声纳技术二
水下战争中声纳技术的应用与发展
水下战争中声纳技术的应用与发展
水下战争，又称海战，是指在水下环境下进行的战争行动。声纳技术作为水下
作战中的重要技术手段，一直被军界广泛关注。随着技术的不断发展，声纳技术在水下战争中的应用越来越广泛和深入，推动了海军的技术升级和现代化建设。
一、水下战争中的声纳技术
声纳技术是指利用超声波在水中传播的特性，从中获取目标物体的信息的技术。在水下战争中，声纳技术主要应用于以下三个方面：
第一、目标探测和定位。声纳技术可以通过探测水下的声波，获取目标物体的
位置、速度、方向等信息。通过不断地和目标进行距离测量，可以实现目标的三维定位。
第二、通信传输。水下环境中，电波传输受到限制，而声波可以在水中传播，
因此可以用来传输信息。通过声纳技术，可以实现水下通信、定位和导航。
第三、水下情报搜集。通过声纳技术，可以获取海洋中各种物质的声学信号，
包括海洋生物、物理环境、敌方潜艇等，从而掌握有关情报。
二、声纳技术在水下战争中的发展历程
声纳技术在水下战争中的应用历史悠久。20世纪初期，美国军方开始将声纳技术应用于水下战争中。当时的声纳技术比较简单，只能进行单向探测，无法进行双向定位。随着二战的爆发，声纳技术得到了进一步的发展，美国、英国、德国、日本等国家都在大力研发声纳技术。二战后期，美国军方推出了强大的ASDIC声纳
系统，大幅提高了水下情报搜集的能力。
20世纪50年代，美国军方提出了声呐导航系统（SONAR），并在核潜艇上进
行了试验。这种新型声纳系统不仅可以探测目标，还可以导航定位，实现较大范围的目标搜索和定位。20世纪70年代，美国军队开发出被称为“剪刀声纳”的新型水
什么是声纳的原理和应用
什么是声纳的原理和应用
声纳的原理
声纳（sonar）是一种利用声音波传播性质进行探测和测量的技术。它利用声波在各种介质中的传播速度来实现距离测量、目标探测和成像等功能。声纳系统一般由发射器、接收器、信号处理和显示控制部分组成。
声波传播的原理
声波在介质中传播的速度取决于介质的密度和弹性系数。当声波遇到不同密度和弹性系数的介质时，会发生折射、反射和散射等现象。这些现象可以被声纳系统利用来获取目标信息。
发射器和接收器的工作原理
发射器是声纳系统中负责产生声波信号的部分。它一般使用压电陶瓷、震荡器或扬声器等装置来产生声波。接收器则是负责接收声波信号的部分，一般使用压电陶瓷、微手机或接收水柱等装置。
当发射器发出声波信号后，信号会在介质中传播并与目标发生交互作用。部分信号会被目标反射回来，被接收器接收到。接收器将接收到的信号转换成电信号，并传送给信号处理部分进行处理。
信号处理和显示控制的原理
信号处理是声纳系统中非常重要的环节，它负责对接收到的信号进行分析和处理。常见的信号处理算法包括滤波、解调、积分和差分等。
经过信号处理后，信号就可以呈现在显示器上。常见的声纳系统显示器有波形显示器、频谱分析仪和图像显示器等。这些显示设备可以将声波信号以可视化的方式展示出来，方便用户对目标进行识别和分析。
声纳的应用
声纳技术在许多领域都有广泛的应用。
海洋探测和测量
声纳技术在海洋探测和测量领域有着重要的应用。通过声纳系统可以测量海洋的深度、海底地貌以及水下目标的位置和形态信息。这对于海洋资源开发、航海安全和海洋科学研究等具有重要意义。
声纳的工作原理
声纳的工作原理
声纳是一种利用声波的反射和传播原理来探测和定位目标的技术。它的工作原理可以简单概括为发射声波，接收被目标反射回来的声波，并通过计算声波的传播时间和强度等参数来确定目标的位置和性质。
在声纳中，声波是通过水或空气等介质传播的。首先，声纳系统会发出一个脉冲状的声波信号，通常是超声波或低频声波。这个信号会在水或空气中传播，并遇到目标后发生反射。
当声波遇到目标表面时，一部分能量会被目标吸收，一部分会被目标反射回来。反射回来的声波会被声纳的接收器捕捉到，并转化为电信号。
接收器接收到反射信号后，会将信号放大并进行处理。它会分析信号的强度、频率、相位等参数，来判断信号所代表的信息。通过比较发射时刻与接收到信号的时刻，可以计算出声波的传播时间，从而测量目标与声纳的距离。
除了距离信息，声纳还可以根据接收到的信号的频率变化来推断目标的速度。如果目标在接收到声波时正在运动，声波的频率将会发生多普勒效应的变化，从而给出目标的速度信息。
综上所述，声纳的工作原理是通过发射声波，接收目标反射回来的声波信号，并根据声波的传播时间、强度和频率等参数来获取目标的位置、距离和速度等信息。这种声波的发射、传播和反射过程是声纳技术实现目标探测和定位的基础。
声纳的使用方法与注意事项
声纳的使用方法与注意事项
声纳技术是一种利用声波传播和回声特性实现目标探测和测距的技术。它在许
多领域中得到广泛应用，包括海洋探测、水下导航、鱼群捕捞、水下避障等。本文将介绍声纳的使用方法与注意事项。
首先，声纳的使用方法有多种。其中最常见的是利用声纳进行海洋探测和测量。声纳探测系统由发射器和接收器组成，通过发射声波并接收其回波来确定目标的位置和距离。在海洋勘测中，可以利用声纳测量海底地形和水深，为海洋资源开发和海底管道布设提供数据支持。在海底导航中，声纳可用于定位和导航潜艇、无人潜水器等。此外，声纳还被广泛应用于鱼群捕捞和水下避障等领域。
然而，在使用声纳时也需要注意一些事项。首先是频率选择。声纳的频率会影
响到其探测范围和分辨率。一般来说，低频声纳的探测范围广但分辨率低，适合用于大范围的海洋探测；而高频声纳的探测范围窄但分辨率高，适合用于精细的目标探测。因此，在选择声纳系统时需要根据具体应用需求来确定频率。
其次是信噪比的控制。声纳系统中的信噪比是指目标回波信号与背景噪声信号
之比。信噪比较高，探测目标的准确性和灵敏性就越高。而在海洋环境中，背景噪声往往较大，所以要控制好信噪比非常重要。一种常用的方法是通过信号处理技术，如滤波和增益控制，来提高信号的清晰度和分辨率，减少背景噪声的干扰。
此外，还要注意声纳的工作距离和工作深度。声纳在使用时需要确保其工作距
离和工作深度在合理的范围内，以保证其正常工作和准确探测。对于不同种类的声纳系统，其工作距离和工作深度有所不同，所以在实际应用中需要根据具体需求来选择合适的声纳系统。同时，还需要注意声纳的安装位置和姿态调整，以最大程度地提高探测效果。
声呐技术的原理与应用
声呐技术的原理与应用
1. 声呐技术的基本原理
声呐技术是利用声波在介质中传播的原理来进行探测和测量的一种技术。声波
是一种机械波，其传播速度取决于介质的密度和弹性。声波在水中传播的速度约为1500米/秒，而在空气中传播的速度约为340米/秒。
声呐系统主要由发射器和接收器两部分组成。发射器通过震动装置产生声波信号，并将信号传播到介质中。接收器则接收反射回来的信号，并将其转换为电信号进行处理和分析。
2. 声呐技术的应用领域
2.1 水下探测与测量
声呐技术在海洋勘探、水下测量和海洋生态监测等领域中具有广泛的应用。通
过声波的传播和反射，可以获取水下目标的位置、形状和性质等信息。在海洋勘探中，声呐技术可以用于寻找沉船、海底矿藏和海底地形等。在水下测量中，声呐技术可以用于测量海洋物理参数、海底地形和水深等。在海洋生态监测中，声呐技术可以用于监测鱼群分布、海底生物和海岸线变化等。
2.2 水下通信与导航
声呐技术在水下通信和水下导航领域也有着广泛的应用。由于水中传播环境的
复杂性，电磁波通信在水下的传输效果较差。而声波具有较好的传播性能，因此可以利用声呐技术实现水下通信。声呐技术还可以用于水下导航，在海洋中定位和导航船只、潜水器和水下机器人等。
2.3 鱼群探测与捕鱼
声呐技术在渔业领域中应用广泛。通过声波的传播，可以探测到水下鱼群的位
置和数量等信息。渔民可以根据这些信息来确定捕鱼的位置和方式，提高捕获效率。此外，声呐技术还可以用于鱼群监测和资源评估，有助于科学管理渔业资源。
2.4 声纳反射成像
声纳反射成像是声呐技术的一种应用形式。通过发射声波信号，并接收反射回
声纳是什么工作原理的应用
声纳是什么工作原理的应用
什么是声纳
声纳（Sonar）是一种利用声波在水中传播的原理来进行测距、探测和通信的技术。通过发射声波脉冲并接收其回波，声纳可以获取目标物体的位置、形态等信息。声纳在海洋探测、水下导航、捕鱼、测量水深等领域有着广泛的应用。下面将详细介绍声纳的工作原理及其应用。
声纳的工作原理
声纳系统主要由发射器、接收器和设备控制系统三部分组成。工作过程如下：
1.发射器发射声波脉冲：声纳系统中的发射器会产生一系列高频声波脉
冲。这些声波脉冲往往以固定的频率和振幅进行发送。声波脉冲通过压电晶体或电磁换能器转换成机械能后，进一步转化为声能并发射出去。
2.声波脉冲在介质中传播：发射出的声波脉冲在水中以声速传播，直到
遇到目标物体或水下地形。声波在水中传播的速度取决于水的密度和温度等因素。
3.回波被接收器接收：当声波脉冲碰撞到目标物体或水下地形时，一部
分声波会被反射回来，形成回波。接收器接收并转化回波信号，将其转化为电信号。
4.回波信号的处理和分析：接收器将接收到的回波信号传输给设备控制
系统进行分析、处理和解码。设备控制系统可以根据回波信号的强度、时间和频率等信息，计算出目标物体的位置、形态、运动状态等。
声纳的应用
声纳技术在海洋、水下探测、通信和测量等领域有着广泛的应用。
海洋探测
声纳技术在海洋探测中起着关键的作用。通过声纳系统可以对海底地形、海洋生物和海洋环境进行精确测量和探测，有助于地质勘探、海底管线敷设、海洋资源调查等工作的开展。此外，在海洋科学研究中，声纳技术也被广泛应用于鱼群数量估计、海底植被调查等方面。
声纳的原理
声纳的原理
声纳是一种利用声波进行探测和通信的技术，它在海洋、水下、空中等领域有
着广泛的应用。声纳的原理是利用声波在不同介质中传播的特性，通过声波的反射、折射等现象来获取目标物体的位置、形状和性质信息。声纳技术的发展对于海洋资源的开发、水下探测、水声通信等领域有着重要的意义。
声纳的原理可以简单地分为发射和接收两个过程。在发射过程中，声纳系统会
产生一定频率和强度的声波信号，并将其传播到水下或空中。这些声波信号会与目标物体发生相互作用，一部分被目标物体反射回来，另一部分则继续传播。在接收过程中，声纳系统会接收到反射回来的声波信号，并通过信号处理和分析来获取目标物体的信息。
声纳的原理涉及到声波在不同介质中传播的特性。声波是一种机械波，它需要
介质来传播，可以在固体、液体和气体中传播。声波在传播过程中会受到介质密度、压力、温度等因素的影响，从而产生折射、反射、散射等现象。通过对声波在介质中传播的特性进行分析，可以获取目标物体的位置和性质信息。
除了传播特性，声纳的原理还涉及到声波与目标物体的相互作用。当声波遇到
目标物体时，会发生反射、散射等现象，一部分声波被目标物体反射回来，这些反射回来的声波包含了目标物体的信息。通过接收这些声波信号，并进行信号处理和分析，可以获取目标物体的位置、形状和性质信息。
声纳的原理还包括了声波的发射和接收技术。声波的发射需要发射装置来产生
一定频率和强度的声波信号，而声波的接收则需要接收装置来接收和处理反射回来的声波信号。通过发射和接收技术的不断改进和创新，可以提高声纳系统的探测和通信性能。
声音的应用知识点总结
声音的应用知识点总结
声音是我们日常生活中不可或缺的一部分，它在各个领域发挥着极为重要的作用。本文将总结声音的应用知识点，探讨声音在不同领域中的应用。
一、声音在通信领域的应用
1. 电话通信：声音是电话通信的基础，我们可以借助话筒和耳机来进行远程通话。此外，语音信号的数字化处理使得电话通信更加高效可靠。
2. 无线通信：声音的无线传输应用广泛，如无线电、广播电台和电视等。它们利用无线电波将声音信号传输到接收器上，实现远距离的通信和广播。
3. 声纹识别：利用声音的独特特征进行身份识别。声纹识别技术可以应用在安全领域，如个人手机解锁、语音支付等。
二、声音在医学领域的应用
1. 超声波诊断：超声波在医学影像学中被广泛使用。通过超声波的回波，医生可以观察身体内部的器官结构和组织状况，进行疾病的诊断和监测。
2. 人工耳蜗：人工耳蜗是一种通过电子设备恢复听力的医疗技术。它通过感应声音，并将声音转化为电信号，通过神经传递使得患者能够感知声音。
3. 声波刀：声波刀是一种利用高能声波切割组织的医疗设备。它在手术中常用于精确切割，避免对周围组织的损伤。
三、声音在音乐和娱乐领域的应用
1. 音乐演奏：声音是音乐的灵魂，各种乐器都利用声音来演奏出美妙的旋律。例如，钢琴利用琴弦的振动产生声音，各种乐器的不同音色也是由声音特性所决定。
2. 录音与播放：声音的录音和播放技术使得我们可以随时随地欣赏音乐，观看电影和电视节目。录音技术还可以用于语音记忆和音频信息的存档。
3. 揚声器和耳机：揚声器和耳机是声音输出设备，可以将电信号转化为声音信号，并使我们能够清晰地听到音乐和声音。
声纳培训教材
人们对达·芬奇的空气听测管进行了改进，可测定水下噪声目标的方向。有经验的操作 人员，可通过转动听测管的方向，来对水下目标进行较精确的定向。
中船重工七五０试验场
漂流型听测设备
中船重工七五０试验场
安装在潜艇和水面舰艇上的SC型声接收器
中船重工七五０试验场
一 现代声纳技术及其发展
对声纳技术的需求还来自海洋开发. 水声遥测始终是获得海洋环境参数的最重要手段之一. 大洋测温、近海油气田的数字地震勘探、声层析、大洋海底金属矿的开采以及水气化合 物的勘探开发都离不开声纳技术.
中船重工七五０试验场
一 现代声纳技术及其发展
（二）现代声纳技术
• 声纳信号处理的热点问题
在作为声纳技术的理论支撑的水声信号处理是一门综合性的边缘学科. 它在发展进程中, 既有自己的特色,又吸收了雷达、医学成像、通信、语音信号处理等其他领域的成果. 1998年, IEEE信号处理分会为纪念协会成立50周年,编发了一篇专稿,即《水声信号处理 的过去、现在与将来》. 文章回顾了水声信号处理的发展历史,提出了一些有潜在应用价 值的热点技术,如合成孔径技术、声层析、水声通信等.水声信号处理理论的发展面临着 众多问题,相关和临近学科又不断产生一些新的概念,所以水声信号处理专家以积极而审 慎的态度来对待它们,一方面担心错过了应用新理论的机会,一方面又怀疑它们是否真的 能在声纳系统中获得应用. 这些课题是不胜枚举的,例如人工神经网络、混沌理论、小波 变换、分维变换与时间反转算法等. 我们在本节中就水声信号处理本身介绍若干热点问 题.
声呐(纳)技术 ：第二节 直线多波束阵的有关问题
离 R 的所有目标，要求的最短时间为
s
R
Tmin
2R c
s
二十二
11
Tmin
2R s
c
其中，2R / c 为信号从阵到达最大距离尺的目标
往返的时间，在这一时间内波束不能旋转大于
一个波束的角度，否则就会丢失目标。
二十二
12
例，如当最大作用距离R=15km, s 360 o , 10o
二十二
3
一、引 言
1. 早期的声呐只有一个波束
这种声呐一般只采用阵的极大值方向或补偿到 某一方向上实现对目标的定向。由于单波束声 呐在一次收发过程中只能观察一个波束所覆盖 的波束空间，若要观察一个大的扇面，就必须 用机械或电子的方法来转动这个波束，使其逐 步搜索并覆盖该扇面。
二十二
4
第二次世界大战美国潜艇潜艇用JP听测设备
多波束系统所需的最短扫描时间为多少？
二十二
15
二、线阵的自然指向性特性
R
sin
N
N
sin
2
2
sin
N
d
N
sin
d
sin sin
| R( ) |
/ Nd
/d
sin( )
等间距直线阵极大值、旁瓣和零点分布
声纳原理_声纳波束形成
声纳原理_声纳波束形成
声纳（Sonar）是利用声波在水中传播的原理，通过发送声波并接收
其回波来探测、定位和识别目标物体的一种技术。它在军事、海洋、海底
地质勘探等领域有着广泛的应用。声纳波束形成是声纳技术中的关键环节，它决定了声纳系统在定位和探测目标时的分辨率和准确性。
声纳波束形成的原理是通过调控发射声源的声波传播方向和接收声波
的灵敏度，来实现对目标的定位与识别。具体来说，声纳波束形成通常分
为两个步骤，即发射波束形成和接收波束形成。
发射波束形成是指如何控制声纳发射的声波的传播方向。声纳系统一
般采用阵列式的发射器，它由若干个发射单元组成，每个发射单元都可以
独立地控制发射的声波。通过控制每个发射单元的发射时刻和发射信号的
相位，可以实现对声波传播方向的控制。常用的发射波束形成方法有脉冲
波束形成和相控阵形成。
脉冲波束形成是指通过在不同的时间点上以不同的幅度同时激励发射
单元，以形成一个具有特定方向和宽度的声波传播束。具体来说，对于每
个发射单元，可以设置一个延迟时间和幅度，延迟时间决定了声波传播的
方向，幅度决定了声波传播的强度。通过适当调整延迟时间和幅度，可以
让声波在特定的方向上加强，形成一个窄而强的声波束。
相控阵波束形成是指通过调节发射单元的相控器，使得发射的声波形
成一个具有特定方向的波束。相控阵波束形成主要是利用声波传播的相位
差原理。在相控阵中，每个发射单元的相控器会给每个单元一个独特的相位，通过适当调节这些相位，可以使得发射的声波在特定方向上形成叠加，从而形成一个具有特定方向和宽度的波束。
声纳技术
声纳技术
1、举例说明声纳能够完成的主要功能（至少4种）。
2、举例说明声纳系统的战术指标（至少3种）。
3、声纳设备按装备对象可分为哪几类（至少3种）。
4、声功率为1W时其声源级为多少？
5、从信号波形上看，CW脉冲信号有什么特点？
6、从信号波形上看，LFM脉冲信号有什么特点？
7、信号的时间分辨力和频率分辨力分别取决于信号的哪些参数。
8、简述最大值测向方法的基本原理。
9、相位法测向时，若信号频率提高，测向的精度如何变化，基元间隔减小，又如何变化。
10、说明发射采用波束形成的意义。
11、基阵的方位分辨力取决于哪些参数。
12、说明基阵幅度加权的目的。
13、主动声纳探测15km目标时的回波时间约为多少？
14、说明接收系统中采用波束形成的意义。
15、回波时间为10秒的主动声纳估计目标的距离大致为多少。
16、连续信号能否进行目标距离的测量？举例说明。
17、写出目标与声纳相对运动速度为v时，频率为f0的发射信号的接收频率为何？
18、说明声纳设备采用收发转换开关的作用。
19、声纳接收机有哪些技术指标（至少3个）。
20、接收信号为10uv到100mv的动态范围用dB 表示为多少？
21、检测概率为95％的漏报概率为多少？
22、当接收机门限提高时，检测概率提高，虚警概率下降的说法是否正确？
23、什么是多普勒不变信号？
24、接收机的工作特性描述了哪几个参数之间的关系？
25、什么是接收机的动态范围压缩？
26、写出N元等间距线阵的第1栅瓣满足的关系式。
27、什么情况下说两个波束是独立的？
28、N元等间距线阵插入相移β时最大值指向的方
声纳的用途和功能包括
声纳的用途和功能包括
声纳（Sonar）是一种利用声波进行探测和测量的技术。它广泛应用于海洋科学、水下探测、水下通信、渔业、地质勘探等领域。声纳的用途和功能非常多样，下面将对其进行详细介绍。
1. 水下探测：声纳是水下探测的重要工具。它能够发射声波，并通过接收回波来获取目标物体的位置、形状和性质。在海洋科学中，声纳可用于探测海底地形和地质构造，研究水下的地震活动、海底沉积物、海洋生物等。在水下工程中，声纳可用于检测障碍物、管道和海底设施，用于水下搜救、海底考古、水下建设和维修等。
2. 水下通信：声纳也可用于水下通信。由于水中传播声波的速度较快，声纳能够实现远距离的水下通信。在水下作业、水下探测和科学研究中，声纳可用于传递指令、获取数据和交流信息。
3. 渔业：声纳在渔业领域被广泛应用。它可用于捕鱼船舶寻找鱼群、判断鱼群的大小和密度，并预测鱼群的迁徙和分布。声纳可通过鱼群的回波来分析鱼的数量和种类，帮助渔民选择最佳的捕鱼地点和捕鱼工具，提高渔业生产效率。
4. 地质勘探：声纳在地质勘探中也有重要应用。它可用于测定地下的水域和岩层分布、地下溶洞和矿产资源等。通过分析声纳回波的特征，地质学家能够了解地下的地质构造和形态，进而推断地下资源的类型和分布。
5. 军事应用：声纳在军事领域有广泛的应用。潜艇利用声纳技术进行水下目标的探测、跟踪和定位。水面舰艇也利用声纳来进行水下威胁的侦测和反制。此外，声纳在水雷检测和处理、水下导航和水下战斗中也起着重要的角色。
6. 医学影像：声纳技术在医学影像领域得到了广泛应用。超声波成像采用了声纳的原理，可以对人体组织进行无创检测，用于产前检查、胎儿监测、器官检查等。声纳成像具有分辨率高、成本低等优势，已成为医学领域不可或缺的工具。
声纳技术及其应用与发展
声纳技术及其应用与发展
声纳技术是一种不需要接触海底的物理技术，可以将推动介质内的声
波转化为电子信号从而获取海洋环境数据，这一技术具有广泛的应用和潜
在的发展潜力。
声纳技术通常需要使用一个捕获声波的发射器和一个接收器。发射器
将振动发射到海洋环境，这些振动会在海洋环境中形成声波，声波将通过
海洋环境传播并反射出来，而接收器将捕获到此反射声波，来获取海洋环
境数据。声纳技术也可以在极低的温度和极高的压力下实现。
声纳技术有着广泛的应用。它可以用于海洋科学研究，比如测量海洋
环境中的温度、压力和浊度，以及海洋生物的分布状况，甚至可以用于监
测鱼类活动；在海底探测方面，声纳可以用于测量海底沉积物的厚度，监
测海底油气井的活动状况，还可用于对海底管道、网格及混凝土结构进行
检测和评估。使用声纳可以快速、准确、多维度且可重复性更强地获取海
洋环境数据，比传统的近海勘测方法更精确。此外，声纳还可以用于船舶
导航、海底研究、潜水检测等。
声纳技术的发展前景广阔，其最大优势在于可以提供实时、重复性强、多维度的海洋环境数据。
声纳
1490年至第一次世界大战前克认为是声呐技术的漫长探索阶段.1914至
1918年的第一次世界大战是声呐发展的第二阶段.第一次世界大战后至第二次世界大战前是声纳技术稳定而持续发展的时期.第二次世界大战的爆发,使声呐技术迅速发展到新的阶段.第二次世界大战结束至今的60多年,随着科学技术的进步,声纳技术也得到了突飞猛进的发展.
按工作性质（战斗任务）分类，可分为通信声呐、探测声呐、水下制导声呐、水声对抗系统等
所谓战术指标，是反映和表征战术性能的那些参数，例如作用距离、方位角测量范围及精度、定位精度、分辨率、搜索速度、跟踪距离、环境条件以及盲区等。
技术指标是为确保战术指标的实现，系统应具有的技术参数，例如发射功率、脉冲重复频率、工作频率、接收灵敏度、脉冲宽度等。
盲区是在声呐作用距离之内，由于受到某些条件的限制而无法探测到目标的区域。一般用图形或角度、距离范围表示。盲区从形成的原因上可分为物理盲区、几何盲区、尾部盲区、脉冲宽度盲区和混响盲区等。
For personal use only in study and research; not for commercial use
几何盲区是由于换能器的倾角或波束开角的限制而造成的
尾部盲区是由舰艇尾流造成的盲区。因舰艇尾部螺旋桨噪声较强，舰艇尾部构成一个强散射区，以致声呐很难收到从这一方向来的信号。尾部盲区大约在舰艇后首部尾线范围内。
物理盲区是由声线弯曲造成的盲区。射线声学告诉我们，由于声速在垂直方向有梯度，造成声线弯曲，形成某些声阴影区，如果目标处在阴影区内，声呐将探测不到。
声纳的原理和应用
声纳的原理和应用
1. 声纳的简介
声纳是一种利用声波进行探测和测量的技术。它利用声波在水中的传播特性，通过发送和接收声波信号来测量和探测水中的目标或环境。声纳技术在海洋科学、水下导航、海洋资源勘探等领域有着重要的应用。
2. 声纳的原理
声纳技术是基于声波传播的原理。声波是一种机械波，能够在介质中传播。声波的传播速度取决于介质的密度和弹性系数。声纳系统一般由发射器、接收器和信号处理器组成。
•发射器：发射器将电信号转换为声波信号，并将其发送到水中。声波信号可以是单一频率的连续波或脉冲信号。
•接收器：接收器接收到水中的声波信号，并将其转换为电信号。接收器可以是单通道或多通道的。
•信号处理器：信号处理器对接收到的声波信号进行处理和分析。它可以提取目标的相关信息，如距离、方位角等。
3. 声纳的应用
声纳技术在许多领域都有着广泛的应用，下面是一些声纳应用的示例：
3.1 声纳测量
声纳技术可用于测量水深、水质和水温等环境参数。它可以通过分析声波在水中的传播特性，来获取关于水体的信息，为海洋科学研究和海洋资源勘探提供数据支持。
3.2 水下通信
声纳技术在水下通信中起着重要作用。由于电磁波在水中传播的受限，声波通信成为了水下通信的主要方式之一。声纳通信系统可以实现在水下进行语音、数据和图像的传输。
3.3 鱼群探测
声纳技术在渔业应用中广泛使用。声纳系统可以探测到水中的鱼群位置和数量等相关信息，帮助渔民确定最佳的捕鱼地点和时间。
3.4 水下导航
声纳技术在水下导航中起着重要作用。声纳系统可以用来测量航行器与水下目标的距离和方位角，并为水下航行器提供位置定位和导航支持。
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哈尔滨工程大学声纳技术实验报告
实验2 等间距线列阵的指向性
姓名：
班级：20100513
学号：201005130
2013年4 月20日
1.实验目的
加深对基阵指向性图的理解；掌握常用声基阵的设计方法。
2.基本原理
基阵的自然指向性
定义: 设一由N 个无方向性阵元组成的接收换能器阵,各阵元位于空间处,将所有阵元的信号相加得到的输出,就形成了基阵的自然指向性。 N 元等间距线阵的自然指向性
假设0
()()
0cos F t A t ω=
那么，由图可知1号阵元的接收信号为：
()()
1cos F t A t ωφ=-
同理，2号阵元的接收信号为：
()()
2cos 2F t A t ωφ=-
N-1号阵元的接收信号为：
()()
cos n F t A t n ωφ=-
其中,A 为信号幅度；ω为信号角频率；φ为相邻阵元接收信号间的相位差
22sin d
f πφπτθ
λ
==
()
Re ∙为取实部的记号。阵输出为：
()()1
100,Re N N j t jn n n n s t F t A e e ωφθ----==⎡⎤
==⋅⎢⎥⎣⎦∑∑
指向性函数：
τ=1
2
()
sin sin sin 2sin sin sin 2N N d R d N N φπθλθφπθλ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭==
⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪
⎝⎭⎝⎭
含相移β的指向性函数：
()
000sin ()sin (sin sin )2,1sin ()sin (sin sin )2N N d R d N N πφβθθλθθπφβθθλ⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪
⎝⎭⎝⎭=
=⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪
⎝⎭⎝⎭
其中0sin d
πβθλ
=
3.实验内容
（1）画出均匀间距线列阵的自然指向性图，分析主波束宽度、第一副极大位 置、第一副极大级、零点个数，与理论值比较；
参数：阵元数为30，阵元间距为半波长，信号中心频率为1.5kHz ，声速为c =1500m/s 。
（2）分析均匀间距线列阵指向性图的性能与各参数的关系。
波束宽度、极大值之间零点个数及零点间隔与线列阵阵元数的关系，与理 论值是否一致；
中心非模糊扇面宽度与阵元间距的关系；
中心非模糊扇面内的独立波束数与阵元数的关系，与阵元间距的关系。 （3 ）通过理论计算阵元间距为和中心频率分别为1kHz 时主瓣宽度均为20 度的参数，并画出指向性图，分析其差别。4. 实验结果及数据分析 首先，画0θ=0，d 与λ不同关系时的波形：
4. 实验结果及数据分析
clear all close all clc
X=-2*pi:0.01:2*pi;
N=30; %阵元数
c=1500;
f0=1500;
bo_chang=c/f0;
d=bo_chang/2; %阵元间距
a=sin(X);
M=sin(N*pi*d*f0*a/c);
P=N*sin(pi*d*f0*a/c);
R=abs(M./P);
figure
plot(a,R);
title('基阵指向性函数图（d=λ／2）')
xlabel('sin(X)');
ylabel('R');
d=λ／2时，不会出现栅瓣，零点数29，波束宽度为7.6度。
clear all
close all
clc
X=-2*pi:0.01:2*pi;
N=18; %阵元数
c=1500;
f0=1000;
bo_chang=c/f0;
d=bo_chang/3; %阵元间距
a=sin(X);
M=sin(N*pi*d*f0*a/c);
P=N*sin(pi*d*f0*a/c);
R=abs(M./P);
figure
plot(a,R);
title('基阵指向性函数图（d=λ／3）')
xlabel('sin(X)');
ylabel('R');
由主波数宽度为20度，计算的N=17.2，取N=18，clear all
close all
clc
X=-2*pi:0.01:2*pi;
N=18; %阵元数
c=1500;
f0=100000;
bo_chang=c/f0;
d=bo_chang/3; %阵元间距
a=sin(X);
M=sin(N*pi*d*f0*a/c);
P=N*sin(pi*d*f0*a/c);
R=abs(M./P);
figure
plot(a,R);
title('基阵指向性函数图（d=λ／3）')
xlabel('sin(X)');
ylabel('R');
比较以上俩图，可知频率的大小对基阵的性能无影响。
基元间距d=人时，出现栅瓣，两个极大值之间有28个旁瓣，中心非模糊扇面sin（X）≤与理论值符合
5.结论
1、中心非模糊扇面与基元间距的关系：sin（X）≤
2、两个极大值之间有N-2个旁瓣
3、零点个数N-1
4、阵元数目越多，指向性越尖锐
5、信号的特性不会影响基阵的指向性
6.总结及心得体会
通过此次实验，加深了对声纳技术课程中的线阵指向性的理解，见到了实际的基阵的指向性，理论与实际的有力结合，对于以后的深入学习起到了很大的帮助作用。此次实验，使我对声纳系统的应用产生极大的兴趣。MATLAB软件的运用使得我掌握了一门实验工具，对于以后的实验工作起到的至关重要的作用。
此次实验使我对Matlab的操作更加熟练，为今后的实践积累经验。