾振器基陣，以增大作用距離（可達 60~70海里）。通常岸用聲吶工作于被動方式，因而隱蔽性好。為了擴大警戒范圍，可布置多個岸用聲吶聯合使用，構成海岸警戒網。兩個聲吶站間的距離一般等于其作用距離的1～1.8倍，以便彼此之間有一定的覆蓋，如下圖所示。換能器基陣布放在距海岸10~20km，深度不大于100m的較為平坦的海底上。岸用聲吶的缺點是缺乏機動性，且受氣候及海況的影響較大。
水面艦艇聲吶
水面艦艇上裝備聲吶的主要目的是反潛防潛，即搜索潛艇目標，并引導火力系統進行攻擊。此外，探測水雷、打撈沉物、對潛艇通信等也需用聲吶來完成。由于運動的水面艦艇本身無隱蔽性，因此它主要采用主動聲吶來搜索和測定水下目標。一般水面艦艇通常裝有5~7部聲吶，大型反潛水面艦艇裝有多達10部聲吶，綜合完成對潛搜索、定位、跟蹤、射擊指揮及水中通信、探雷、導航、水下目標識別、水聲對抗等任務。現代反潛戰要求水面艦艇聲吶作用距離遠，搜索速度快，能全面觀察和監視周圍海區，盲區小，能精確定位和自動跟蹤目標。鑒于聲吶在反潛中的地位和作用，有時不得不使水面艦艇的設計適應聲吶設備的要求。因水面艦艇航速高，航行噪聲大，所以它們的工作環境惡劣。水面艦艇一般配置約10部聲吶（1航探測綜合聲吶基陣；2可變深探測聲吶系統基陣；3拖曳聲吶基陣；4水聲通信基陣；5直升飛機吊式聲吶；6投放式聲吶浮標；7測深儀；8監聽水聽器；9消耗性深度溫度計發射器；10海底搜索系統），布置在艦艇相關部位，如下圖所示。
潛艇聲吶
由于無線電無法在下潛的潛艇上使用，潛艇在水下航行時的觀察和通信器材主要依賴于聲吶，因而聲吶在潛艇上的地位顯得更為重要。潛艇聲吶的主要功用是為反潛武器和魚雷武器的射擊指揮提供水中目標的定位數據，其次是承擔對水中目標的探測、警戒跟蹤、通信、目標性質識別、助航等項任務。有時一艘潛艇甚至有1/2的空間被聲吶占據，通常每艘攻擊型潛艇上裝有10多部各種功用的聲吶。潛艇上聲吶眾多，既有主動聲吶，又有被動聲吶，是艇上最主要的探測器。雖然潛艇的聲吶可以通過監聽水面艦艇的噪聲或直升機投放聲吶浮標，或吊放聲吶的聲音而間接發現可能的艦載反潛直升機的蹤跡，但是反潛巡邏機進行巡邏反潛時，如果采用光電等被動探測方式搜潛，具有隱蔽性和突發性，此時潛艇的聲吶就無能為力了。潛艇上的聲吶系統一般有綜合聲吶、噪聲測距聲吶、通信聲吶、偵察聲吶、探雷聲吶（含有狹窄航道導航功能）、本艇噪聲監測儀（含螺旋槳空化噪聲監測）、音速聲線軌跡儀、測深儀、測冰儀等。潛艇一般配置約10部聲吶（1探測綜合聲吶基陣、2拖曳探測聲吶基陣、3通信系統、4水面深度儀、5水下導航系統、6測深儀、7測量水聽器、8深度溫度計發射器、9保角基陣、10偵察系統），布置在艇上相關部位。
航空兵使用的聲吶
空中拖曳聲吶
這種聲吶裝在水上飛機、飛船或直升機上，飛機低空飛行時通過電纜拖著和控制著置于水中的換能器，用于沿海交通線上來搜索潛艇。發現目標后，可通過機上通信機發回基地指揮所，以便采取措施。它具有大的搜索速度近40節，能夠發現在半徑2～5海里以內的目標，因此利用它來搜索廣大海區可以很快完成。缺點是作用距離較近，原因是拖曳噪聲太大，限制了飛機的速度。噪聲的主要來源是因換能器拖曳體的運動及飛機螺旋槳噪聲和機械噪聲通過電纜或直接入射到水中，因而影響了工作。此外拖曳速度高會產生空泡噪聲。
空投聲吶浮標
空投浮標式聲吶檢測系統是中國人民解放軍海軍航空兵反潛裝備之一。空中拖曳聲吶和吊放聲吶在進行探測工作時，飛機必須低空飛行或停留。這樣就限制了飛機對海面的觀察范圍，影響探測速度。如下圖，只有當飛機高空飛行時，才能擴大觀察范圍，同時發揮飛機的自衛能力。當飛機在高空飛行時，利用磁場探測儀或利用目力（目力觀察，白天用彩色染料，持續1～15小時，夜間用天線護板上的信號燈）觀察海面波浪痕跡來搜索水下目標，如果認為在某海區內有可能存在敵潛艇或已經發現某海區有潛艇目標需要進一步判定其位置，以便采取措施，這時就可以從反潛飛機上空投幾個聲吶浮標布放于潛艇可能存在的海區。通常投放3～5個浮標，進行搜索測定的數據經由浮標部分的無線電將目標信息送給飛機或基地上。
聲吶浮標分為主動式浮標和被動式浮標兩種，被動式浮標又有定向式和非定向式之分。被動非定向式浮標只能檢測目標有無；而被動定向式浮標可判定目標方向。多個這樣的浮標結合其他設備，便可定出目標位置。主動式聲吶浮標比被動式浮標多一個受控聲發射裝置。
按換能器基陣搜索方式分類
側掃聲吶
側掃聲吶也就是旁掃聲吶，主要功能是探測海底地貌特征、搜尋水下物體。側掃聲吶的換能器既可以放于船體內部，也可以安裝在拖曳體中，在船體航行時，聲吶向側下方發出扇形波束的聲信號。處于工作狀態時，發出的聲波在海底作用的區域近似一個長條，稱為照射區，聲波經照射區反射，由換能器基陣接收到，然后進行一系列的放大、處理等步驟，顯示出地貌影像。因此側掃聲吶還有另外一個名字：海底地貌儀。側掃聲吶是通過低頻率的代價來使掃描范圍得到擴大，但是這樣得到的圖像不會有很高的精度。如果使用高頻系統，則可以在很小的范圍內實現較高的掃描精度。雙頻旁掃聲吶既可以保證圖像的分辨率滿足要求，又能在大范圍的場景下工作，這是因為它同時具有高頻和低頻換能器。側掃聲吶目前還存在一些不足之處：第一，它的橫向的分辨率是由聲吶基陣決定的；第二，側掃聲吶不能準確得到海底的具體深度。
多波束聲吶
多波束聲吶因其能在一定空間內產生多個波束而得名，這些波束可以同時工作，所以它可以獲得很多不同波道的信息。通過這些信息，多波束聲吶可以在同一時間內去觀測跟蹤來自不同方向的多個目標。多波束聲吶相對于側掃聲吶最大的優點就是它的定位精度可以達到很高的程度，目前已經在工程上得到大范圍的應用。從根本上來說，多波束聲吶并不是一種成像系統，而是一種測量深度的工具。對于多波束聲吶的數據，要先進行處理、建模、構圖，才能得到想要的信息，比如位置、深度、目標物的形狀特征等。多波束聲吶的應用范圍不如側掃聲吶廣，是因為它受波束角的限制，而波束角的影響又跟海水深度有關，深度越大，波束角對聲吶的影響也隨之變大。又由于數據處理上的差異，用于多波束聲吶的數據處理算法比側掃聲吶更加復雜。
影響因素
影響聲吶工作性能的因素除聲吶本身的技術狀況外，海洋環境條件的影響也很嚴重。比較直接的因素有傳播衰減、多路徑效應、混響干擾、海洋噪聲、自噪聲、目標反射特征或輻射噪聲強度等，它們大多與海洋環境因素有關。如聲波在傳播途中受海水介質不均勻分布和海面、海底的影響和制約，會產生折射、散射、反射和干涉，會產生聲線彎曲、信號起伏和畸變，造成傳播途徑的改變，以及出現聲影區，嚴重影響聲吶的作用距離和測量精度。現代聲吶根據海區音速—深度變化形成的傳播條件，可適當選擇基陣工作深度和俯仰角，利用聲波的不同傳播途徑（直達聲、海底反射聲、會聚區、深海聲道）來克服水聲傳播條件的不利影響，提高聲吶探測距離。海洋環境參數的時變、空變特性，嚴重的影響聲吶的工作性能。因此發達的海洋國家無不以極大的力量，進行不間斷的海洋環境參數監測和預報。然而，無論是海底采樣、原位測量還是海底參數聲學反演，都會耗費大量的人力和物力資源。要想解決聲吶應用中的海底參數缺乏問題，一個可行的辦法就是通過選取典型海底類型海域進行反演研究，給出海底聲學參數與底質類型的對應關系，才能盡可能地利用全球已有的海底底質采樣數據資料。
動物聲吶
聲吶技術并非人類的專利，不少動物都有它們自己獨特的“聲吶”技術。人類發明的“聲吶”主要是通過鯨和海豚的聲吶原理而發明的。比如，在陸地上，蝙蝠就用喉頭發射每秒10～20次的超聲脈沖而用耳朵接收其回波，借助這種“主動聲吶”它可以探查到很細小的昆蟲及0.1mm粗細的金屬絲障礙物。而飛蛾類等昆蟲也具有“被動聲吶”，能清晰地聽到40m以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。此外，有的蝙蝠能使用超出昆蟲偵聽范圍的高頻超聲或低頻超聲，從而使捕捉昆蟲的命中率仍然很高。
在水下，海豚、鯨、海豹、海獅等海洋哺乳動物也擁有“水下聲吶”，它們都會發射出聲吶信號，進行探測。它們所產生的聲吶信號是一種十分確定的信號。經過觀測，發現多種鯨目使用的頻率比海豚的低得多，作用距離也遠得多。海豚聲吶的靈敏度很高，能發現幾米以外直徑0.2mm的金屬絲和直徑1mm的尼龍繩，能發現幾百米外的魚群，能遮住眼睛在插滿竹竿的水池子中靈活迅速地穿行而不會碰到竹竿；海豚聲吶的“目標識別”能力很強，不但能識別不同的魚類，區分開黃銅、鋁、木頭、塑料等不同的物質材料，還能區分開自己發聲的回波和人們錄下它的聲音而重放的聲波；海豚聲吶的抗干擾能力也是驚人的，如果有噪聲干擾，它會提高叫聲的強度蓋過噪聲，以使自己的判斷不受影響。尤其是僅存于世的四種淡水豚中最珍貴的一種——中國長江中下游平原的白鱀豚，它的聲吶系統“分工”明確，有為定位用的、有為通信用的、有為報警用的、有通過調頻來調制位相的特殊功能。
終身在極度黑暗的大洋深處生活的動物不得不采用聲吶等各種手段來搜尋獵物和防避攻擊，它們的聲吶的性能是人類現代技術所遠不能及的。解開這些動物聲吶的謎，一直是現代聲吶技術的重要研究課題。
環境危害
隨著社會發展的需要和科技手段的進步，各種各樣的聲吶設備（如探測魚群、繪制海底地形、船舶導航等）相繼問世。根據是否發射聲波，可將聲吶分為主動聲吶和被動聲吶兩類，其中會產生對海洋生物不利的“噪聲”的，是主動聲吶。人們為了探測海洋中的礦藏和能源，在海洋中應用地質勘探技術的頻次越來越多。目前在進行勘探時，人們使用的設備主要為空氣槍（一種新型低壓聲源設備），它產生的噪聲頻率以5~300Hz為主，聲音強度在220~250dB范圍內。而高于100Hz的高頻信號已經是一種環境問題了，研究顯示這類信號會對海洋哺乳動物和某些魚類造成威脅。美國自然資源保護協會（NRDC）認為，軍事聲吶產生的噪聲輕則影響海洋生物的長期行為，重則導致其聽力喪失甚至死亡。研究顯示，聲吶與鯨的死亡率之間關聯緊密，由中頻聲吶試驗導致的鯨大量擱淺及死亡事件，正在不斷發生。
應用領域
軍事領域
聲探測在軍事中的第一個成功應用是聲吶系統。聲吶利用聲波在水中衰減小、速度較快的特點，設計出了大量的主動、被動的聲吶系統和海底預警系統，在潛艇探測目標、導航和反潛作戰中發揮了巨大的作用。由于雷達的優秀性能，空氣聲探測在軍事中的應用一直發展緩慢。隨著微電子技術計算機技術、信號處理理論的飛速發展，聲測系統、信號處理技術等方面的難題得到解決，重新激發了人們對地面聲探測技術的興趣。目前地面聲探測技術的應用主要有兩個方面：一是警戒與偵察，主要有對輕型飛機和直升機的遠距離警戒、炮位偵察、戰場偵察；二是攻擊型武器系統，主要有反坦克智能雷彈、反直升機智能雷彈、反狙擊武器系統等。
現代數字信號處理算法和計算機技術的發展，顯著提高了聲吶的信息處理能力，開放式、標準化、模塊化系統架構促進了聲吶新技術的快速嵌入，推動聲吶系統功能集成度不斷提高。新一代聲吶系統綜合集成舷側、端、拖曳、主/被動、多頻段聲吶于一體，兼具目標探測、跟蹤、識別，水文偵查，水下通信、導航，信息綜合處理和顯示，魚雷控制，水聲對抗等多種功能，大幅提高了潛艇和水面艦艇在深海和淺海中的探測性能和信息作戰能力。其中，美國AN/BQQ-10綜合聲吶系統是這類裝備的代表。該綜合聲吶系統是以AN/BQQ-5和AN/BQQ-6綜合聲吶系統為基礎，通過“民用聲學現成技術快速植入計劃”升級而來。AN/BQQ-10綜合聲吶系統對潛艇水下精確測繪學導航（PUMA）系統進行改進，該項改進可為潛艇提供測繪海底地形并記錄其地理特征的能力，包括似水雷物探測和3D測繪圖顯示，這些數字地圖可以壓縮傳送給海基和陸基平臺進行顯示。這種精確測繪海底地形的能力，使潛艇能夠隱蔽執行對作戰空間海底情況的準備工作，以及安全進行雷區監視與規避行動。
海洋工程
側掃聲吶圖像目前廣泛應用于海洋工程、海洋科學、水下目標探測與識別等領域。側掃聲吶系統通過連續記錄海底反向散射回波，可低成本、大掃寬、高效率地獲取大區域、微地貌圖像，廣泛應用于海底地貌測繪、海底底質勘探、水下目標搜尋、海洋工程、海洋礦產資源調查等方面。下圖為側掃聲吶的一些典型應用領域。側掃聲吶在天然氣水合物調查中的研究應用比較廣泛，目前在深海天然氣水合物調查中采用搭載于聲學深拖系統或ROV的形式居多。聲學深拖或ROV作業最主要優勢就是大大拉近了深海側掃聲吶設備與海底的距離，進一步發揮其技術優勢，提高了采集質量。通過對側掃聲吶原始數據精細處理，可獲取高質量的海底表層聲學影像，發現水合物有利區塊麻坑、泥火山、丘狀體、冷泉以及海底強反射的分布。
水聲通信
水聲通信是利用音頻或超音頻機械波在水中傳遞信息，廣泛用于通信雙方均在水面以下，或一方在水下另一方在水面的水下通信。水下無人航行器水聲通信的主要用途是：海流計等傳感器的數據傳輸；成像聲納的圖像數據傳輸；航行器狀態信息的傳輸；水聲應答器等指令傳輸。雖然水聲通信在淺海和深海的無線通信領域中已經得到廣泛應用，但仍面臨著通道的多徑效應、時變效應、可用頻寬窄、信號衰減嚴重、傳輸速率低、延時較長、功耗和體積大等問題，尤其是在長距離傳輸過程中。目前，水聲通信技術已發展到網絡化階段。所謂的水下gem是指將能耗很低、具有較短通信距離的水下傳感器節點部署到指定海域中，利用節點的自組織能力自動建立起網絡網絡中的節點利用傳感器實時監測、采集網絡分布區域內的各種檢測信息，經過數據融合等數據處理后，通過具有遠距離傳輸能力的水下節點將實時監測信息送到水面基站，然后通過近岸基站或衛星將實時信息傳遞給用戶。
參考資料 >
黃埔軍械修理廠工程師潘炳義為您解讀—— 聲吶的前世今生.中國軍網.2024-02-22
聲吶.中國大百科全書.2024-02-22
海洋科普(1229)| 噪聲對海洋生物有何影響?.搜狐網.2024-02-23
【科普中國軍事科技】海戰中聲吶如何“照亮”漆黑的海底?.光明網.2024-02-23