如果不算軍事用途,那就可以認為,聲呐在捕魚業中應用得最廣泛了。20世紀30年代第一次使用聲呐時,就真正地改變了整個漁業的麵貌。在遼闊的大海中,捕魚作業不再瞎摸了。確實,最初使用魚群探測器,隻能發現大的魚群,因此,阿拉斯加、挪威、太平洋沿岸各國、蘇聯和日本的漁民使用魚群探測器大規模捕撈鯡魚和沙丁魚;他們隻是在探測到大魚群之後才放下大魚網、拖網或網罟。當然,利用魚群探測器探測大魚群,現在也是最容易不過的事了。但現在的魚群探測器甚至在惡劣的天氣時,在拖網捕魚的最大深度,也能記錄到離海底50厘米處一條單獨的大魚身上反射回來的信號。通過漁業中魚群探測器的應用,可以研究回聲探測的一些理論問題以及用聲在水下“視”物的問題。
在最早的魚群探測儀以及最簡單類型的現代魚群探測器(回聲探測器)中,聲波束都是垂直向下發射的。回聲探測儀在中等深度的水中最為有效,雖然,根據某些樂觀的看法,回聲探測儀也可用於深水探測。要做到這一點,就必須使發出的(以及接收的)聲束的寬度約為30°,脈衝功率為200瓦,脈衝持續時間為1毫秒鍾,探測器工作頻率為3萬赫。用這樣的魚群探測器,可以在100米的深度發現一條單獨的鯡魚,或者在200米的深度發現一條大鱈魚。
當然,要辨認出一條單獨的魚,這條魚必須同其他目標(特別是海底)保持一定距離,位於沿著垂直方向大於脈衝寬度、沿著水平方向大於聲束寬度的地方。1毫秒鍾的脈衝寬度在水中為1.5米;在深度約180米的水中,聲束寬度為100米。因此,在聲束寬度和探測深度規定的這個範圍內,不可能區別出單獨的一條魚。即使這一地區有幾條魚在遊動,魚群探測器仍然隻能記錄到一個反射信號。
怎樣提高魚群探測器的分辨本領呢?對這個問題的回答是十分清楚的:使聲束更窄,使脈衝更短。這些改變,全可用提高頻率來完成。事實上,要發出寬度為30°、頻率為3萬赫的聲束,可以使用橫向尺寸約為所發射的聲的兩個波長(約10~15厘米)的換能器。如果我們想獲得寬度為2°的聲束,那就得使用直徑比發出的聲波長大30倍的換能器(就是說,約150厘米)。這種尺寸的換能器,價值非常昂貴,使用時很不方便。因此,最簡單的方法是提高頻率、縮小波長。
用高頻聲工作,我們既能獲得較窄的聲束,又能獲得較短的脈衝。要形成頻率為30萬赫、寬度為1°的聲束,所需的換能器,橫向尺寸不大於30厘米。那樣的話,在深度180米探測的範圍可縮小到沿水平方向為3米,沿垂直方向為1毫米。
但是,聲呐探測能力的提高是靠犧牲它的其他性能取得的。由於聲的穿透力隨著它的頻率的增加而減弱。增加聲脈衝的功率,可以補償這一效應。即使如此,在頻率超過10萬赫時,窄聲束聲呐的有效遠程就受到限製(180~270米)。使用窄聲束聲呐還產生另外的問題。問題在於,無論如何,必須使聲呐的窄聲束恰恰同步於船隻的運動,否則,反射信號將從船隻旁邊通過而無法記錄,我們也就收不到大魚群位置的信息。長期的試驗證明了窄聲束聲呐用於探測魚群以及確定魚群密度的價值。使用某些魚群探測儀,不僅可以確定魚的大小,而且可以判明它們的種類。
從工作頻率3萬赫轉到30萬赫時,噪聲的類型實際上也在變化。到現在為止,我們都是假定聲呐記錄到唯一聲波,就是我們發出的信號的回聲。很遺憾,實際上問題要複雜很多。首先,大海本身就是噪聲源;其次,大海充滿人類活動造成的聲音(例如,船舶發動機螺旋槳的噪聲)。海洋噪聲可以分為兩類:波浪運動、海洋動物和魚類造成的海洋本身噪聲和分子不規則運動造成的“熱”噪聲。聲呐以低於10萬赫的頻率工作時,主要的幹擾就是海洋本身噪聲。在頻率大於10萬赫時,熱噪聲就成了主要幹擾。這兩種噪聲的性質都很不規則。這就使得聲呐的應用受到某些限製。當然,利用特殊的電子裝置,可以使噪聲的影響降低到最小限度。這裏主要的問題是增大發射器的功率和改進信噪比,這就能相當地擴大聲呐的使用範圍。