声纳是一种利用超声波的水下探测设备。它主要是装置在海军舰艇或船只上用来发现水下目标，如潜水艇、水雷、沉船、冰山、暗礁等等，并且确定它们的位置。同时，它也能测量水深、探测鱼群和绘制海底地图。具有后面几种用途的声纳设备，通常叫做回声测深仪或鱼群探测器。
声纳装置在水中向一定方向发射超声波脉冲信号，当这种信号撞击到比信号波长大的物体上时，其中的一部分就被反射回来，这些回波经过接收和放大，同时在一个显示器（通常是用一个阴极射线管）上显示出来，根据显示的情况就可以确定目标的位置和距离。回波信号还可以变换成音频信号送到扬声器或耳机中，把收到的信号变为可以听见的声音。为了得到更好的方向性，脉冲信号是集中成一个细锥形波束发出去的（见图1）。
由此可见，声纳的工作原理与雷达非常相似，不同的是雷达发射的是微波信号，而声纳一般是发射18—40千赫的超声波。微波能量在水中会被强烈地吸收而不能有效地传送，因此无法采用。超声波在水中的损耗很小，能够较好地传送。另外一个不同之处是它们的传播速度不同：雷达信号是以每秒三十万公里的光速行进，超声波的行进速度，在海水中大约为每秒1500米，而且要随着水温的不同起变化。
声纳的脉冲信号，是从一个可以把电信号变成为超声波的换能器发出的。同一个换能器又能够接收回波，并把它变为电信号送到接收机和显示器中去。换能器一般是装在船身下面的，同时把它放在充满水的钟形外壳中。钟形外壳中的水可以认为是“静水”，因此这个钟形外壳能够减少水的骚动和船的噪声对换能器的影响，但是不会减低声纳的效率，因为它是用能够传送超声波的材料作成的。换能器可以在所有方向上转动，同时还能倾斜不同的角度。
如果声波的传播速度一定，则目标的距离可以用从发出脉冲信号到接收到回波所用的这一段时间来测量。例如，假定这一段时间为4秒钟，如果声波的传播速度为每秒1440米，那末，目标的距离别为2×1440＝2880米，即目标的距离是脉冲信号行段距离的一半。声波在海水中的传播速度随盐份和温度的不同而有所变化，温度从30°变到85°时，速度的变化范围为每秒1410米至每秒1590米。除了在大河口附近有淡水的影响外，海水的盐份基本上是相当固定的，所以，在定标声纳装置时，一般不需要考虑海水的含盐量，只需要考虑水温的变化。
图2是一种在阴极射线管上的回波显示信号。这是一种由回波产生偏移调制的A型扫描。水平扫迹标以目标的距离标度，用发射脉冲开始扫描。根据回波脉冲信号的位置，就可以得到目标的距离。图上示有两个回波脉冲信号，可以看出第一个目标比第二个目标距离近一些。第二个脉冲由于通过了较长的距离，衰减较大，所以振幅较小。距离的刻度可以用不同的单位标出。有时候也使用垂直扫迹，这时回波脉冲信号是在水平方向出现。目标的方向，由换能器接收到回波时的方向决定。
图3为一典型的声纳装置方框图。振荡器产生电脉冲信号，经过放大传送给换能器，由它把电脉冲信号变为超声波脉冲信号发射出去。当信号碰到目标反射回来被换能器接收后，又把它变为电信号送到接收机和显示器中去。整个装置由控制单元控制，它的输出分别送到振荡器、接收机和显示能。控制单元一般是通过操作面板来控制测距范围和发射脉冲的宽度。所发出的脉冲的特性是很重要的，因为它们次定着整个装置所能探测到的范围。
脉冲以很短促的时间发出，然后停发一个较长的时间。发射脉冲的时间叫脉冲宽度或脉冲的持续时间，而停发时间叫收听时间（见图4）。从一个脉冲开始到下一个脉冲开始为脉冲重复时间。最大探测范围就是由脉冲重复时间来确定。脉冲重复时间较长，可以使信号传送得较远，并且在下一个脉冲信号发出之前收到回波信号。最小探测范围则由脉冲持续时间决定。如果脉冲持续时间太长，近的目标回波就会与发射的脉冲混在一起分不清楚。所以，为了探测近距离的目标，需要较短的脉冲持续时间。不过，在主要是为了探测远距离的目标时，还是应该用持续时间长的脉冲，因为它可以送出更多的能量，使收到的回波信号较强。
换能器可以使用压电式的或磁致伸缩式的。后一种用得较多，因为它在低频率时能够产生较大的功率。图5是一种典型的磁致伸缩换能器。换能元件是许多镍管，当它受到磁场的影响时，长度会发生变化，这种现象叫做磁致伸缩效应。每一根镍管的一头嵌在一块叫做振动膜的钢板上，每根管上分别绕着驱动线圈。当由振荡器产生的电脉冲信号送到线圈中时，镍管的长度就发生变化，同时带动振动膜振动而产生超声波信号。接收时，回波脉冲使振动膜振动，同时镍管也随着振动，于是，在每个线圈中都感应出电压。压电式换能器，则是由许多独立的压电晶体嵌在振动膜中构成。它的工作过程与磁致伸缩型的差不多。
回波信号可以用不同的方法在阴极射线管上显示出来。前面已经谈到，采用A型扫描时，只能指示出一个信号发射方向的距离。如果采用扫描360°的平面位置显示器，就能够显示出周围的任何目标，同时指示出距离和方位（图6）。这时回波信号是送到显示器作亮度调制的，也就是说，在有回波信号时扫描踪迹就变得较亮一些。
声纳的探测范围，要根据水下的情况、发射功率等因素而定，一般可从几米到几公里。无法预知的变化和各种噪声，如螺旋桨噪声、船的振动、水流动、以及一些鱼类所造成的噪声等，可能影响声纳的正常工作；不同水层的温度差别也会降低声纳的精度；海里的生物还可能发射波束，产生虚假的回波。解决了这些问题，就会进一步增加声纳的探测范围和提高探测的精度。（蒋泽仁编译）