（二）一战时期的初步应用

第一次世界大战期间，随着潜艇的出现，对水下目标探测的需求日益迫切。1915年，法国物理学家郎之万发明了第一部实用的声呐装置——超声回声定位仪。这部声呐利用压电晶体产生超声波，并接收回声信号，用于探测潜艇的位置。虽然当时的声呐技术还比较简单，探测距离和精度有限，但它在战争中发挥了重要作用，为反潜作战提供了一种有效的手段。

（三）二战时期的飞速发展

第二次世界大战期间，声呐技术得到了飞速发展。各国纷纷加大对声呐技术的研发投入，不断改进声呐的性能和功能。这一时期，声呐的种类不断增加，包括主动声呐和被动声呐。主动声呐通过发射声波并接收回声来探测目标，具有较高的探测精度和距离；被动声呐则通过接收目标发出的声音来探测目标，具有隐蔽性好的特点。同时，声呐的信号处理技术也得到了很大的改进，提高了对目标的识别和跟踪能力。

（四）战后的持续创新与拓展

二战结束后，声呐技术在民用和军事领域继续得到广泛应用和发展。在民用领域，声呐被用于海洋勘探、渔业捕捞、水下工程等；在军事领域，声呐技术不断升级，成为现代海军反潜作战的核心装备。随着计算机技术、信号处理技术和新材料技术的不断进步，现代声呐系统的性能得到了极大的提升。例如，相控阵声呐的出现，使得声呐能够快速改变波束方向，实现对多个目标的同时探测和跟踪；拖曳线列阵声呐则通过在水中拖曳长长的声呐阵列，大大提高了对远距离目标的探测能力。

三、声呐系统的工作原理

（一）主动声呐

信号发射：主动声呐通过发射机产生电信号，然后将电信号转换为声波信号，通过换能器发射到水中。换能器是主动声呐的关键部件，它利用压电效应或磁致伸缩效应，将电能转换为声能。发射的声波信号可以是连续波，也可以是脉冲波。脉冲波声呐由于其发射和接收的时间可以分开，能够更好地测量目标的距离，因此在实际应用中更为广泛。

回声接收与处理：发射出去的声波在水中传播，遇到目标后会发生反射，反射回来的回声被换能器接收，再转换为电信号。接收机对接收到的电信号进行放大、滤波、解调等处理，提取出回声信号中的有用信息。然后，通过信号处理算法，根据回声的时间延迟计算出目标的距离，根据回声的角度信息确定目标的方向，根据回声的频率变化计算出目标的速度等参数。

（二）被动声呐

信号接收：被动声呐不发射声波，而是通过接收目标物体自身发出的声音来探测目标。这些声音可以是目标物体的机械运动产生的，如潜艇的螺旋桨转动声、发动机噪声等，也可以是生物发出的声音，如鱼类的游动声、海豚的叫声等。被动声呐的接收设备主要是水听器，它将接收到的声波信号转换为电信号。

信号分析与处理：接收机对接收到的电信号进行放大和处理后，通过信号分析技术，对信号的频率、幅度、相位等特征进行分析，以识别目标的类型、距离和方向等信息。例如，不同类型的潜艇发出的噪声具有不同的频率特征，通过对噪声频率的分析，可以判断出目标潜艇的型号；通过对多个水听器接收到的信号进行相位差分析，可以计算出目标的方向。

（三）声呐系统的关键技术

换能器技术：换能器是声呐系统中实现电能和声能相互转换的关键部件，其性能直接影响声呐的探测性能。目前，常用的换能器材料有压电陶瓷、压电聚合物等。研究人员不断致力于开发新型的换能器材料和结构，以提高换能器的转换效率、带宽和指向性等性能。

信号处理技术：声呐接收到的信号往往受到噪声、混响等干扰的影响，因此需要先进的信号处理技术来提高信号的质量和目标的检测能力。现代声呐系统采用了数字信号处理技术，包括滤波、相关处理、谱分析、自适应波束形成等算法，能够有效地抑制干扰，提高目标的检测和识别精度。

定位与导航技术：声呐系统不仅要探测目标，还要确定自身的位置和方向，以便准确地定位目标。常用的定位与导航技术包括全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）、水声定位系统等。这些技术相互结合，为声呐系统提供了高精度的定位和导航能力。

四、海豚与声呐系统的技术关联

（一）仿生学原理的借鉴

信号发射与接收机制：海豚的回声定位系统在信号发射和接收方面为声呐系统提供了重要的仿生学启示。