海底下的“声像”传播

有如

如果我们不小心把一个东西掉到水池里，通过视觉，我们就可以轻而易举地把它捞出来，但如果是深不可测的大海呢？在一望无际的海洋里，就算是世界最大的轮船，亦或是世界最大的飞机，都会像一粒沙土一般渺小。

说到这里，大家一定有疑问，那么在以往的众多海难、空难的搜救中，救援队是怎样在茫茫无际又深不可测的海洋里，找到一个沙粒般的搜寻目标呢？这就是我们今天要讨论的重点，通过声呐来给海底下的物体进行图像绘制。

泰坦尼克的“重新面世”

1912年4月15号，一场震惊世界的大惨案发生了，号称“不沉之船”的当时世界上最大的豪华邮轮“泰坦尼克号”，在其处女航中与冰山相撞，在距纽芬兰368海里的地方沉入深不可测的海底。

在当时，无数搜寻泰坦尼克号的提议被提出，然而由于技术限制，根本无法看清黑洞洞的海底，所以巨轮的具体沉没位置一直未能确定，搜索都以失败而告终。

揭开这个谜底是在多年后，一项全新的声呐设备被发明出来。这个设备是一个搭载了声呐的遥控深潜器。潜水器能够探测到两侧200米范围内的地形地貌，然后将信号传回到水面上的控制室，使得研究人员可以即时转换成水底的图像。

科研人员就是这样采用声呐成像的技术设备，精确地绘制出沉船疑似海域的海底地形和水下物体的详细三维图像，一寸寸地扫描，就这样一步步地找到了这个沉睡在海底百年的“庞然大物”。

声呐技术与声波

泰坦尼克号搜索使用的声呐技术，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换（电声转换器可以把声能和电能互相转换）和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。它通常被应用于判断海洋中物体的存在、位置及类型，同时也用于水下信息的传输，是海洋探测中应用最广泛、最重要的一种装置。

那么声波从何而来呢？声波是由物体振动产生的，且在水中的传播距离非常远。在人们所熟知的各种辐射信号中，以声波在海水中的传播性能为最佳。举例来说，水中一声巨大的爆炸，上千千米远的地方也能听到。因此，声波是声呐技术能够在海里发挥作用的最好介质。

声呐工作时类似雷达，更确切地说像蝙蝠，原理就是发出声波后，接受反射回来的声信号。既然原理类似，那问题来了，为何不把雷达直接搬到水下呢？很简单，雷达依赖的电磁波在水下衰减严重，根本不足以用于远距离的探测。虽然电磁波是空气中传播信息最重要的载体，例如通信、广播、电视等都是利用电磁波，但是在水下，它几乎没有用武之地，水下可只是声波的“天下”！

那么，声呐装置和声波是如何“一起配合工作”的呢？一般来讲，水下声呐探测装置发射的声波信号遇到障碍物体被反射回来后，会被接收天线捕获，经转换放大后，会利用专门的电脑程序进行分析处理。在此基础上，结合船的运动速度、超声波在水中的传播速度、船体横向倾斜度及其他参数，并借助干涉仪的帮助，就可以精确详细地绘制出水下物体的三维立体图像啦！

声呐探测“海底飞机”

除了沉船，失事客机也是声呐探测的重要目标之一。虽然飞机比沉船多了一个能发送信号的黑匣子，但在茫茫大海里，海底复杂的地形会造成讯号折射，搜救队多次下海打捞，都出现过能侦测到讯号却找不到黑匣子的情形。

因此，搜索海底飞机也离不开声呐探测定位装置。最快的搜救方法是在所有现有的搜寻系统中加入声呐探测系统协助打撈，以此来更精确地定位黑匣子的位置。

举例来说，在众多的空难中，最出名的莫过于令世人震惊的“马航370事件”了。为了寻找客机，搜寻小组使用声呐，在印度洋最南端的海域绘制搜寻区域的地图。

最终，搜寻失踪马航370的小组公布了一张详细的海底图像。虽然至今为止还没有飞机的任何消息，但通过声呐，外界首次看到了这一世界上最不为人所知的印度洋底，包括死火山和1400米深的洼地等在内的海床面貌，也算是艰苦的搜索行动的一个“副产品”了。

声呐的其他多类型应用

声呐学可以应用在军事的雷达定位上。俄罗斯科学院的科研人员对黑海宽吻海豚的定位能力进行了多年研究。他们发现，海豚的“声呐”系统非常灵敏，它能准确记录移动速度每秒仅为2.6厘米的匀速运动物体，辨别出反射超声波频率的细微变化，因此海豚可以区分物体的匀速运动和加速运动。研究人员确认，海豚在对匀速运动的目标进行定位时，需要发出两个不同频率的超声波信号，而在对加速运动的目标进行定位时，需要发出三个不同频率的超声波信号。

借助海豚的这种定位原理，科研人员已研究出了一种新的雷达定位法，并利用主动式雷达站周期性地向被测目标发射三个不同频率的无线电脉冲信号。根据每个信号的反射时间，就可以计算出被测目标的距离、运动速度或加速度。后来，科学家又对这种定位法进行了改进。改进后，不用周期性发射脉冲信号，只需一次性发射传播速度不同的脉冲信号，即可计算出被测物体的距离、运动速度或加速度。

不仅在军事领域，声呐在海洋测绘、海流流速测量、海洋渔业以及水声通信等领域都是不可或缺的。比如，探鱼仪是一种可用于发现鱼群的动向、鱼群所在地点和范围的声呐系统，利用它可以大大提高捕鱼的产量和效率;另外，利用声呐系统在水下可代替导线的连接，使用声束来传递信息，实现水面舰艇、潜艇间相互通信和交流。

在今天，海洋探测和开发已被越来越多的国家列为高技术项目，“声呐”探测技术在水下目标探测和海洋观测等方面占了越来越重要的地位，发展壮大声呐技术已经成为人类认识、开发和利用海洋的重要手段。