进入21世纪的声纳技术
声呐的发展现状

声呐的发展现状
声呐是一种利用声波进行探测和测距的装置,广泛应用于水下测量和导航。
随着科学技术的不断进步,声呐的发展也在不断完善。
声呐最早的应用可以追溯到第一次世界大战期间的军事领域。
当时,声波被用来检测敌舰的位置和航向。
随着技术的进一步发展,声呐的应用范围也逐渐扩大到海洋测绘、海底资源勘探等领域。
近年来,声呐技术得到了长足的发展。
传统的声呐主要利用单一频率的声波进行测量,精度较低。
然而,现代声呐采用多频点、多波束的技术,能够提供更高分辨率和更精确的测距结果。
此外,声呐的传感器技术也得到了改进。
传统的声呐通常使用单一的传感器来接收回波信号,但现在已经出现了多通道的声呐系统,可以同时接收多个回波信号,从而提高了声呐的工作效率和准确性。
另外,声呐的数据处理技术也在不断进步。
传统的声呐系统通常使用简单的滤波和模糊匹配算法,但现在已经出现了更为高级的处理算法,如自适应波束形成技术和图像处理技术,可以更准确地提取出目标的位置和形状信息。
为了应对海洋环境中的复杂情况,声呐的耐深性和工作稳定性也得到了改善。
现代声呐系统通常采用抗干扰技术和自动增益控制技术,可以在复杂的海洋环境中提供可靠的测量结果。
总的来说,声呐技术在近年来得到了快速的发展,除了在军事领域的应用外,它在海洋科学研究、渔业资源管理和海洋工程等方面也发挥着重要作用。
未来,随着科技的进一步进步,声呐技术将会更加先进和多样化,为各行各业的发展提供更大的帮助。
中国声纳发展现状及未来趋势分析

中国声纳发展现状及未来趋势分析中国声纳技术在海洋安全、海洋资源开发和海洋科学研究等领域具有重要的应用价值。
声纳技术是一种利用声波在水中的传播特性进行探测、定位和通信的技术手段。
本文将对中国声纳技术的发展现状进行分析,并展望未来的发展趋势。
当前,中国声纳技术已经取得了显著的进展。
在军事领域,声纳技术被广泛应用于潜艇侦查和反潜作战。
中国的声纳系统已经实现了定位精度的提高和探测距离的增加,并具备一定的反隐身能力。
此外,在海洋科学研究领域,中国的声纳技术被用于海洋底质的研究、海底地震监测和海洋生态环境监测等方面。
通过声纳技术,科学家们能够更好地了解海洋的结构和动态,为海洋资源开发和环境保护提供支持。
然而,中国声纳技术在某些方面还存在一些挑战和不足。
首先是声纳系统的噪声问题,噪声会干扰声纳信号的传输和接收,从而降低系统的性能。
其次是探测距离的限制,目前的声纳系统在远距离探测方面还有一定的局限性。
此外,声纳技术的成本较高,限制了其在某些领域的应用范围。
未来,中国声纳技术的发展将面临着一些重要的趋势和挑战。
首先是在技术上的创新和突破。
随着科学技术的不断进步,新型的声纳技术将不断涌现,比如多波束声纳、超声声纳、相控阵声纳等。
这些新技术将使声纳系统的性能得到进一步提升。
另外,人工智能技术的发展也将对声纳技术的未来发展产生重大影响。
通过引入人工智能技术,声纳系统能够更好地分析和处理声波信号,提高探测和定位的准确性。
其次是在应用领域上的拓展和深化。
随着我国海洋事务的不断发展和扩大,声纳技术的应用领域将进一步拓展,包括海上航行安全、海洋物资输送、海底资源勘探等。
同时,声纳技术也将在水下文化遗址保护、海洋生态环境保护等方面发挥重要作用。
此外,加强国际合作也是中国声纳技术未来的发展方向之一。
声纳技术是一个全球性的研究领域,各国需要进行交流与合作,共同应对海上安全、环境保护等全球性挑战。
中国可以通过与其他国家、国际组织的合作,共同开展声纳技术的研究和应用,推动声纳技术的全球化发展。
声纳工作原理

声纳工作原理声纳(Sonar)是一种利用声波进行探测和测距的技术。
它已广泛应用于水下通信、海洋探测、声呐定位和鱼群捕捞等领域。
本文将介绍声纳的工作原理及其应用。
一、声纳的原理声纳的工作原理基于声波在水中传播的特性。
声波是一种机械波,它通过振动介质传播能量。
声波在水中传播的速度大约为1500米/秒,远远快于在空气中传播的速度。
声纳系统由发送器和接收器组成。
发送器发出脉冲声波,接收器接收并分析返回的声波信号。
声纳系统通过测量声波的传播时间和幅度来判断目标的位置和性质。
当发送器发出脉冲声波时,它会在水中形成一个声波束。
这个声波束从发送器向四面八方扩散,当遇到障碍物时,一部分声波会被反射回来。
接收器会接收到这些反射回来的声波信号。
二、声纳的应用1. 水下通信声纳在水下通信中发挥着重要作用。
人类无法直接用肉眼观察水下环境,但通过声纳技术可以实现远程水下通信。
声纳信号可以在水中传播数百公里,能够与水下设备、潜艇和水下机器人进行可靠的通信。
2. 水下探测声纳可以用于水下探测和测量。
通过发送脉冲声波,声纳系统能够确定目标物体的距离和方位,并产生目标物体的声纳图像。
这对于海洋勘探、水下地质研究和海洋生态调查具有重要意义。
3. 声呐定位声呐定位是指使用声纳技术来确定目标物体的位置。
声纳系统可以通过测量声波的传播时间来计算目标物体的距离,并通过分析返回的声波信号来确定目标物体的方位。
4. 鱼群捕捞声纳广泛应用于渔业中的鱼群捕捞。
通过发送声波信号,声纳系统可以检测到鱼群的存在和位置,并帮助渔民选择合适的捕鱼区域和捕鱼工具,提高捕鱼效率。
三、声纳技术的发展趋势随着科技的不断进步,声纳技术也在不断创新和发展。
未来声纳技术将更加精确和高效。
1. 声纳的高分辨率高分辨率声纳系统将能够提供更清晰、更详细的声纳图像,从而实现对水下环境更准确的观测和探测。
2. 声纳的自动化和智能化声纳系统将更加自动化和智能化,通过采用先进的信号处理算法和人工智能技术,能够实现目标物体的自动识别和分类。
声纳技术_

声纳技术_声纳是利用水中声波进行探测、定位和通信的电子设备。
声学(声纳)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,声纳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。
声纳可按工作方式,按装备对象,按战术用途、按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,等等。
声纳装置一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成。
基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成,其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行,有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。
电子机柜一般有发射、接收、显示和控制等分系统。
辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声纳基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装置,以及声纳导流罩等。
主动声纳技术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。
大多数采用脉冲体制,也有采用连续波体制的。
被动声纳技术是指声纳被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号,以测定目标的方位。
影响声纳工作性能的因素除声纳本身的技术状况外,外界条件的影响很严重。
比较直接的因素有传播衰减、多路径效应、混响干扰、海洋噪声、自噪声、目标反射特征或辐射噪声强度等,它们大多与海洋环境因素有关。
例如,声波在传播途中受海水介质不均匀分布和海面、海底的影响和制约,会产生折射、散射、反射和干涉,会产生声线弯曲、信号起伏和畸变,造成传播途径的改变,以及出现声阴区,严重影响声纳的作用距离和测量精度。
现代声纳根据海区声速--深度变化形成的传播条件,可适当选择基阵工作深度和俯仰角,利用声波的不同传播途径(直达声、海底反射声、会聚区、深海声道)来克服水声传播条件的不利影响,提高声纳探测距离。
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。
声纳成像原理:声波在水中传播并形成图像

声纳成像原理:声波在水中传播并形成图像
声纳成像是一种利用声波在水中传播的原理来生成图像的技术。
以下是声纳成像的基本原理:
1. 声波传播:
声波生成:声纳系统通过声源产生声波,这些声波在水中传播。
传播介质:水是声波的有效传播介质,因为声波在水中传播的速度远高于在空气中的传播速度。
2. 声波反射:
目标反射:声波遇到水中的目标(如海底、潜艇等)时,一部分能量被目标表面反射回来。
回波接收:声纳系统中的接收器(水听器)接收到反射回来的声波,将其转化为电信号。
3. 数据处理:
时间测量:通过测量声波从发射到接收的时间间隔,可以确定声波的往返时间。
距离计算:利用声波在水中的传播速度,可以根据往返时间计算目标与声源的距离。
4. 图像生成:
多波束成像:现代声纳系统通常使用多个水听器和多个发射器,
形成多波束系统。
通过合理设计波束方向和接收时序,可以获取目标的三维位置信息。
成像显示:数据处理系统将获取的距离信息、反射强度等数据整合,并以图像的形式在显示屏上呈现。
这些图像可以显示水下目标的轮廓、结构和位置。
5. 应用领域:
海洋探测:声纳成像在海洋学中用于研究海底地形、海床结构、海洋生物等。
军事应用:军事中用于潜艇探测、水下目标追踪等。
水下工程:在水下建筑和管道检测、水下考古学等方面有广泛应用。
渔业:用于探测水下鱼群的分布和数量。
声纳成像技术在水下环境中具有独特的优势,因为声波能够在水中传播并被用于有效地获取目标信息。
声呐简要介绍

深海里的“顺风耳”和“千里眼”—声呐一、背景1.声呐发展19世纪初,声呐的基础——水听器技术问世。
1827年,瑞士的两位物理学家首次测算出了水下声速,为水下测距和定位奠定了理论和技术基础。
19世纪中叶,科学家模仿海豚传达信息的方式,发明了一种利用声音传播获取信息的碳粒微音器,这是世界上出现最早的水听器,也是现代声呐技术的开篇。
20世纪初,英国海军刘易斯·尼克森发明了声呐技术,第一次世界大战时被正式应用到战场上,用来侦测潜藏在水底的潜水艇。
潜艇声呐和反潜声呐成为了研制的核心。
当时的声呐属于被动声呐,只能被动听音。
1912年,“泰坦尼克”号豪华巨轮与冰山相撞事故造成1517人丧生,引发世界轰动,使各国意识到了水下探测对于舰船航行的重要性,进一步促进了声呐技术的发展。
1914年,美国科学家制造出第一台回声探测仪,之后被舰船声呐系统所采用,用于探测冰山、暗礁等航行障碍物。
1915年,法国物理学家保罗·朗之万与俄国电气工程师康斯坦丁·奇洛夫斯基合作发明了第一台能够主动侦测潜艇的静电变换器式声呐设备,开启了声呐技术发展的新篇章,促进了声呐技术的快速发展。
1917年,加拿大物理学家罗伯特·玻意耳制研制出一台被英国称为“ASDIC”的用于测试的原始型号主动声呐。
1931年美国研制出了类似的装置,称为“SONAR”,即后来音译成的“声呐”。
二、声呐1.简介声纳(或称声呐),Sound Navigation and Ranging(声导航与测距),通过发送和接收声波来探测物体。
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。
2.原理(1)超声波①定义:在弹性介质中,只要波源所激起的纵波的频率在20-20000 Hz之间,就能引起人的听觉,这一频率范围内的振动激起的纵波称为声波,也称可听声波,低于这一范围值即为次声波(1×10-4 ~20Hz),高于这一范围值即为超声波(20000 ~ 5×109Hz),广义的声波包括超声波和次声波。
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。
接收波束形成是指如何调控声纳接收系统对回波声波的接收灵敏度。
与发射波束形成类似,接收波束形成也可以通过控制接收单元的灵敏度和延迟时间来实现。
不同的接收波束形成方法可以实现不同的接收特性,如波束宽度、抑制旁瓣等。
常用的接收波束形成方法有斜阵接收、多通道接收和自适应波束形成等。
斜阵接收是指通过调整接收单元的延迟时间,使得接收波束产生偏移,从而实现对回波声波的定位。
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第 1期
信 号 处 理
S GNAL P I R0CES I S NG
V0 . 8 No 1 12 .
21 0 2年 1 月
Jn 0 2 a .2 1
进入 2 1世 纪 的声 纳 技 术
李启虎
( 中国科 学院声学研究所)
摘
要: 海洋开发和反潜战的需求是推动声纳技术 发展 的巨大动力 。水声 物理 、水声信 号处理及 相关
的原 因, 声纳技 术发展 的初期采 用 了 比较简单 的模 使 型。第一 个原因是人们 对海洋 中水声传播规ห้องสมุดไป่ตู้律的研究
和认识有 一个 由浅入深 、 由表 及里 的过程 。虽然 声纳
到这一事 实了。该 杂志 ( l t nc aai )早 已停 Ee r i M gz e co s n 刊。It 公 司在 网上 求 购原 文 。一 个 英 国工 程 师在 nl e 20 0 5年以¥0 0 0卖给他们 。 1 ,0
19 9 8年 , 他又在 I E rc上重新 公布手稿 , 自 E E Po . 对
的发明早 于雷 达 1 5年 , 是 由于海 洋 环境 的复 杂特 但 点, 使声纳的发展在某些方面滞后于雷 达 , 这是丝毫 不奇怪的 。第二个 原 因是 由于硬件 条件方 面 的限制 ,
五十年代 至六 十年代 , 息论 已经为微 弱信号 的检测 信
提供 了相 当充 实 的理论 基础 和实用技 术 , 是这些理 但
己的这一定律深信不疑 ( 图 1 。 见 )
微 电子工业 的这种迅 猛发 展势 头 , 得数 字式声 使
论 的应 用需要 非常复 杂的计算 , 而在那 时硬 件设备还 无 力提供这种支持 。 自上世纪七十 年代 以来 , 情况 已经 发生 了很 大 的
1 声 纳技术面临 的机遇和挑 战
早期 的声 纳设计建 立在 较为 理想 的模 型基 础上 。 无论 是声 纳设计者 还是声 纳使 用人员 , 就注意 到声 早
纳的性 能与海洋 环境 密切相 关 。但是 , 由于 两个 方面
变化 。微 电子技术 的发展使计 算机硬件 的面貌发生 了
巨大的改 观 , 而推动了数字信号处理领域的变革 。 从
Ab ta t src :
Th e u rme to c a x lrn n n is b rn rae i h i tv to fs n e h er q ie n fo e n e p o g a d a t-u ma ewafr ste man moiain o o a tc - i i r
收稿 日期 :2 1 — 1 1 0 1 1—7
纳应运 而生 , 且使声 纳设计 者面 临 巨大 的机遇和挑 并 战 。因为 , 作为数字式声纳硬件支撑 的 D P芯 片 , S 似乎
n lg e eo me t T ea v n e n t ef l fu d r tra o si h sc oo y d v lp n . h d a c si h ed o n ewae c u tcp y is,u d r ae c u tcsg a rc s- i n e tra o si in lp o e s w i g a d oh rrltd s in e n e h oo yc n i ea l mp o e te s n e i .T ed v lp n p ot n— n t e eae ce c sa d tc n lg o sd rb y i rv h o a d sg h e eo me to p ru i n r n te dc aln e is a h e g s,w ih s n rtc n lg a e n e tr2 e t r ed s rb d i hsp p r o e e th t n l h c o a e h oo fc d i n e 1c nu ya ec e n t i a e .S merc n o y r i tp c n u d r ae i a rc sig a d tc n c n o ain p be i o a e i r rs n e . o isi n e trsg l p o e sn e h ia in v t r lm n s n d sg ae p e e td w n n l o o r n Ke r s: 21 c nur y wo d e t y;s n rt c n lg o a e h oo y
So a e h o o y i n e ig 2 e t r n rt c n lg n e t r 1 c n u y n
U i u Q- h
(ntueo cut s C i s cdm f cecs Istt f o sc , hn eA ae yo i e) i A i e S n
学科 的进 步又促使声 纳设计 日 完善 。本 文介绍 声纳技 术在进 入 2 世纪 时所 面临 的机 遇和挑 战 ;水 趋 1
声信 号处理领域近期研究 的热点问题以及声纳系统设计 中的技术创新课题 。 关键 词 :2 世 纪 ; 1 声纳技术
中图分类号 :T 9 93 N 2 . 文献标识码 :A 文章编号 :10 — 5 0 2 1 ) 1 0 0 — 1 0 3 0 3 ( 02 0 — 0 1 1
英特 尔公 司的创始 人之一 , 摩尔在 16 95年提 出了
支 配半导体 工业 发展 的一 个规律 , 就是 我们现 在所说 的摩尔定 律。这个定 律说 , 处理芯片 每隔 1 微 8个月性 能 提高一倍 , 价格 降低 到原来 的二 分之一 。据摩 尔 自
己说 , 在 16 早 9 4年他 还 在仙 童公 司工 作时 , 已注意 就