声纳技术lecture 2(chapter1)
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声纳系统分类
本节需掌握的重点内容
声纳系统分类原则
主动声纳工作原理及其基本组成
被动声纳基本原理及其基本组成
按装置体系分类的常用声纳
分类原则
序号 分类原则 具体分类 主动声纳 一 工作原理
被动声纳
岸基声纳 水面舰用的声纳 二 装置体系分类
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……） 三 其他分类方式 技术特征（如发射波形……）
声纳系统的战技指标
战术和技术指标的定义
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,通常由作战和使用部门下达。
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。
• 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
• 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
战术指标—作用距离 声呐的作用距离往往被认为是声呐战术指标中最 为重要的指标。作用距离是指声呐在一定条件下 能有效地发现目标，并测量其数据的最大距离。
1）检测概率：
N n PD N
2）漏报概率：
3）虚警概率：
n 1 PD N
n PFA N
战术指标—能够搜索和探侧目标的方位角和高低角范围 方位角是水平面内的角度，高低角是垂直面内的角度。 这两个角度范围所界定的空间描述了声呐系统可以搜索 的空间区域。如果目标处在这个空间区域内，就可能被 探测系统发现或测定。 z
y
x
战术指标—盲区
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。
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
战术指标—盲区
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。
战术指标—盲区
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。下图示出了几种典型声速 梯度下换能器在某一深度时所造成的盲区。
战术指标—盲区
战术指标—脉冲宽度盲区
声呐在发射脉冲信号时，因信号极强，接收机往 往处在关闭状态，而且出于技术考虑，关闭时间 还要大于脉冲持续时间。
2 R ct
1 R c 2
战术指标—分辨率
分辨率表示声呐系统对空间的两个相邻目标的分 辨能力。
方 位 A B
方 位 A B A B
距离
距离
战术指标—分辨率
方 位 B A
幅 度
目标A 回波
时间 目标B 回波
距离
幅 度
目标A 回波
时间 目标B 回波
战技指标的确定
• 根据不同的任务，战技指标不相同 • 多普勒，水面舰与潜艇
V流
V底
V底
战技指标的确定
• 根据不同的任务，战技指标不相同 • 声信标与释放器
应答器 释放器
战技指标
• 设计是参数平衡和折衷的一个问题
• 了解一种声纳设备产品的型号、功能以 及技术指标等
声纳方程
需掌握的重点内容
声纳方程的作用 主动、被动声纳方程 声纳方程各个组合分量的含义 利用声纳方程进行声纳性能预报 利用声纳方程进行声纳设计
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 声纳方程的作用： 声纳性能预报:声呐方程的功能之一是对已有 的或正设计的声呐设备进行性能预报。此时， 声呐设备的设计性能是已知的或是已假设好了 的，要求对某些有意义的参数，如检测概率或 搜索概率做出性能估计。 声纳设计:我们必须找到一组能保证所要求的 声纳性能的声纳参数来。
主动：
SL 2TL TS ( NL DI ) DT SL 2TL TS RL DT
被动： SL TL TS ( NL DI ) DT
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 大允许双程传播损失
主动声纳
有目的地主动从系统中发射声波的声呐称为主动声呐 它可用来探测水下目标，并测定其距离、方位、航 速、航向等运动要素。
发射机
A U V
基阵
接收机
控制单元
显控台
主动声纳
被动声纳 利用接收换能器基阵接收目标自身发出的噪声或 信号来探测目标的声呐称为被动声呐。
A U V
基阵
接收机
控制单元
显控台
被动声纳
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；
按声呐装置的体系分类
按声呐装置的体系对声呐系统进行分类，可分为 岸基声呐、水面舰艇声呐、潜艇声呐和反潜飞机 用声呐等等。
1）岸基声呐及预警系统（岸边固定式声呐监视系统）
按声呐装置的体系分类
2）水面舰艇上的声呐
按声呐装置的体系分类
3）潜艇上的声呐
美国海狼级潜艇
按声呐装置的体系分类
3）潜艇上的声呐
美国海狼级潜艇
按声呐装置的体系分类
4）航空兵使用的声呐（机载声呐和声呐浮标）
其他分类方式
1）战斗任务
通信声纳 成像声纳
Sonardyne——Acoustic Data Logger
Sonardyne——Sentinel IDS
定位声纳
测深声纳
Sonardyne——Scout USBL
SeaBeam 1180
其他分类方式
2）技术特征
以发射波形为例：
单频信号波形 宽带信号波形
相 关 测 时 分 辨 率
本节需掌握的重点内容
声纳系统分类原则
主动声纳工作原理及其基本组成
被动声纳基本原理及其基本组成
按装置体系分类的常用声纳
分类原则
序号 分类原则 具体分类 主动声纳 一 工作原理
被动声纳
岸基声纳 水面舰用的声纳 二 装置体系分类
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……） 三 其他分类方式 技术特征（如发射波形……）
声纳系统的战技指标
战术和技术指标的定义
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,通常由作战和使用部门下达。
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。
• 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
• 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
战术指标—作用距离 声呐的作用距离往往被认为是声呐战术指标中最 为重要的指标。作用距离是指声呐在一定条件下 能有效地发现目标，并测量其数据的最大距离。
1）检测概率：
N n PD N
2）漏报概率：
3）虚警概率：
n 1 PD N
n PFA N
战术指标—能够搜索和探侧目标的方位角和高低角范围 方位角是水平面内的角度，高低角是垂直面内的角度。 这两个角度范围所界定的空间描述了声呐系统可以搜索 的空间区域。如果目标处在这个空间区域内，就可能被 探测系统发现或测定。 z
y
x
战术指标—盲区
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。
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
战术指标—盲区
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。
战术指标—盲区
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。下图示出了几种典型声速 梯度下换能器在某一深度时所造成的盲区。
战术指标—盲区
战术指标—脉冲宽度盲区
声呐在发射脉冲信号时，因信号极强，接收机往 往处在关闭状态，而且出于技术考虑，关闭时间 还要大于脉冲持续时间。
2 R ct
1 R c 2
战术指标—分辨率
分辨率表示声呐系统对空间的两个相邻目标的分 辨能力。
方 位 A B
方 位 A B A B
距离
距离
战术指标—分辨率
方 位 B A
幅 度
目标A 回波
时间 目标B 回波
距离
幅 度
目标A 回波
时间 目标B 回波
战技指标的确定
• 根据不同的任务，战技指标不相同 • 多普勒，水面舰与潜艇
V流
V底
V底
战技指标的确定
• 根据不同的任务，战技指标不相同 • 声信标与释放器
应答器 释放器
战技指标
• 设计是参数平衡和折衷的一个问题
• 了解一种声纳设备产品的型号、功能以 及技术指标等
声纳方程
需掌握的重点内容
声纳方程的作用 主动、被动声纳方程 声纳方程各个组合分量的含义 利用声纳方程进行声纳性能预报 利用声纳方程进行声纳设计
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 声纳方程的作用： 声纳性能预报:声呐方程的功能之一是对已有 的或正设计的声呐设备进行性能预报。此时， 声呐设备的设计性能是已知的或是已假设好了 的，要求对某些有意义的参数，如检测概率或 搜索概率做出性能估计。 声纳设计:我们必须找到一组能保证所要求的 声纳性能的声纳参数来。
主动：
SL 2TL TS ( NL DI ) DT SL 2TL TS RL DT
被动： SL TL TS ( NL DI ) DT
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 大允许双程传播损失
主动声纳
有目的地主动从系统中发射声波的声呐称为主动声呐 它可用来探测水下目标，并测定其距离、方位、航 速、航向等运动要素。
发射机
A U V
基阵
接收机
控制单元
显控台
主动声纳
被动声纳 利用接收换能器基阵接收目标自身发出的噪声或 信号来探测目标的声呐称为被动声呐。
A U V
基阵
接收机
控制单元
显控台
被动声纳
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；
按声呐装置的体系分类
按声呐装置的体系对声呐系统进行分类，可分为 岸基声呐、水面舰艇声呐、潜艇声呐和反潜飞机 用声呐等等。
1）岸基声呐及预警系统（岸边固定式声呐监视系统）
按声呐装置的体系分类
2）水面舰艇上的声呐
按声呐装置的体系分类
3）潜艇上的声呐
美国海狼级潜艇
按声呐装置的体系分类
3）潜艇上的声呐
美国海狼级潜艇
按声呐装置的体系分类
4）航空兵使用的声呐（机载声呐和声呐浮标）
其他分类方式
1）战斗任务
通信声纳 成像声纳
Sonardyne——Acoustic Data Logger
Sonardyne——Sentinel IDS
定位声纳
测深声纳
Sonardyne——Scout USBL
SeaBeam 1180
其他分类方式
2）技术特征
以发射波形为例：
单频信号波形 宽带信号波形
相 关 测 时 分 辨 率