水声探测技术综述

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水声探测技术综述

水声探测技术综述
改变 时, 可以使与它相连的膜 片运动 从 而向外 19 年完成了实验样机 , 95 作用距 离达到 4 0 0m, 辐射声波 静, 能器在 空气 中有广泛应用 如 分辫率达到 1e 。国外 目 的发展趋势是提 电换 0m 前 高分辨 率和作用深度 。声层析技术是美 国人于 电容传声器 但在 。水声 中应用很 少。 3 可变磁 阻换能器 3 17 年提出来 的概念 , 理类似 于医疗 器械 99 其原 它是静 电换能器 的磁 学类 比 改变通 电线 c , T 它通过溯量声速传播的时问来计算传播路 圈中的电流 引起磁极 面间缝 隙 中力 的变化 产 径上的平均温度 , 通过测量声在双声线传播的 生膜片 的振动 从 而幅射声 波 时 间差来测量 上升流 、通量 、涡流等动力参数 3 . 4磁致伸缩换能器 AI 计划利 用了声层析 中的测 温方法 , 以监 , 可 它最适 合于在声 阻抗 较高 的介质 如海 水 测 两点之间万 公里级距离 内的温 度平均 变化 , 中工作 在水声 中广 泛应用 。 从 而监测 气候 波 动与温 度 渡动之 间 的相关 关 3 - 电换能器 5压 一 系。 我国已经参加 了 A o i ̄l这是 目 国际 TCi , 。 前 它可以 由真正 的压 电材 料 如石英 也可 以 上很热 门的一项研究计 划和实验技术。水下声 弹性振动的传递过程,由弹性理论可知, 在无 是 由已极化 的电致伸缩材 料 ,如特种陶瓷 目 前 多媒体通讯技术 在水下声图像 、数据及语音通 限介质 中不考虑体积压力 作用 时, 用位 移表示 用的较多的是 钦酸钡 错钦酸铅 。 讯 中有重要应用价值 , 是很有 开发前 景的高技 的各 向同性的理想 弹性体 的波动方 程如下 : 4信号处理 术 , 键要解决的 问题是增加传输 距离 , 关 提高图 随着信 号处理技 术的迅速发展 ,特别是 以 像的7Y率 , J) ' 降低误码率 。 正在研究 10m " I 国外 0k 尸 数字信号处理器及其相关算法 为技 术支撑的数 级的声 数据传输技术 。目前 6m左右的声数据 k 0 H 日 字滤波技术的 出现 ,使得信号滤波处理 的性能 传输技术 已成 熟 , 已商品化 , 率为 10 , 并 波特 20 (+ + ) ) 、 V () 得到了大幅度 的提高 。在水声信 号处理器 的研 国 内已开展了一些研 究 , 2 取得较好的成果。 制中 , 了针对 性的 自适应滤波模块 , 用现 采用 应 6结论与展望 p : ( + ) + v . 6 O “ ( ) 代 数字信号处理技术和相应 的软件算法 对海洋 3 海洋 环境要 比陆地 环境更为复杂 、 为恶 更 0Z 环境条件下的水声信号进行处理 , 从而 克服了 劣 、 为多变 。在海洋环境下作业将 遇到盐雾 、 更 疗』 O O u. u 式中 言 表示在声 波扰动下 海洋环 境噪声 、 自噪声及 干扰信号 , 了被测 海水 、 、 、 浪等恶劣环境 的干扰 , 增强 高压 台风 大 长时 体积相 对变化 , 积膨胀 率 ,  ̄ u, 表 信号 的有 效 陛, 为体 t t 分别 ll x… 并顺 利实现 了海洋复杂环 境条 间工作 的水下仪器设备还要受 到海洋 附着生 物 示 X Yz 向的位移 , 和 为拉梅常数 , , ,方 入 件下水声 信号处理功能 。 自 适应 系统最大 的特 的污损 ,海上试验仪器设备还可能受 到渔 民的 点 是具 有时变和 自动调整性能 。它 可以通 过 自 干扰。这些环境条件都为海洋 观测技术 的发展 v : z + + 0 O x y 为拉 普拉 斯算 子 , 为 密度 。 身与外界 环境 的接触来改善 自 p 身对信号处理 的 增加 了很多 的风 险. 也增加了很 多的困难 。一 台 由(( 可算得 : 12 )邸) 性 能, 而无 需知道信号 的结构和信 号的实 际知 经 室内检测和试验非常优 良的仪器设备 ,投入 识, 假如一 个 自适应滤 波器输入 的仅为有用 信 海上使 用时 , 因细小的水密不 良或盐雾对接 会  ̄ 号 , 可以调整 为一个 全通滤 波器 ; 它 若输 人 为 插件 的腐蚀 , 使全套 仪器 功能损失 殆尽 , 为” 变 有用信号并掺 杂噪声 , 可 自动调整为一个带 废铜烂铁 ” 则 或根本不能丁作 , 这套 仪器有可能 而 通滤波器 。 海洋环境条件恶劣 , 环境 噪声和 投 入数百万元 的 巨资 因此发展 海洋 高技 术要 海洋 式 中 E为 弹性模 量 , 剪切模 量 ,为泊 传感器 的自噪声 , G为 使得水下声信道 的信号变得 有 良好 的经 济支撑 能 力, 会有 较大的风险 。另 松 比 ,。 c 为纵 波及横波传播速 度 。可见 只 十分复杂 , c和 t 在水声传感器使用 中 , 往很难获得 外 , 往 海洋环境 的多变性 , 也增加 了海 洋技术发展 要测得 纵波及横波传播 时间 ,计算 出 C及 c, 水声信号 的统计 特 性,自 应信号处理方法恰 的难度 。如卫星遥感在 陆地 环境和资源遥感探 。 t 适 由 (( 可算出介质 的动弹性力学参数 E G及 好为传感器性能 的提 高提供 了条件。 自适应滤 测 中已发挥 了重大作 用 , 信息 系统fJ也 45 )) , 地理 Gs ) 此外声速还反 映介质 的密实程度及各种不连 波技术在水声信号处理 器中的应用 ,不仅解决 已获得较为广泛 的应用 , 但卫 星遥感 在海 洋环 续面 , 缺陷及结构特征 。 了对已知信号 的 自 动滤 波和跟踪 ,系统结构也 境 和资源遥感 探测 中的资料利用 率却相 当低 , 3水声换能器 更为简化 , 动态性能大为改善 , 而且还 缩短 了信 要在海洋上建海 洋地 理信息系统fI) Gs 也是相 当 水声换能器是把声能和 电能进 行相互转换 号 的处理 时间 , 使信号实时处理变为了现实。 困难的事。因此 , 对海洋 环境 的— 监测往往要求实 的器件 。在声纳中的地位类似于无 线电设备 中 5水声探 测技术 的应用进 展 时连续监测 , 以期能较为真实地反 映海 洋环境 , 的天线 , 是在海水 中发射 和接收声 波的声学系 水声探 测技术在海洋观 测和水下 目标探测 这也增加了海洋观测技 术发展 的难度 。 有很 重要的地位 ,是实现水下 目 标遥 测的 参考文献 统。其中把声能转换为电能 的换能器 叫作 接收 中 占 器或水听器I 电能转换为声能的换 能器 叫作发 主要手段 , 以前偏重于军事应用。 把 但 随着冷战时 [吴曾庆 , 波检 测的发射与接 收 , 1 】 声 中国地 质 灾 射器 。有些声纳用同一只换能器来发射 和接收 代 的结 束 , 大量军 事应用水声技术转 向民用 , 海 害与防治学报l,98 J 19. J 9 声音 一些则使用分开的发 射器 和水听器。通 洋声探测技术将 会得到较快 的发展 。 目前 , 国 [ 曾台英 , 2 1 贾叔仕 , 声换 能 器及其 研 究和发 水 常按换 能器 的机理把水声换能器分为 5 。 类 际上 比较 成熟 或正在发展的海洋声探测技 术是 展 , 仪表技术 与传感 器 20 ,02 3 . I动圈换能器 海流剖 面测量技 术 、 成像技术 、鱼群探 测技 l李启虎 , 声 3 1 水声学研 究进展 , 学学赧 ,01 声 202 载有信号 电流的环形线圈在磁铁 的环形缝 术 、 声层析技术 、 声学多 波束 测深技术及声通 讯 孙兵, 自适应 滤波技 术在水 声信 号处理 器 中 隙中, 的恒定磁场里运 动 线 圈的运动传到与外 技术 。合成孑径声 呐是 利用接收基阵在拖 曳过 的应用, L 桂林工 学院 学报J ,0 8 J 20 . 1 1 1 壳 相连 的膜 片上 向外 部介质辐 射声 波 这种换 程中对海洋中目 标反射信号的时间采样 , 经延 [朱光文 , 海 洋观 测 高技 术 , 洋技 术叨, 5 ] 发展 海 9 71 能器被广泛用作水下宽带校准声源。 时补偿构成 目 的空问图像 。它 以小孔径 的基 1 9 .2 标 3 . 电换能器 2静 阵获得大孔径基 阵才具 有的分辨率 ,国际上 一 作 者简介 : ( 8一, , 黄威 1 4)男 中国地 质 大学 9 当在一个 介 电媒 质分开 的表 面充 以不 同 直到 19 年 才在技 术上有所突破 , 92 并且 出现 了 ( 武汉 ) 机械 与电子信 息学院检 测技术与 自 动化 电荷时 , 将互相吸引而产 生力 当电荷 变化使力 被 动 和 主动 两种 工 作 方 式 的合 成 孑径 声 呐 , 装 置专业在读硕士 , 究方向为无损检测技术。 L 研 水声遥控 系统 框架 、 应用情况 , 情况 近 发展 年来 , 由于军事和海洋开发 的要求 , 开始越 人们 来越重视水下通信系统 的研究与开发 。由于电 磁波在水 中传播时衰减严重 ,而声波是人类迄 今为止已知的唯一能在水 中远距离传播 的能量 形式 , 以海 洋 中检测 、 信 、 位和导 航主要 所 通 定 利用声波 。 2声波检测原理 声波 威 超声波) 所测的声学参数是: 被检 测介质 L距离 内的声波传播 时间 T波幅 A 及 、 波动 的振动频率 F 介质 内声波 的传播, 。 是质点

水声探测技术在水下安全中的应用

水声探测技术在水下安全中的应用

水声探测技术在水下安全中的应用哎呀,说到水声探测技术在水下安全中的应用,这可真是个超级有趣又超级重要的话题!咱们先来讲讲啥是水声探测技术。

想象一下,在那深深的水下世界,没有光线,一片漆黑,就像在一个巨大的、黑漆漆的房子里,眼睛看不到东西。

这时候,水声探测技术就像是我们的“耳朵”和“眼睛”,能帮我们“听”到和“看”到水下的情况。

比如说,在大海里,一艘轮船正在航行。

要是没有水声探测技术,轮船就像个蒙着眼睛的巨人,啥都不知道,很容易碰到水下的礁石或者其他危险的东西。

但是有了水声探测技术,就好像给轮船装上了一对超级灵敏的耳朵,能听到水下的各种声音,比如水流的声音、鱼群游动的声音,还有可能是隐藏在水下的障碍物发出的特殊声音。

通过对这些声音的分析和处理,轮船就能提前知道前面有没有危险,及时调整航向,保证航行的安全。

我给您讲个我亲身经历的事儿。

有一次我去海边度假,正好遇到一艘渔船出海捕鱼。

那时候天还没亮,海上有一层薄薄的雾。

渔船出发前,船员们特别认真地检查了船上的水声探测设备。

我好奇地凑过去看,只见屏幕上显示着一些奇怪的线条和图形,船员们却能看懂,还不停地交流着。

后来渔船出发了,我在岸边等了好久。

等到渔船回来的时候,我发现他们收获满满。

我就问其中一个船员,是不是今天运气特别好。

那个船员笑着说:“哪有那么多运气,多亏了船上的水声探测设备,让我们能准确找到鱼群的位置,还能避开一些危险的区域。

”听到这话,我才真正感受到水声探测技术的厉害。

再比如说,在一些港口和码头,水声探测技术也大有用处。

它能监测水下有没有偷偷潜入的不明物体,比如一些可能会威胁港口安全的小型潜艇或者水雷。

就像有个看不见的卫士,时刻守护着港口的安全。

还有啊,在一些水下工程建设中,比如修建海底隧道或者铺设海底管道,水声探测技术能帮助工程师们了解水下的地形和地质情况。

要是哪里的海底地形复杂,或者有松软的泥土,通过水声探测技术都能提前知道,然后制定相应的施工方案,避免出现意外。

水声信号拾取和信号处理技术研究与应用

水声信号拾取和信号处理技术研究与应用

水声信号拾取和信号处理技术研究与应用近年来,水声信号拾取和信号处理技术的研究和应用在海洋科学和工程领域中扮演着越来越重要的角色。

水声信号拾取是一种通过声波在水中传播的方式,对水下目标的位置和形态进行探测、识别和定位的技术。

而信号处理技术则是针对从水声信号拾取得到的数据进行分析、处理和提取信息的一种技术。

本文将就水声信号拾取和信号处理技术的研究现状及应用展开探讨。

一、水声信号拾取技术水声信号拾取技术是依靠声波在水中传播的原理,来对水下目标的位置和形态进行探测、识别和定位的技术。

在水声信号拾取技术中,水声传感器是一个至关重要的组件。

其在水下环境中的发挥作用取决于其结构、性能和材料等方面的因素。

常用的水声传感器有压电传感器、磁电传感器、荧光传感器和激光传感器等。

在水声信号的传播中,由于海洋环境的复杂性,信号会受到多种因素的影响而发生衰减、散射和多普勒效应等,从而使得信号受到干扰和失真。

因此,针对这些问题的研究也是水声信号拾取技术的重要研究方向之一。

如采用多传感器、合成孔径和波束形成技术等方法,可以提高水声信号的分辨率和灵敏度,从而提高水声信号的拾取效果。

二、水声信号处理技术水声信号处理技术是指对水声信号进行分析、处理和提取信息的一种技术。

信号处理的目的是提取出信号中包含的有用信息,并去除其中的噪声和干扰等无用信息,从而达到对水下环境进行探测和识别的目的。

目前,水声信号处理技术中最常用的方法是时域和频域分析。

其中,时域分析可以提供关于信号的时间和幅度等信息,而频域分析则可以提供信号的频率和谱分布等信息。

此外,还有小波变换、自适应滤波、傅里叶变换和相关分析等方法。

在水声信号处理中,人工智能和机器学习等方法也被广泛应用。

如采用神经网络、支持向量机和决策树等方法,可以对复杂的水声信号进行自动分类和识别,从而实现对水下环境的智能化监测和控制。

三、应用展望水声信号拾取和信号处理技术在海洋科学和工程领域中具有广泛的应用前景。

【2015-12】水下传感器网络综述

【2015-12】水下传感器网络综述

1水声通信由于声音(Acoustic)在水中的衰减低,声波通信成为在水下环境中最通用和应用最广泛的技术,尤其是在热稳定的深水区域。

声波通信的主要限制因素是浅水区域中的温度梯度差异、海面噪声和反射折射引起的多径传播;次要的限制因素是水中声速(约为1500米/秒)慢,也限制了其通信效率。

所以,水声通信受到严重的带宽限制和干扰限制,难以实现短距离、高带宽通信。

综观整个水声通信的发展历程,就是不断地与这些干扰相抗争的过程。

例如:根据不同的干扰特点,选择抗干扰能力强的编(解)码方法和调制方式;采用各种抑制干扰的技术;采用分集的办法来抵抗衰落;采用均衡技术抵消信道缺陷引起的畸变;采用自适应技术来适应信道特性的变化以及增加功率等。

水声通信在几KHz到几十KHz的带宽下,可以实现1-2000公里距离的通信,在小于1公里范围的短距离通信中,水声通信在几十KHz带宽下,数据传输速率可达100kbps,带宽效率可达几个bits/sec/Hz。

2水下无线通信网络安全关键技术研究研制低成本、高能效、高可靠性、高安全性的水下无线通信网络对于海洋环境监控、海洋资源开发等研究领域具有重要的理论意义和经济价值。

由于受自身特性限制和水声通信环境制约,水下无线通信网络面临各种威胁和攻击,然而现有的水下通信研究多以节省能耗、延长网络寿命为出发点,忽视了潜在的安全问题。

因此,研究现有水下无线通信技术存在的安全隐患,针对其面临的安全威胁和安全需求,设计适用于水下无线通信网络的安全技术和安全体系,具有重要的意义。

本文对水下无线通信网络的若干安全关键技术进行了研究,并提出了一种适用于水下无线通信网络的安全体系。

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)最早可以追溯到20 世纪末,它以其低成本、低能耗、自组织和分布式的特点为网络带来了一场信息感知的变革。

无线传感器网络在城市管理、环境监测、军事国防、生物医疗等领域都表现出了很好的应用前景。

国内外海底探测技术调查报告

国内外海底探测技术调查报告

国内外海底探测技术调查报告一、引言海底探测技术是指利用各种设备和技术手段,对海底地形、地质构造、海底资源、海洋生物等进行调查和研究的方法。

随着科技的发展,海底探测技术在海洋科学、海洋资源开发利用等领域发挥着越来越重要的作用。

本报告将对国内外的海底探测技术进行调查和总结。

二、国内海底探测技术1.声波探测技术声波探测技术是利用声波在水中的传播特性进行海底探测的一种技术手段。

通过发射声波信号,利用声纳设备接收回波信号,可以获取海底地形、海底构造、海底资源等信息。

这种技术在浅海区域应用较广,但由于海洋环境复杂,对声纳设备和处理算法的要求较高。

2.电磁探测技术电磁探测技术是利用电磁波在水中的传播和反射特性进行海底探测的一种技术手段。

通过发射电磁波信号,利用接收器接收解释波信号,可以获取海底地质、海床沉积物、海洋资源等信息。

电磁探测技术在海洋勘探、海洋生态环境监测等方面应用广泛。

3.激光探测技术激光探测技术是利用激光束在水中的散射和反射特性进行海底探测的一种技术手段。

通过发射激光束,利用接收器接收散射和反射的激光信号,可以获取海底地形、海底构造等信息。

激光探测技术在海底地貌测绘、水下遥感等方面具有较大应用潜力。

三、国外海底探测技术1.声学测量技术声学测量技术是利用声波在水中的传播和反射特性进行海底探测的一种技术手段。

通过发射声波信号,利用接收器接收回波信号,可以获取海底地形、地质构造、海底生物等信息。

国外在声学测量技术方面较为成熟,已经实现了深海地形调查和水下文化遗产的发掘。

2.多波束测深技术多波束测深技术是利用多个声波发射器和接收器进行海底测深的一种技术手段。

通过同时发射多个声波信号,利用接收多个波束的回波信号,可以获取多个方向的海底地形信息。

这种技术在测绘海底地形和构造方面具有较高的准确性和分辨率。

3.地磁探测技术地磁探测技术是利用地球磁场的变化特性进行海底探测的一种技术手段。

通过在海底放置地磁传感器进行观测,可以获取海底地质构造和资源信息。

海洋技术 蛙人探测声呐系统发展综述

海洋技术 蛙人探测声呐系统发展综述

海洋技术▏蛙人探测声呐系统发展综述冷战结束后,各主要西方国家对海上的关注逐步由深海转向浅海乃至港口附近的水域。

而近年来,以蛙人或小型运载器的形式针对港口、船只、水上设备以及其他设施的袭击时有发生。

由于目标小,破坏性大,可担负水下侦察、爆破、暗杀、救援、破障、目标指引等常规力量无法完成的任务,蛙人成为港口与近岸水域的严重威胁。

当今,许多国家都非常重视港口及近岸水域防御的相关建设,西方国家投入了大量的人力和物力对相关核心技术进行研发,并在重要港口、航道等位置都构建了水域安防系统,现已初见成效。

我国海洋面积辽阔,随着海上及海岸设施的建设,港口、船只等水上设施的安全保障也愈加受到重视。

水下小目标探测在一定程度上能够有效保证港口等水上设施的安全。

水下蛙人探测是非传统安全保障领域中一个新的研究方向,也是当前国内外小目标探测发展的重点和难点,对于港口、船只和海上设备等重点保护水域安保和防御有重要意义。

一、引言⒈水下声辐射特征与其他水下目标不同,蛙人以生物为载体,需要在水下呼吸,除了具有一般小目标的声散射特性外,还具有一定的声辐射特性。

蛙人声辐射的主要来源是人体的肺部组织。

当蛙人呼吸时,呼吸气体在呼吸器内的流动会引起一系列振动和波动,从而发生声辐射。

因此,可以通过对蛙人的呼吸声信号和噪声信号进行特征提取,以区分不同水下目标的类型。

蛙人呼吸具有明显的周期性特征。

在每个呼吸周期中,蛙人呼吸产生的信号具有3个连续的持续时间:吸气、呼吸保持和呼气。

在每个单独的持续时间,蛙人的信号由不同的机制产生。

在水下吸气期间,蛙人携带的压力调节阀会产生信号;在呼吸保持期间,将会以背景噪声为主;在水下呼气期间,则会由呼出的气泡产生信号。

通常情况下,蛙人呼吸的时间周期大致为5~12s,具体取决于蛙人的游泳技能和训练水平。

专业潜水员的标准呼吸技术是:用3~4s的时间吸气、用4~5s的时间呼气。

⒉水下目标强度特征目标强度是指水下目标如潜艇、蛙人、水雷和鱼类等反射的回波强度。

水声成像技术及其发展趋势

水声成像技术及其发展趋势

水声成像技术及其发展趋势水声成像技术,这玩意儿听起来是不是特别高大上?嘿,其实它和咱们的生活还真有着千丝万缕的联系呢!先来说说啥是水声成像技术吧。

想象一下,你在一个黑漆漆的深海里,啥都看不见,这时候如果有一种技术能像眼睛一样让你看清周围的环境,那该多牛!水声成像技术就是这样的“眼睛”。

它利用声波在水中传播的特性,把接收到的声波信号转换成图像,让我们能了解水下的情况。

我记得有一次,我去参观一个海洋科研所,有幸亲眼看到了水声成像技术的实际应用。

当时,科研人员正在对一片海域进行探测。

屏幕上显示出的图像一开始模糊不清,就像那种老电视信号不好的时候。

但随着技术的不断调整和优化,图像越来越清晰,我居然能看到海底的礁石、游动的鱼群,甚至是隐藏在沙子里的小贝壳!那种感觉,就像是我自己也置身于海底世界,能真切地感受到每一个细节。

水声成像技术的应用那可太广泛了。

在海洋探索方面,它能帮助科学家们更好地了解海底地形、地质结构,发现新的物种和生态系统。

比如说,以前我们对深海的了解就像隔着一层厚厚的雾,而现在有了水声成像技术,这层雾就被慢慢吹散了。

在军事领域,它也是一把利器。

可以用来探测敌方的潜艇、水雷等,保障国家的安全。

这就好比在黑暗中,我们有了一双敏锐的眼睛,能提前发现潜在的威胁。

还有在水下工程方面,比如修建海底隧道、铺设海底电缆,水声成像技术能够让施工人员清楚地知道水下的情况,避免出现意外。

那水声成像技术未来会怎么发展呢?我觉得啊,它肯定会越来越厉害!首先,图像的分辨率会越来越高,说不定以后我们能看清海底微生物的一举一动。

其次,探测的范围也会更广,更深的海底秘密也将被揭开。

而且,它可能会和其他技术结合,比如人工智能,让图像的分析和处理更加智能和高效。

随着科技的不断进步,水声成像技术就像一个不断成长的孩子,会给我们带来越来越多的惊喜。

说不定有一天,我们通过手机就能实时看到深海的奇妙景象,那该有多棒!总之,水声成像技术的发展前景一片光明,它将继续为我们探索海洋的奥秘、保障国家安全、推动工程建设发挥重要作用。

水下声纳探测和识别系统的设计与性能优化

水下声纳探测和识别系统的设计与性能优化

水下声纳探测和识别系统的设计与性能优化水下声纳探测和识别系统的设计与性能优化概述水下声纳探测和识别系统是一种利用声波在水中传播的特性,对水下目标进行探测和识别的技术手段。

由于水下环境的特殊性,声波在水中的传播具有很强的穿透力和远距离传输能力。

因此,水下声纳系统被广泛应用于海洋科学研究、海洋资源开发利用、水下声学监测、军事侦察等领域。

本文将对水下声纳探测和识别系统的设计与性能优化进行详细介绍。

一、水下声纳系统的组成和原理水下声纳系统由发射器、接收器和信号处理系统三部分构成。

发射器通过产生特定频率的声波信号,将其发送到水中;接收器将从水中接收到的声波信号转化为电信号;信号处理系统对电信号进行处理和分析,实现水下目标的探测和识别。

水下声纳系统的原理在于声波在水中的传播和相互作用。

声波在水中传播的速度和路径受到水的温度、盐度、压力等环境因素的影响。

并且,不同频率的声波信号在水中的传播特性也有所不同。

利用这些特性,可以通过对水中的声波信号进行分析,获取关于水下目标的信息。

二、水下声纳系统的设计要点1.频率选择:频率的选择对水下声纳系统的性能具有重要影响。

低频声波能够在水中传播较远,但分辨率较低;高频声波能够提高分辨率,但传播距离较短。

因此,根据实际需求选择合适的频率范围。

2.发射器和接收器的布置:发射器和接收器的布置是影响水下声纳系统性能的关键因素。

合理布置发射器和接收器,能够提高声纳系统的方向性和抗干扰能力。

常用的布置方式包括单向发射单向接收、扇形发射扇形接收、相控阵等。

3.背景噪声的处理:水下环境中存在着各种背景噪声,如水流噪声、海洋生物噪声等。

这些背景噪声会干扰到声纳系统的探测和识别能力。

因此,需要采取合理的方法对背景噪声进行处理,如滤波、降噪算法等。

4.信号处理算法:信号处理算法是水下声纳系统性能优化的关键。

常用的信号处理算法包括自相关法、互相关法、最小二乘法、最大似然法等。

有效的信号处理算法能够提高系统的探测和识别能力。

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2009,31(6)
为改善水声探测系统的信号检测性能,研究了在深海环境下水声探测的特性.在对浅海和深海声传播特性进行比较的基础上,分析了深海声传播的优越 性.通过对不同海洋深度声源的声传播特性仿真分析,证明了深海环境有利于实现远距离声传播.在一定信号接收带宽的情况下,计算了位于深海区域的水 声探测系统对安静型潜艇的最大被动水声探测距离,进一步证明了深海环境有利于实现远程水声探测.研究结果为在深海环境下探测安静型潜艇提供了理 论依据.
更为简化,动态性能大为改善,『刚王还缩短r信
号的处理时间,使信号实时处理变为了现实。
5水声探测技术的应用进展
水声探测技术在海洋观测和水下目标探测
中占有很重要的地位,是实现水下目标遥测的
主要手段,但以前偏重于军事应用。随着冷战时
代的结束,大量军事应用水声技术转向民用,海
洋声探测技术将会得到较快的发展。目前.国
废铜烂铁”或根本不能I:作,而这套仪器有可能 投入数白.万元的巨资因此发展海洋高技术要
有良好的经济支撑能力,会有较大的风险。另
外,海洋环境的多变性,也增加了海洋技术发展 的难度。如卫星遥感在陆地环境和资源遥感探
测中已发挥r重大作用,地理信息系统(GI固也 已获得较为广泛的应用,但1l星遥感在海洋环
境和资源遥感探测中的资料利用率却相当低, 要在海洋上建海洋地理信息系统(cI固也是相当
PCNN算法是目前图像处理领域中一种较新的算法,是图像处理算法中的热门课题。本文对基于PCNN二值图像边缘提取、细化和去噪算法进行了重点 研究,其中二值图像去噪算法是对同行提出的基于PCNN的灰度图像去噪算法中的关键参数进行改进而实现的,达到了很好的去噪效果。
对于形态学图像处理进行了广泛深入的研究,利用二值形态学的开启、闭合操作为后续的目标识别提供了高质量的中间结果。将形态学平滑算法、 形态学梯度算法与对应功能的常规算法进行比较分析,阐明了它们各自优缺点和特性。将高帽变换用于侧扫声纳图像目标的预处理,将阴影区作为目标 特征以用于目标识别。
1引言 水声遥控系统框架、应用情况,发展情况近 年来.由于军事和海洋开发的要求,人们开始越 来越重视水下通信系统的研究与开发。由于电 磁波在水中传播时衰减严重。而声波是人类迄 今为止已知的唯一能在水中远距离传播的能量 形式,所以海洋中检测、通信、定位和导航主要 利用声波。 2声波检测原理 声波喊超声洳所测的声学参数是:被检 测介质L距离内的声波传播时间T、波幅A及 波动的振动频率Fo介质内声波的传播,是质点 弹性振动的传递过程,由弹性理论可知。在无 限介质中小考虑体积压力作用时.用位移表示 的各向同性的理想弹性体的波动方程如下:
圈囵温互互阅湍蔫%而幽删嘣--cts 高新技术
水声探测技术综述
黄威 (中国地质大学机械与电子信息学院,湖北武汉430074)
摘要:随着海洋开发的日益深入,用于水下探测的相关技术越来越受到人们的重视。水声测深技术作为用于水下探测的一种重要 技术,主要用来测量水中物体的位置及形态和对水下地形的描绘。本文简要介绍了水声探测的基本原理。分析了其中的关键技术, 并对其未来的发展进行了展望。 关键词:水声;探测:技术
海水、高压、台风、大浪等恶劣环境的干扰,长时 间1j作的水下仪器设备还要受到海洋附着生物
的污损,海上试验仪器设备还可能受到渔民的 干扰。这些环境条件都为海洋观测技术的发展
增加了很多的风险.也增加了很多的困难。一台 经室内检测和试验非常优良的仪器设备,投入
海上使用时,会因细小的水密不良或盐雾对接 插件的腐蚀,使全套仪器功能损失殆尽,变为”
术,关键要解决的nq题是增加传输距离,提高图 像的分辨率,降低误码率。国外正在研究100kin
级的声数据传输技术。目前6km左右的声数据 传输技术已成熟,并已f暂品化,波特率为1200,
国内已开展了一些研究,取得较好的成果。 6结论与展望
海洋环境要比陆地环境更为复杂、更为恶 劣、更为多变。在海洋环境下作业将遇到盐雾、
有用信号并掺杂噪声,则町自动调整为一个带
通滤波器。海洋环境条件恶劣.海洋环境噪声和
传感器的自噪声,使得水下声信道的信号变得
十分复杂,在水声传感器使用中,往往很难获得
水声信号的统计特性,自适应信号处理方法恰
好为传感器性能的提高提供了条件。自适应滤
波技术在水声信号处理器中的应用,不仅解决
了对已知信号的自动滤波和跟踪,系统结构也
水声探测技术综述
作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:
黄威 中国地质大学,机械与电子信息学院,湖北,武汉,430074
中国新技术新产品 CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 2010,""(5) 0次
参考文献(5条)
1.吴曾庆 声波检测的发射与接收[期刊论文]-中国地质灾害与防治学报 1998(9)
本文所研究了图像处理的基本算法中图像的旋转和非整数倍缩放算法并将其用于实现目标识别的旋转不变性和尺度不变性。灰度直方图均衡用于解 决水声图像通常较暗这一问题。本文提出了一种新的二值化算法叫做直方图平滑二值化算法,并将其推广实现了图像的快速多阈值分割。此外,还对一 种自适应确定二值分割阈值的Otsu算法进行深入研究,并广泛用于本文的其它部分。
水声换能器是把声能和电能进行相互转换 的器件。在声纳中的地化类似于无线电设备中
的天线。是在海水中发射和接收声波的声学系 统。其中把声能转换为电能的换能器叫作接收
器或水听器把电能转换为声能的换能器叫作发 射器。有些声纳用同一只换能器来发射和接收
声音拐—些则使ffJ:5-妍的发射器和水听器。通
常按换能器的机理把水声换能器分为5类。 3.1动圈换能器
困难的事。因此,对海洋环境的监测往往要求实 时连续监测,以期能较为真实地反映海洋环境,
这也增加r海洋观测技术发展的难度。
参考文献
『11昊曾庆,声波检测的发射与接收,中国地质灾
害与防治学报切,1998.9 f21曾台英,贾叔仕,水声换能器及其研究和发
展,但表教术与传感器叨,2002

网李启虎,水声学研究进展,声学学彻,2001.7
被动和主动两种工作方式的合成孔径声呐,
1995年完成了实验样机。作用距离达到400m, 分辫率达到lOcm。国外目前的发展趋势是提
高分辨牢和作用深度。声层析技术是美国人于 1979年提m来的概念,其原理类似于医疗器械
cT,它通过溯量声速传播的时间来计算传播路 径上的平均温度,通过测冒声在双声线传播的
用的较多的是钦酸钡错钦酸铅。
4信号处理
随着信号处理技术的迅速发展,特别是以
数字信号处理器及其相关算法为技术支撑的数
字滤波技术的出现,使得信号滤波处理的性能
得到了大幅度的提高。在水声信号处理器的研
制中,采用厂针对性的自适应滤波模块,应用现
代数字信号处理技术和相应的软件算法对海洋
环境条件下的水声信号进行处理,从而克服了
最后在上述各种算法基础之上计算区域的特征向量,开发出了侧扫声纳目标自动探测算法,高度对称目标自动识别算法和矩形与(椭)圆形区域自动 分类识别算法。在矩形与(椭)圆形区域自动分类识别算法部分提出了一种新的无孔区域周长算法,解决了周长计算中的陷阱点难题。
综上所述,本论文对水声图像的预处理、特征提取和模式识别进行了广泛深入的研究,解决了一些热点问题,并取得了若干独创性成果。
2.学位论文 张鹏程 光纤光栅在水声探测中的应用 2005
论文详细论述了光纤光栅的传感机理,比较了目前已经提出的各种光纤光栅传感解调方案的优缺点,结合对光纤光栅传感原理的理论分析,确定了 利用M-Z干涉仪检测光栅反射波长移动的方案,深入研究了稳定干涉仪工作点相位的原理,用主动相位反馈的方法克服了相位诱导信号衰落,并给出了仿 真结果,证明了方案的可行性。 论文最后利用新型器件——光环行器,设计了一种带法拉第旋转镜的迈克耳逊干涉仪干涉解调法,同时克服了干涉仪工作点相位漂移和干涉光偏振 态随机变化导致的信号衰落,并改善了干涉仪输出信号的信噪比,探索性的提出了一种基于干涉解调法的时分复用光纤光栅传感阵列。以上干涉法检测 方案的提出,在光纤光栅水听器这一领域具有一定的创新意义,使得利用光纤干涉仪来解调光纤光栅波长编码更好地走向了实用化。
海洋环境噪声、自噪声及干扰信号,增强了被测
信号的有效性,并顺利实现了海洋复杂环境条
件下水声信号处理功能。自适应系统最大的特
点是具有时变和白动调整性能。它可以通过自
身与外界环境的接触来改善自身对信号处理的
性能,而尤需知道信号的结构和信号的实际知
讽假如—个冉适应滤波器输入的仅为有用信
号,它可以调整为一个全通滤波器;若输人为
载有信号电流的环形线圈在磁铁的环形缝 隙中,的恒定磁场里运动线圈的运动传到与外
壳相连的膜片上向外部介质辐射声波这种换 能器被广泛用作水下宽带校准声源。
32静电换能器
当在—个介电媒质分开的表面充以不同 电荷时,将互相吸引而产生力当电荷变化使力
改变时,可以使与它相连的膜片运动从而向外
辐射声波静,电换能器在空气中有广泛应用如
2.曾台英.贾叔仕 水声换能器及其研究和发展 2002
3.李启虎 水声学研究进展[期刊论文]-声学学报 2001(4) 4.孙兵 自适应滤波技术在水声信号处理器中的应用[期刊论文]-桂林工学院学报 2008(4)
5.朱光文 发展海洋观测高技术 1997(12)
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际上比较成熟或正在发展的海洋声探测技术是
海流剖面测鐾技术、声成像技术、鱼群探测技
术、声层析技术、声学多波束测深技术及声通讯
技术。合成孔径声呐是利用接收基阵在拖曳过
程中对海洋中目标反射信号的时间采样,经延
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