声纳技术定位精度1

二、最大值测向
4）定向精度分析
①最大值测向方法的测向精度，主要取决于声纳系统 方向性主瓣的宽度、指示器的类型（听觉或视觉）、 声系统转动装置的精度，以及声呐操作员的生理声学 特性。
②主瓣宽度
3dB

D

Nd
N元线阵 3dB
二、最大值测向
②主瓣宽度
3dB

D
方 位 A B
方 位

3）N元等间隔线阵的波束图
一个N元等间隔线阵的波束图为
sin N 2 D N sin 2
其中

2 d

sin
二、最大值测向
3）N元等间隔线阵的波束图
第一个零点处的角度为指向性半开角应满足
N
因此

2

当 因此
sin 2 Nd
2 Nd
1 d g N 6 解得 6g 6g 2 0.39 g Nd 2


二、最大值测向
3.主动测向，视觉指示 若用同一基阵发射和接收，则接收的信号电压 D2 与成正比，即
U kD
2
与被动接收，听觉指示一致 I kD2
二、最大值测向
1）原理 由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化 而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大 时换能器或基阵的指向来测量目标方位。
二、最大值测向
1）原理 由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化 而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大 时换能器或基阵的指向来测量目标方位。
I kD
2
故
I 2kD D
声强的相对变化为
I D 2 I D
二、最大值测向
设人耳能觉察的（人耳的灵敏度）相对声强变化为 D D 0 D I 2 2 1 D 2 g D 0 D I
一、声纳系统定向的基本原理
3）简单的二元基阵定位原理
d sin

d sin c c 2 f 2 f
2 d
0, 2 测量出反映声程差的时间差或相位差，就可测出目标方位

sin
c
二、最大值测向
1）原理 由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化 而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大 时换能器或基阵的指向来测量目标方位。
因而可推知测向精度为
3 0.276 g
一般人的眼睛可感知的相对电压幅度变化为0.05~0.1 ，故
1 3 1 2
二、最大值测向
4.声纳操作人员的生理特性
听觉：
视觉：
g 0.1 0.2
g 0.05 0.1
作业
课后1、2
3
1 d 1 N 6
2
二、最大值测向
代入后得
1 d g N 3
由此解得
2
3g 1 sin 0.276 g Nd 2 2 3g 3g
一般人耳可感知0.1~0.2的相对声强变化，故有
z
R
y


R
y

x
x
一、声纳系统定向的基本原理
2）声纳系统定向的本质
测向方法与声学系统的结构有关。采用单个换能 器、两个换能器或多个换能器阵元组成的系统， 则可有不同的测向方法。然而不论采用何种具体 方法测向，其本质上均有共同之处，都是利用声
波到达水听器系统的声程差和相位差来进行声纳 系统定向的本质

1 0.276

0.1 0.2 0.087 0.123

二、最大值测向
例， d 解：

2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
，N 20 时，求测向精度？
2 2 2 0.2 弧度 11.46 Nd 20
因而测向精度

1 1 1.4


二、最大值测向
二、最大值测向
2）缺点
①定向精度不高，这是由于声系统的指向性图有一定 的宽度，而这一指向性在主轴附近随角度变化迟钝， 致使目标方位的小变化引起的输出信号幅度变化不大
二、最大值测向
2）缺点
②对多个目标的情况，这一方法显得无能为力。当存 在多个目标时，常常利用多波束接收系统进行测向。
二、最大值测向
二、最大值测向
2）优点
①简单，利用人耳或视觉指示器均可判断最大信号幅 度值，因而在分析其性能时，要和具体的指示器联系 起来。
②另一优点是利用人耳还可判别目标的性质，此外， 由于人耳的特殊功能，使得在小信号噪声比下仍可判 别目标的方位。
二、最大值测向
2）缺点
①定向精度不高，这是由于声系统的指向性图有一定 的宽度，而这一指向性在主轴附近随角度变化迟钝， 致使目标方位的小变化引起的输出信号幅度变化不大
第三章 声呐系统的定向方法
本章重点内容 声纳系统定向的基本原理
最大值测向的基本原理
相位法测向的基本原理 振幅差值测向的基本原理 相幅法测向的基本原理（了解） 正交相关测向的基本原理
本讲重点内容
声纳系统定向（测向）的基本原理 最大值测向的原理与精度分析
一、声纳系统定向的基本原理
1）测定水下目标位置
A B
A B

A B
距离
距离
二、最大值测向
②指示器类型 分析指示器所能感知的变化与方位角变化 之间 的关系。
1.被动接收，听觉指示 2.被动接收，视觉指示 3.主动测向，视觉指示 4.主动测向，听觉指示
二、最大值测向
1.被动接收，听觉指示 一般来说，人耳对声强是敏感的，而声强与声压的 平方成正比，因而
0
0
N 1 N 2 sin N 1 2 3! 2 2 D 1 N 3! 2 N N sin 2 2
1 3 利用 sin x x x 3! 即可有
2.被动接收，视觉指示 由于视觉指示（如电表摆动、幅度大小显示）时， 指示器仅指示相对声压变化，因而 U D g 1 D U D 0 代入 D 后 2
一般人的眼睛可感知的相对电压幅度变化为0.05~0.1 ，故 2 0.39 0.05 0.1 0.087 0.123