深海是一个漆黑幽暗伸手不见五指的恶劣环境。很多动物在这里都不靠视力，而是用声音辨别方向、捕食和沟通，如鲸鱼、海豚等都是利用声波的高手。
潜艇也一样，水面航行时还能用潜望镜、雷达了解周边情况，一旦入水就再也无法用光学和雷达设备了。光波、电磁波在这里都不好用，最清澈的海水里光线也只能穿透几十米，超长波能穿透一两百米，再远就无能为力了。
只有声波是至今为止唯一有效的传播介质，借助水声通道最远可传到数千公里外。1944年美国莫里斯• 尤因博士做了个实验，让同事乘“巴克利”号驱逐舰远航。每隔一段距离就向水中投一枚炸弹，结果驱逐舰跑了1500公里，尤因在基地仍能清晰听到水中爆炸声！
“巴克利”号驱逐舰DE-51
他推测深海中有一条神秘“水声通道”，能让声波以极小能量损失在其中传到千里之外，而事实也的确如此。所以利用声波工作的声呐，就当仁不让的成为潜艇的水下“眼睛”和“耳朵”。
深海水声通道
1912年4月，英国豪华邮轮“泰坦尼克”号首次远航就不幸撞冰山沉没，1517名乘客遇难，举世震惊。或许受此影响，一个多月后英国工程师刘易斯•尼克森向专利局申请了世界上第一种声呐探测仪专利，用于探测海中冰山。
第一次世界大战潜艇登上战争舞台，人们对搜寻水下潜艇产生了迫切需求，声呐也成了搜索潜艇和潜艇探测目标的最佳工具。
1920年英国研制出首台112型舰载声呐，1922年正式生产。当时声呐和相关部门都属绝密，代号“ASDIC”（Anti-Submarine Division反潜部门）。
1944年的ASDIC显示单元
没想到新版《牛津英语词典》的编辑们也注意到这个新词，特意写信问海军是啥意思？海军哪敢直言，只能装模作样的编了一个听上去很高大上的“反潜探测装置调查委员会（Anti-Submarine Detection Information Committee ）”搪塞。于是早期英国称声呐为ASDIC。
几年后美国也研制出类似装备，命名为“声音导航与测距设备”（Sound Navigation And Ranging），简称“SONAR”。后来被广泛接受成为声呐的标准名称。
声呐有主动声呐、被动声呐。主动声呐发射脉冲声波，通过目标回波获取信息，由发射阵、接收阵、信号处理机组成。被动声呐只收不发，只倾听目标噪声，有完美隐蔽性。
早期潜艇上只有简单的步距式或探照灯式主动声呐，发射“砰砰”的单波束脉冲。现代主动声呐就复杂多了，波束也改成多种频率和模式，还能多扇面同时收发。
声呐兵也不再只依靠耳朵和经验发现敌人，而是通过计算机处理信号输出的声呐瀑布图上分析目标，耳朵监听成了辅助。
被动声呐瀑布图，横轴是时间，纵轴是方位
主动声呐精度高，能准确计算目标方位、距离、速度、航向，为鱼雷等武器装订参数。主动声呐相对测距精度约1%~ 5%，被动声呐只有5%-10%。
然而主动声呐就像黑夜中打开手电筒，照亮目标同时也暴露了自己，所以潜艇很少使用。大部分时间还是靠被动声呐感知周边环境，远程预警、监视和跟踪目标。
现代潜艇装备着多种声呐，有7、8种甚至更多，涵盖预警、攻击、避碰、导航、通信等各个方面，可360度全向覆盖。
多种潜艇声呐分布
主要种类有：艇艏多功能声呐、舷侧阵声呐、拖曳线列阵声呐、探雷/避碰声呐、侦察声呐、海底导航声呐、水下通信声呐、水环境传感器等。
这些声呐共同配合，潜艇才能在水下自由航行。美苏两国长期在声呐领域占据优势，展开激烈竞争。英法德等国也各有特色，形成独立一级。
一、艇艏主/被动多功能声呐。
艇艏尺寸大、位置好，远离动力系统和螺旋桨，环境最安静，非常适合声呐安装。包括发射阵、接收阵和信号处理机等。发射阵、接收阵要分开安装，以免互相干扰。
苏联维克托级潜艇的巨大艇艏空间
艇首声呐的声学孔径大，覆盖频率广，垂直水平方向分辨率都很强。接收阵单独工作是被动声呐，与发射阵一起工作就变成主动声呐。
接收阵一般有柱面阵、球面阵、共形阵三种。
美国潜艇喜欢球面阵，从1958年的AN/BQS-6就开始使用。早期是极其复杂的模拟波束成形，后改成数字计算机控制。
BQS-6A后来改称AN/BQS-11，6B改称AN/BQS-12。1965年升级到AN/BQS-13装备到洛杉矶级核潜艇上。海狼级、弗吉尼亚级上是新型的AN/BQS-13DNA。
海狼级潜艇的球面阵，下为鼓形发射阵
海狼级的球面阵体积巨大，直径达7米，发射阵在球面阵下方，探测距离和分辨率都很强，因此成为攻击核潜艇中的最强者。
苏联潜艇偏爱柱面阵，同等尺寸下性能与球面阵差不多。只是垂直方向搜索时，柱面阵受形状影响波束宽度会随俯仰角加大，导致分辨率降低，而球面阵可以一直保持宽度不变，垂直分辨率更好。
苏联时期的维克托级（MTK300）、基洛877型（MTK400）、塞拉级、阿库拉级（MTK540）等都是柱面阵。如今俄罗斯也开始改用球面阵，亚森级核潜艇上的“阿雅克斯”球面阵直径超过6米，性能也很强。
基洛级潜艇的柱面阵
柱面阵空间利用率相对好一些，鱼雷发射管能从上下方伸出来。球面阵容易遮挡发射管位置，所以有些潜艇不得不将鱼雷管后移，改从肩部斜向发射。
如今这两种基阵正在被更先进的共形阵取代。第7-10艘弗吉尼亚级核潜艇已开始用诺·格公司的轻型宽孔径共形阵（LWWAA）代替球面阵，俄罗斯拉达级常规潜艇也是如此。
弗吉尼亚级改造方案，上为宽孔径共形阵
共形阵安装在潜艇壳体表面，能增大孔径尺寸提高性能，也不影响潜艇运动。它和柱面阵一样也有垂直方向波束变宽的问题，但不影响它成为未来发展方向。
拉达级潜艇上巨大的共形阵
艇首声呐频率广，覆盖低中高频，功能多性能强，是潜艇最重要的声呐之一。但它有盲区，受艇身遮挡只能监听前方一定角度，看不到两侧和后方，所以现代潜艇加装了艇侧被动声呐。
声呐覆盖范围，看不到后方和两侧
二、舷侧阵声呐。
它属于被动声呐，位于艇身两侧。潜艇长达上百米，两侧又相对平整，为安装大型声呐阵列提供了良好空间，有些舷侧阵长达60米。
它的水听器可以做得更大，加大声学孔径提高空间增益，工作频段也降低到500-2000HZ甚至更低，所以探测距离远达40-50千米。
基阵有连续面阵、连续线阵、间断面阵等类别。海狼级、弗吉尼亚级潜艇就是三元平面基阵，利用三个间断子阵接收信号的时间差测算距离。德国212型潜艇是连续线阵，法国铀鱼级是舷侧阵等。
弗吉尼亚级的三元平面基阵
德国212潜艇上的连续线阵
法国鲉鱼级潜艇的连续面阵
苏联潜艇比较特殊，舷侧阵多是大型共形阵，如阿库拉级潜艇上的鲨鱼腮共形阵就是如此。
阿库拉级潜艇上的鲨鱼腮共形阵
被动声纳既能测向也能测距，但测距距离短。实际应用中还是会经常用到传统的目标运动分析法（TMA）。通过记录一段时间内本艇与目标的运动方向，利用三角函数计算出目标距离。
目标运动分析TMA
舷侧阵能监听到两侧约120-160°范围，但艇尾方向仍有盲区。为了侦测尾随的敌人，70年代出现了拖曳线列阵声呐。
三、拖曳线列阵声呐。
它在一根长长的柔性管内放置很多水听器，然后拖在艇尾形成长线列阵。因为远离螺旋桨不受噪音干扰，尺寸又长达数百米，声学孔径大增频率降低，所以探测距离远达上百千米，可以探测安静型潜艇。
柔性管内有很多水听器
如美国主力装备TB-16粗线阵，总长约800多米，工作频率在3KHZ以下，最远探测距离达180千米。此外，英国2046、法国DSUV-61/62等也都是世界一流的拖曳线列阵声呐。
但声呐阵列是一条长线，缺少垂直孔径，所以无法分辨左右对称目标，全都当成同一个目标处理，需要潜艇机动或两条拖线阵来解决。
拖缆加声呐阵列组成
美国财大气粗，核潜艇上装备TB-16和TB-29两条拖线阵。TB-16是粗线阵，高航速时使用；TB-29是细线阵，探测距离更远，只能在慢速下使用。
另外拖线阵都被设计成较小负浮力，若是静止就会自然下沉，所以适合长时间连续行驶的核潜艇使用。常规潜艇常常坐底停车，其实不太适合，但为了增强性能很多国家也在常规潜艇上装备。
TB-16拖曳声呐装在艇身侧上部
苏联潜艇霸气，直接装在这里，曾被当成磁流体推进器
四、侦察声呐。
主要监听对方主动声呐和声自导鱼雷的信号提供预警，是被动声呐。通常装在艇艏上方扩大侦察范围，有时艇底也装一部。未来将被性能日益强大的艇艏多功能声呐取代。
英国2076综合声呐系统中的侦察声呐
五、探雷/避碰声呐。
潜艇在水下可不是一马平川，狭窄航道中有礁石、沉船、水雷等各种障碍物，浮冰下更是处处危险，所以要用探雷/避碰声呐探测。
海狼围壳上的避碰声呐
它是主动声呐，工作频率在几十到几百千赫之间，精度很高。因为频声高功率小，水中穿透距离只有几百米，所以并不担心被敌方发现。
六、海底导航声呐。
有些潜艇底部有海底导航声呐，通过探测海底地形与计算机里的数字海图对比，便能确定潜艇位置，实现导航。和风漫谈原创，禁止抄袭。
当然，前提必须要有一个非常精确的数字海底地形图。所以美国音响测量船平时总到别人家门口晃悠，就是为了测量详细海底地形，以备战时之需。
音响测量船
七、水环境传感器等。
主要测量潜艇所在水层的声速梯度，寻找水声通道和温跃层，帮助潜艇隐蔽。躲在跃变层下，就算近在咫尺敌人也很难发现。
借助深海水声通道还可以远距离监听。冷战时期，美国海狼级核潜艇潜伏在北海水声通道内，监听上千公里外的苏联核潜艇进出港口声音。
苏联潜艇的SOKS系统，能分析检测海水环境信息，从微小的变化中发现敌人。
阿库拉围壳顶部的环境检测装置
八、水声通信系统。
用声呐在水下传递信息，实现潜潜、潜舰间通讯。当然水声通信会发出信号，容易被侦听，所以只能在环境绝对安全时使用。其通信距离近，信息传递能力差，但这已经是为数不多的信息传递方案了。
总之，现代潜艇上装备各种先进声呐，帮助潜艇畅游海底。未来高性能声呐仍将不断涌现，朝着低频、大孔径、共形阵、智能化、模块化方向发展，让潜艇更有战斗力，成为最可怕的海底杀手。
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