声呐技术浅述全解26页PPT
侧扫声呐-69页精品文档
强反射 弱反射 正常反射 反射阴影
22
2、形成原因 2019/9/21
物质组成的影响 地形影响
23
•物质组成的影响
海面
海水
声呐拖体
海底
沉积物
Ar RAi
R 2V 2 1V 1 2V 2 1V 1
发射的声波在到达海底前，穿过的 是水体。若水体均匀，无声阻抗界 面，则无反射波。
垂 直 波 束 角
覆盖宽度太小，探测效率低
具有较高的工作频率 （几十KHz——几千KHz）
水体相对均匀，对波的吸收也较少 频率高的波探测分辨率较高
防止泥面下地层回波的干扰
三、侧扫声呐图谱内容
直达波 海面线 海底线 海底反射
海面上物体 水体中物体 甚至近海底地层中的物体
21
四、图谱的识别 2019/9/21
测线方向
测线组数量
设计的依据：工作目的、海底情况、调查区形态等 设计的原则：准确、高效、易操作性等
测线间距
平行测线间的距离
设计原则：满足规程或实现目标要求，高效。
设计依据：规程或实现目标要求，设备情况、水深情况、水体混浊度等。
•拖曳方式的选择
调查船固 定安装
适应的环境 浅水
优点 安全
侧拖
浅水
安全
尾拖
难度较大
•探测规范
地质调查 物体寻找
下达的技术要求 国家规范 行业规程
特殊现象探查
没有规范
•测线布设
测线：实现探测目的（一般为测区全覆盖探测），探测设备所需
要的航行探测路径。
计划测线：实现探测目的（一般为测区全覆盖探测），规划
的探测设备应航行的探测路径。
声纳技术的发展及其应用
声纳技术的发展及其应用声纳技术：水下声波(简称“水声”,underwatersound)的应用构成了“声纳”这门工程科学,而以各种形式利用水声的系统叫做“声纳系统”或“声纳技术”.“声(sonar)这个名词是在第二次世界大战后期,仿照纳”(radar=radiodetectingand当时颇有魅力的“雷达”),利用了英语“soundnavigationandranging”“无线电探测和测距系统”(声波导航和测距)的首位字母缩写,后被人们广泛采用.声纳系统一般是由发射机、换能器(水听器)、接收机、显示器和控制器等几个部件组成.发射机用于产生需要的电信号,以便激励换能器将电信号转变为声信号向水中发射,水声信号若遇到潜艇、水雷和鱼群等目标会被反射,然后以声纳回波的形式返回到换能器(水听器),水听器接收后又将其转变为电信号.电信号经接收机放大和各种处理,再将处理结果反馈至控制器或显示系统.最后根据这些处理的信息可测出目标的位置,判断出目标的性质等,从而完成声纳的使命.这是常见的“主动声纳”工作原理.还有“被动声纳”和“主、被动综合声纳”.“被动声纳”是利用目标辐射的声波,因此声波在海水中只是单程传播,系统的核心部件是用来测听目标声波的水听器.而现代舰艇都采用“主、被动综合声纳”来进行水下通信、遥测和控制等,这种综合声纳系统在水下声学通信信道两端都有发射换能器和接收换能器.这些声纳的水上部分都是以电子计算机为中心的数据采集、处理、图像显示等设备,水下部分则是水声换能器(或基阵).声纳技术的诞生有两个基石:一是1827年瑞士物理学家DanielC.和CharlesS.合作,精确地测出了水下声速(由它人们才可以准确地计算出目标的距离);二是19世纪中叶发明了碳粒微音器(它是一种最早、最灵敏的水听器).1912年豪华巨轮“泰坦尼克”号与冰山相撞,以及1914年第一次世界大战的爆发,极大地促进了民用和军用声纳的研制和发展.第一部反潜声纳的问世是在第一次世界大战中,但当时由于理论和技术上的不完善,这种水声回声定位系统的性能很不可靠,因而在对付德国U型潜艇的威胁方面尚未作出贡献.随后,人们利用回声探、侧扫声纳、远程警戒声纳、水声对抗声纳、拖曳阵声纳、鱼雷自导声纳、水雷自导声纳等等,声纳技术已日趋成熟和完善.最早出现的声纳是达·芬奇管式的被动舰壳声纳和拖曳声纳，具有对目标的估距能力。
第一讲进入21世纪的声纳技术
Sonar Technology of 21 st Cen tury
L I Q i2Hu
( Institute of A coustics, Chinese A cadem y of S ciences, B eijing 100080, China )
Abstract The requirements of ocean development and anti2submarine warfare is the main motivation of sonar technology study. The theoretical development and achievements in the area of underwater acoustic physics and underwater acoustic engineering make sonar system more and more comp lete. The opportunities and the challenges facing sonar technology in 21 st century is described in this article. The hot top ics of underwater acoustic signal p rocessing and the innovation p roblem s in sonar system design are also discussed. Keywords 21 st century, sonar technology, sonar signal p rocessing
声呐技术浅析剖析PPT学习教案
声呐结构组成与分类
声纳的分类
可按其工作方式，装备对象，战 术用途、基阵携带方式和技术特点 等分类方法分成为各种不同的声纳。
例如：按工作方式可分为主动声纳 和被动声纳；
按装备对象可分为水面舰艇声纳、 潜艇声纳、航空声纳、便携式声纳 和海岸声纳等。
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声呐结构组成与分类
声呐技术浅析剖析
会计学
1
目录
引言
声呐技术 起源
声呐的 工作原理
声呐的 结构组成 与分类
声呐技术 的实际 应用
声呐技术 的未来发 展方向
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引言
上个世纪，人类在世界范围内进行的探索活动，以陆地 和太空居多，海洋所占的比重较小。然而，进入二十一世 纪，占据地球表面百分之七十一的海洋被视为最有潜力的 巨大宝库，于是，围绕海洋，人类开展了大量的探索活动
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目录
引言
声呐技术 起源
声呐的 工作原理
声呐的 结构组成 与分类
声呐技术 的实际 应用
声呐技术 的未来发 展方向
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声呐技术起源
声纳技术至今已有100年历史，它 是1906年由英国海军的刘易 斯·尼克森所发明。这种技术， 到第一次世界大战时被应用到战 场上，用来侦测潜藏在水底的潜 水艇。
。谈到海洋探索，与之紧密相连的技术便是声呐技术
。
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目录
引言
声呐技术 起源
声呐的 工作原理
声呐的 结构组成 与分类
声呐技术 的实际 应用
声呐技术 的未来发 展方向
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声呐技术起源
什么是声呐？
声纳就是利用水中声波对水下目标进行
侧扫声呐ppt课件
侧扫声呐
通过向侧方发射声波来探知水体、海面 、海底（包括上部地层）声学结构和介
质性质的仪器设备。
3
空气
振 幅
水体 地层
传播时间 t
t
前视声呐发展型号：
前视相干声呐影视资料
主要用于航行安全，水下工程为辅
前视声呐一种：
声学聚焦系统影视资料
主要用于航行安全，水下工程为辅
侧扫声呐主要用于地质调查 研究，可用于海底寻物
T
具有极小的水平波束角（0.5-1.5度）
提高探测分辨率
15
声学设备波束角如何实现
形
成
“月明星稀”的效果，就好象只有一个窄波束了局
部
——实现了较小波束角的目的
强
振
幅
区
16
具有较大的垂向波束角（32度左右）
垂 直 波 束 角
覆盖宽度太小，探测效率低
具有较高的工作频率 （几十KHz——几千KHz）
如何做到？ 人工标注测线号、调查时间（测线开 始前、后标注），每个定标点号等 定标点
定标器（MARK盒）法 GPS
对应一致
记录图谱
定位计算机
定标器
输
出
距离
自 定标 动 定 标
时间 人工 定标 定标
闭塞信号
声呐或记录仪
自动保存测线名、点号、时 间、坐标
数据文件中，每一点都 有位置信息（软件都自 动完成了海底追踪，因 而做到了斜率校正。但 注意：在海底地形复杂 的海底，海底追踪不准， 所以位置信息存在误 差）。
声呐拖体
运动方向
位置1
位置3
海底
井桩
•量程外强反射被接受问题
量程 T
T2
4pin
声纳技术PPT学习教案
➢ 声纳系统的主要战术指标：
作用距离 能够搜索和探测的方位角和高低角范围 盲区 分辨力 定位精度 搜索速度 环境条件
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➢ 声纳系统的技术指标
声源级（主动声纳） 接收机的检测阈（最小可检测信噪比） 信号参数 接收机指标 换能器的指标
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战术指标—作用距离
AUV
基阵
接收机 控制单元 显控台
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被动声纳
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主动声纳与被动声纳的差别
➢ 发声与不发声 ➢ 作用距离与工作频率 ➢ 隐蔽性的问题 ➢ 干扰的问题：噪声与混响
回音站、测深仪、通信仪、探雷器等等均可归入主动声 呐类，而噪音站、侦察仪等则归人被动声呐类；
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声纳技术
分类原则
序号
分类原则
一
工作原理
二 装置体系分类
三 其他分类方式
具体分类 主动声纳 被动声纳 岸基声纳 水面舰用的声纳 潜艇用的声纳 航空兵用的声纳（机载声纳和声纳浮标） 战斗任务（通信声纳、图像声纳……） 技术特征（如发射波形……）
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声纳系统的战技指标
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战术和技术指标的定义
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主动： SL 2TL TS (NL DI) DT SL 2TL TS RL DT
被动： SLTL TS (NL DI) DT
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声纳方程
➢ 优质因数-FOM ➢ SL-（NL-DI+DT） ➢ 对于被动声纳，该量规定了最大允许传播
损失； ➢ 对主动声纳，当TS=0时，该量给定了最大
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声纳方程的作用？
✓ 什么是声纳方程？ ✓ 该方程是将介质、目标和设备的作用联结 在—的关系式
声纳PPT
换能器
声 信 号
声呐回波
显示系统
目标物
声波在水中传播的优 点
？？？
在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件 的只有声波。 2.光在水中的穿透能力很有限，然而，声波在水 中传播的衰减就小得多，低频的声波还可以穿 透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。 在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声 波更有效的手段。 1.
声纳的分类
可按其工作方式，装备对象，战术用途、 基阵携带方式和技术特点等分类方法分成 为各种不同的声纳。
例如：按工作方式可分ຫໍສະໝຸດ 主动声纳和被动 声纳； 按装备对象可分为水面舰艇声纳、潜艇声 纳、航空声纳、便携式声纳和海岸声纳等。
声呐的分类
主动声纳：是指声纳主动发射声波“照射”
目标，而后接收水中目标反射的回波以测定 目标的参数。
历史
声纳技术至今已有100年历史，它 是1906年由英国海军的刘易斯·尼 克森所发明。这种技术，到第一次 世界大战时被应用到战场上，用来 侦测潜藏在水底的潜水艇。
“声纳” 的 流程图
定义以及 发展史
工作 原理
结构与 分类
安装及 应用
影响工作 性能的因 素
实际应用
声纳工作原理
发射器
电 信 号
接收机
“声纳” 的 流程图
定义 以及 发展史
工作原理
结构与 分类
安装及 应用
影响工作 性能的因 素
实际应用
什么是声纳及其发展史
声纳就是利用水中声波对水下目标进行
探测、定位和通信的电子设备，是水声 学中应用最广泛、最重要的一种装置。 它是SONAR一词的“义音两顾”的译称 （旧译为声纳），SONAR是Sound Navigationand Ranging（声音导航测 距）的缩写。
声呐
海军理论课程一——声呐声呐是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。
它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。
声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。
到目前为止，声波还是唯一能在深海作远距离传输的能量形式。
于是探测水下目标的技术——声呐技术便应运而生。
声呐就是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。
它是SONAR一词的“义音两顾”的译称（旧译为声纳），SONAR是Sound Navigation and Ranging（声音导航测距）的缩写。
声呐技术至今已有100年历史，它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明。
他发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置，主要用来侦测冰山。
这种技术，到第一次世界大战时被应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇。
目前，声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。
此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。
和许多科学技术的发展一样，社会的需要和科技的进步促进了声呐技术的发展。
工作的原理声波是观察和测量的重要手段。
有趣的是，英文“sound”一词作为名词是“声”的意思，作为动词就有“探测”的意思，可见声与探测关系之紧密。
在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件的只有声波。
这是由于其他探测手段的作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体；电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。
超声物理基础分解PPT课件
• fd=±2vCosθ.f0/c
• fd为频移，v为血流速度，c为软组织 内平均声速（1540m/s），f0为探头
频率，θ为声束与血流方向的夹角。 除v以外全部参数都可测量，以此推 算血流速度。
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超声多普勒成像
• 彩色血流成像： （1）彩色多普勒血流 成像（Color Doppler flowing imaging,CDFI) （2）彩色多普勒能量 图（Color Doppler energy,CDE）
医学超声仪的不同模式
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A型（Amplitude modulation）
• A型为波幅调制型，超声波每遇到一个界面 就产生一个回声，该回声在显示器上以波 幅高低反映回声强度大小。
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B型（Brightness modulation）
• B型为辉度调制型，回波以不同灰阶的光 点显示，光点的强弱反映回波的强弱。声 像图为直观的二维断面图像，是超声仪器 最基本和最重要的模式。
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• 面阵探头：三维 容积探头，压电 单元排列成一个 面，能够获取更 多数据而形成三 维影像。常用于 胎儿、心脏。
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超声波图像产生过程
电脉冲信号→探头（逆压电效应、聚焦）→ 声束→人体→回波（反射、散射）→探头 （正压电效应、信号检测电路）→图像显示
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• 探头接收的声波频率f'与声源频率f存在多普 勒频移Δf（或fd），即Δf=f'-f 。
• 当探头与血流相互靠近时，接收频率f'大于 发射频率f即：Δf>0（正性频移，血流朝向 探头，一般以红色表示） 。
• 当探头与血流相互远离时，接收频率f'小于 发射频率 即： Δf<0（负性频移，血流远离 探头，一般以蓝色表示） 。
声呐(纳)技术 ：声纳方程
三
16
（五）混响级
1）体积混响： TSr SS,V 10lg A,V
混响的体积可近似为（ R 4R 时）
V cT Rh Rv cT R2hv
2
22 2 4
三
17
（五）混响级
例，声纳水平与垂直等效波束宽度是12度（0.2
弧度），发射宽度为1ms的脉冲，则在1000米
的距离上，散射强度为 目标强度是多少？
三
9
（四）目标强度 典型目标的强度
三
10
（四）目标强度 典型潜艇目标的吨位及尺寸
三
11
（四）目标强度
三
12
（四）目标强度 典型潜艇目标的强度
三
13
（四）目标强度 典型目标的强度
三
14
（四）目标强度 俄罗斯台风级弹道核潜艇
三
15
（五）混响级 分类： 体积混响 海底混响 海面混响
混响级：
RL SL 2TL TSr
A 1500103 103 0.2 150m2 2
TSr 30 10 lg150 30 22 8dB
三
20
（六）指向性指数
接收指向性指数定义为由一个无指向性水听 器输出的噪声功率级与实际水听器输出噪声 功率级的差。它是表征接收水听器或基阵抑 制非目标方向干扰能力的参数，容易理解， 接收基阵的指向性图（波束图）愈尖锐，指 向性指数愈高，抑制噪声的能力愈强。指向 性指数要根据具体的换能器基阵来计算。
NL NLO NLS 10 lgW
三
8
（四）目标强度
1)定义：
TS
10 lg
Ir Ii
2)强度换算公式：
峰值压力：PTS 20lgPr / Pi
声呐(纳)技术 ：第三章 声呐系统的定向方法5
十四
17
二、正交相关测向法
1）相关处理的目的：利用信号和干扰的统计特性的差 异来提高接收系统的输出信噪比。
R1,2
lim 1 T 2T
T T
f1 t f2 t dt
1
2
x1 (t )
x2 (t)
空间相关
十四
t
t
时间相关
18
二、正交相关测向法
2）相关器的种类：常规相关器与极性相关器。
Rˆ1,2
因此显示屏上直线的偏转角的正切为
当目标方位角很小时，
十四
26
二、正交相关测向法
非极性
极性
和差
①由（1）、（2）式可知，由于采用了极性相关处理，
使得在同一个 方位上，极性相关时显示屏上直线偏
转角比非极性情况小，因而定向精度不如非极性情况。
②注意到和差相位法测向得到的（3）式，可知在同样
方位角 下，它的定向精度不如非极性相关法，也不
方向显示方法
十四
22
二、正交相关测向法
4）非极性与极性相关器测向精度比较 ①非极性相关器
十四
23
二、正交相关测向法
②极性相关法
2
十四
24
二、正交相关测向法
由于信号是以为 2 周期的，因而相关运算只要在一周 期内求平均，即极大值相关器输出为
十四
25
二、正交相关测向法
同理可得到移相相关器的输出为
第三章 声呐系统的定向方法
本讲重点内容
振幅差值测向法的基本原理 相幅法测向的基本原理（了解） 正交相关测向法
十四
2
一、振幅差值测向
1）波束图
D
sin
N
第1章声纳及声纳方程
– 被动声纳 • 如果 FOM > TL 则 检测概率> 50% • 如果 FOM < TL 则 检测概率< 50%
– 主动声纳
• 如果 FOM > 2TL 则 检测概率 > 50%
• 如果 FOM < 2TL 则 检测概率< 50%
• 根据水声传播理论可以预报水声传播损失
本次您浏览到是第三十八页，共六十二页。
3.综合考虑水声所特有的各种现象和效应对声纳设备的设计和应 用所产生影响的关系式。
本次您浏览到是第二十八页，共六十二页。
1.3 声纳方程
基本考虑
1.声纳方程基本原则：信号级-背景干扰级
检测阈
2.背景干扰级含义：设备工作带宽内部分背景噪声才起干扰作 用。
本次您浏览到是第二十九页，共六十二页。
1.3 声纳方程
1.5 声纳方程的应用 Prop Loss Curve
Max Range DP Max Range BB FOM = 70 dB
本次您浏览到是第三十九页，共六十二页。
1.5 声纳方程的应用 Prop Loss Curve
Max Range DP Max Range CZ FOM = 90 dB
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本次您浏览到是第十二页，共六十二页。
1.2 声纳参数
发射指向性指数DIT
DIT
10lg ID IND
物理含义：
1. 在相同距离上，指向性发射器声轴上声级高出无指向性 发射器辐射声场声级的分贝数； 2. DIT越大，声能在声轴方向集中的程度越高；就有利 于增加声纳的作用距离。
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1.2 声纳参数