水声环境复杂性对声呐探测距离的影响

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声纳探测及环境对声速影响

声纳探测及环境对声速影响
声 速 不 同 , 层 和 跃 变 层 之 间 的 声 速 同 的 水 层 , 声
图 1 被 动 探 测 原 理 图
其性 能 有 异 , 目标 的探 距离 也 有 差 别 。 对 实 际 作 战 的水 下 探 测 设 备 , 不 同 的 海 区 和 在
。 =( — 2/t-t) 目 LIL ) (l 2
种 形 式 。 动 探 测 是 探 测 目标 本 身 所 发 出 位 为 : 被 的 噪 声 , 后 根 据 被 测 信 号 的 大 小 和 方 位 然 = O 一{ d 一 l/ 2 C C S [ C Tlr 3 ] [d 一 c 2 2T 3 d
高新技术
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声 纳探 测 及 环境 对 声 速 影 响 ①
高 焘 陶 智 (. 1 海军 驻武 汉I -) ]  ̄ - k-军事 代表 室 武汉 海字 第1 4 8 号 ; 2. 军装备 部驻沈 阳地 区军事 代表局 沈阳 海字第 1 0 1 ) 1 36 海 4 1 3号 0 摘 要: 通过 对 海洋环境 和 声纳探 测原理 的分析 , 使我 们 了解到海 洋环境 的复杂性和 多变性 , 识 到水 声探测 的原 因和 目的 。 认 关键词 : 声纳 声速 剖 面 内波 中 图分 类 号 : B T 5 文 献 标 识 码 : A 文 章编 号 : 6 2 3 9 ( 0 2 0 ( ' 0 1 2 1 7 — 7 1 2 1 )4 c 0 0 —0 )
声纳 是 指 实 现 水 下 声 能 与 电能 之 间的 来 计 算 得 到 目标 的 方 位 和 距 离 。 动 探 测 ( 主 T3 2+fl) 2] 。}
转 换 的 水 声 换 能 器 。 最 早 是 被 设 计 用 于 它 是 本 艇 向 目标 发 出 探 测 脉 冲 信 号 , 然后 根

声纳探测及环境对声速影响

声纳探测及环境对声速影响

声纳是指实现水下声能与电能之间的转换的水声换能器。

它最早是被设计用于协助水面舰艇在恶劣天气下导航的,后来装备于潜艇上,到今天已经成为定位潜艇的主要手段。

声呐可根据探测方法分为两种类型:主动和被动。

主动声呐安装有一个发射机发出声脉冲和一个接收机记录返回的回声;被动声呐收听其他船只和潜艇的噪声。

应当注意,声波在传播中被散射和吸收后造成的能量损失,也就是衰减。

1 声纳探测原理声纳探测分为主动探测和被动探测两种形式。

被动探测是探测目标本身所发出的噪声,然后根据被测信号的大小和方位来计算得到目标的方位和距离。

主动探测是本艇向目标发出探测脉冲信号,然后根据目标反射回的信号计算出目标的方位和距离。

1.1被动探测原理被动探测原理如图1所示。

设声速为c,则目标到达各个阵元的时延差分别为:τ12=τ1-τ2=1/c(L 1-L 2) (1)τ23=τ2-τ36=1/c(L 2-L 3) (2) τ13=τ12+τ23 (3)其中,τ12为阵元1、2接收信号的时间差;τ23为阵元2、3接收信号的时间差;τ13为阵元1、3接收信号的时间差。

可求得目标方位为:α=cos -1{[cd 2-c 3τ12τ23τ13]/[2d 3-c 2d①作者简介:高焘(1983-),男,汉族,吉林长春人,海军驻武汉四三八厂军事代表室助理工程师,研究方向:船舶制造,船舶特种装备仪器。

陶智(1980-),男,汉族,辽宁沈阳人,海军驻沈阳地区电子系统军事代表室工程师,研究方向:水声工程。

(τ232+τ122)]} (4)目标距离为:L=d 2/c(τ12-τ23)-c(τ232+τ122)/2(τ12-τ23) (5)1.2主动探测原理主动探测原理如图2所示。

设声速为c,脉冲波前沿到达目标时的距离为L 1,所用时间为t 1,脉冲波后沿到达目标时的距离为L 2,所用时间为t 2。

若t 1=t 2,则L 1=L 2,目标为静止的。

若t 1不等于t 2,则:L 1=ct 1 (6)L 2=ct 2 (7)目标源移动速度为:c 目=(L 1-L 2)/(t 1-t 2) (8)2 影响声纳探测性能的水下环境因素2.1海洋声速剖面海洋中声速分布是多变的,既有地区性变化,又有季节性变化。

浅海声速剖面对声呐作用距离的影响研究

浅海声速剖面对声呐作用距离的影响研究

4
结论
本文通过仿真几种典型浅海声速剖面环境, 分析
可以得到如下结论: 了其对声呐作用距离的影响, ( 1) 声呐作用距离随深度存在振荡现象, 这是由 于声场的简正波模态引起的; ( 2) 声呐作用距离在正声速梯度环境下达到最 这是由于声线向海面反射, 而海面反射产生的能 大, 量损失较小。声呐作用距离在负声速梯度环境下达 到最大, 这是由于海底反射所带来能量损失; ( 3) 在浅海环境所仿真的这些典型声速剖面情 况下, 声呐作用距离在声源深度处均为最大。
1
引言
中国拥有 广 阔 的 海 岸 线 , 近岸浅海海区的声
系统 , 可用时不 变 或 时 变 脉 冲 响 应 以 及 它 的 频 域 表示 , 使用简正 波 模 型 可 以 较 好 的 分 析 浅 海 波 导 环境 , 因此本文 使 用 简 正 波 模 型 描 述 海 洋 信 道 的 声场特性 。 考虑与时间无关的亥姆霍兹方程, 对单频连续 即假定声压函数为 波引入谐和解, p( r, z, t) = p( r, z ) e - i ωt 兹方程
3 1 700 m / s, 密度 1. 6 kg / m , 吸收系数 0. 5 dB / lam。
1 + 2az, 的声速分布为: C ( z ) = C0 / 槡 式中: a 为相对 声速梯度的绝对值; 图 ( c ) 的声速表达式为: C ( z ) = C0 / 槡 1 - 2az; 图( d) 的声速表达式 C( z) 满足式( 4) 。 z≤90 1 530, C( z) = 1 530 - 3 × ( z - 90) , 90 < z < 101 ( 4) 1 500, z≥101 结合图 2 中各声速梯度下的信道传递函数, 分别 对各信道的传递函数进行插值, 见图 3。根据图 3 可 知, 不同声速剖面对声传播损失带来影响, 各种声速 梯度条件下, 偏差可达 5 dB 以上。

水声环境复杂性对声呐探测距离的影响

水声环境复杂性对声呐探测距离的影响
殊 。除 了声 呐 设 备 本 身性 能外 , 水 声 环 境 对 声 呐探 测 性 能 也 有 相 当大 的影 响 。 针 对 潜 艇 经 常 活 动 的 浅 海 区 域 , 介 绍 浅
海 水 声 传 播 机理 , 建 立 不 同水 文 条 件 下声 传 播 的 射 线 声 学 模 型 。对 3种 典 型 水 文 条 件 下 的声 传 播 规 律 仿 真 , 提 出 了声
s o n a r d e t e c t i o n pe r f o r ma nc e. Ba s e d o n s h a l l o w wa t e r whe r e s ub ma r i n e mo v e d r e g u l a r l y, s h a l l o w u n d e w a r t e r
( 1 . No . 9 1 3 8 8 Un i t o f P L A, Z h a n j i a n g 5 2 4 0 2 2, C h i n a ;2 . Ke y L a b o r a t o r y o f S c i e n c e a n d
T e c h n o l o g y o n U n d e r w a t e r A c o u s t i c C o u n t e r m e a s u r e , Z h a n j i a n g 5 2 4 0 2 2 , C h i n a )
A bs t r ac t : S o n a r d e t e c t i o n p e fo r r ma n c e wa s c l o s e l y r e l a t e d t o t h e un d e wa r t e r a c o u s t i c c o nd i t i o n s, de t e c t i o n p e fo r r ma n c e wa s o t f e n d i f f e r e n t b y t h e o n e s o n a r u n d e r t h e d i f f e r e n t e n v i r o n me n t . I n a d d i t i o n t o t he pe r f o r ma nc e o f s o n a r e q u i p me n t , a l s o h a d a c o ns i de r a b l e i mp a c t o n t h e un d e r wa t e r a c o us t i c e n v i r o n me nt o n

水下环境对声学传输的影响研究

水下环境对声学传输的影响研究

水下环境对声学传输的影响研究在我们所生活的这个蓝色星球上,水域占据了相当大的一部分。

无论是广阔无垠的海洋,还是宁静幽深的湖泊、河流,水下世界都充满了神秘和未知。

而声学传输在水下环境中的应用,对于海洋探索、资源开发、军事防御等众多领域都具有极其重要的意义。

然而,水下环境的复杂性给声学传输带来了诸多挑战和影响。

水下环境的一个显著特点就是压力的变化。

随着深度的增加,水压会急剧增大。

这种压力的变化会对声音的传播速度产生影响。

一般来说,声音在水中的传播速度会随着压力的增加而增加。

这就意味着,在不同深度的水下,声音的传播速度是不同的。

这对于依赖声学进行定位和测距的设备来说,可能会导致误差的产生。

比如,当我们使用声呐来探测水下物体的位置时,如果没有考虑到不同深度声音传播速度的差异,就可能会得出错误的距离信息。

温度也是影响水下声学传输的一个重要因素。

在水下,温度的分布通常是不均匀的。

一般来说,表层水的温度受太阳辐射的影响较大,相对较高;而深层水的温度则较低且较为稳定。

这种温度的差异会导致声音在传播过程中发生折射和反射。

就好像光线在不同介质中会发生折射一样,声音在不同温度的水层之间传播时也会改变传播方向。

这会使得声音的传播路径变得复杂,增加了声学信号传输和接收的难度。

此外,水的盐度同样会对声学传输产生影响。

海水的盐度通常比淡水高,而盐度的变化会改变水的密度和声学特性。

较高的盐度会使得声音的传播速度略微增加,同时也会影响声音的衰减程度。

这在一些河口地区或者海水与淡水交汇的区域尤为明显。

如果声学设备在这些区域工作,就需要对盐度的变化进行准确的测量和分析,以修正声学信号的处理和解读。

水下的杂质和悬浮颗粒也是不可忽视的因素。

它们会散射和吸收声音能量,导致声音信号的衰减和失真。

在浑浊的水域中,声音的传播距离可能会大大缩短,信号的质量也会明显下降。

这对于水下通信和探测来说是一个很大的障碍。

比如,在发生海底地震或者山体滑坡等自然灾害后,大量的泥沙和碎屑会进入水中,使得原本清晰的声学通道变得模糊不清。

海洋环境对声呐使用性能的影响_刘艳

海洋环境对声呐使用性能的影响_刘艳

No.3
Sep.2012
海洋环境对声呐使用性能的影响
刘 艳,潘文良
(91550部队93分队,大连 116023)
摘 要:针对声呐装备在使用过程中受海洋环境影响比较大的实际情况 ,研究不同海洋环境条 件 下 对 声 呐 装 备 使 用 性 能 的 影 响 ,探 讨 了 声 呐 装 备 与 海 洋 环 境 相 适 应 的 方 法 ,并 在 环 境 自 适 应 声 学 处 理 技 术 、测 量 体 制 和 模 式 等 方 面 提 出 了 建 议 ,为 最 大 限 度 地 发 挥 声 呐 装 备 的 作 战 使 用 效 能提供参考。 关 键 词 :声 呐 装 备 ;海 洋 环 境 ;环 境 适 应 性 中 图 分 类 号 :P732 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1006-009X(2012)03-0006-03
3 声 呐 装 备 与 海 洋 环 境 相 适 应 的 途 径
在复杂海洋 环 境 下 对 远 距 离、弱 信 号 目 标 的
·8·
气象水文海洋仪器
Sep.2012
检 测 、定 位 、识 别 与 跟 踪 是 声 呐 装 备 在 一 定 时 期 的 技术要求。声 波 在 海 洋 信 道 的 传 播 过 程 中,受 各 种条件海洋环境 的 影 响 极 其 复 杂,要 求 声 呐 装 备 必须具有环境声 学 适 应 性,具 有 环 境 声 学 的 适 应 处 理 能 力 。 因 此 ,在 未 来 的 声 呐 装 备 使 用 过 程 中 , 充分发挥声呐装 备 的 最 大 使 用 效 能,发 挥 其 水 下 测量的优势是急需解决的问题 。 [7]
1 声呐装备的特点
声波是海水介质中能够远距离传输信息的最 佳载体。电磁波和光波在海水中传播都要受到严 重 的 衰 减 ,雷 达 、无 线 电 和 光 电 设 备 在 海 洋 下 无 法 完成远距离测量 任 务,获 取 水 下 信 息 的 最 佳 途 径 是水声装备。 声 呐 装 备 在 使 用 过 程 中,有 其 自 身 的特点。主要表现在以下的方面:

水声环境复杂性对声呐探测距离的影响

水声环境复杂性对声呐探测距离的影响

水声环境复杂性对声呐探测距离的影响水声环境是指水中声波传播的过程及受到的环境因素的影响。

这些环境因素包括海水的温度、盐度、压力、流动等。

这些因素的变化会使得声波的传播速度、反射、折射、散射、吸收等特性发生不同程度的变化,从而影响声呐的探测距离和精度。

首先,水中温度的变化会影响声波传播速度。

在水中,声波的传播速度约是在空气中的4倍。

而水温度的变化会使得水的密度和粘度发生变化,从而影响声波的传播速度。

当水温度升高时,声波传播速度也会随之升高,但声波的折射和散射会增强,从而降低探测距离;当水温度下降时,声波传播速度也会随之下降,但声波的反射和折射会减弱,从而提高探测距离。

其次,海水的盐度也影响声波传播速度。

盐度越高,海水的密度越大,从而会减缓声波的传播速度。

同时,盐度的变化还会影响水中的音速剖面(即声波传播速度与深度或水层之间的关系),从而导致声波的折射和散射发生变化,从而影响探测距离和精度。

此外,水压力对声波传播的影响也不能忽略。

随着水深的增加,水压力会不断增加。

这会使得水密度增加,声速下降,从而降低探测距离;同时,声波在水下传播中也会发生衰减和散射,使得声波能量逐渐减弱,从而也会影响探测的精度。

最后,水流的存在也会对声呐探测距离产生影响。

水流会使声波传播的路径发生弯曲和扭曲,从而影响声波的折射和散射,使得声波的能量在传播过程中逐渐消耗,从而影响声呐的探测距离和准确度。

综上所述,水声环境的复杂性对声呐探测距离和精度产生不可忽略的影响。

不同的环境因素对声波的传播速度、反射、折射、散射、吸收等特性都会产生影响,从而影响声呐探测的效果。

因此,在进行声呐探测任务时,需要充分考虑水声环境的复杂性,并进行合理的环境因素修正和校正,以提高声呐探测的效率和准确性。

相关数据指的是与水声环境对声呐探测距离的影响有关的具体数据,下面将列出一些典型的数据,并对其进行分析。

首先是声波在水中的传播速度变化。

一般来说,声波在水中传播的速度约为1480米/秒,但水温度和盐度变化会对其产生影响。

浅海声速剖面对声呐作用距离的影响研究

浅海声速剖面对声呐作用距离的影响研究


wa v e g u i d e e n v i r o n me n t ,s o u n d s p e e d p r o i f l e h a s d i f f e r e n t c o mp l e x f e a t u r e s wi t h d i f f e r e n t s e a s o n a n d s e a re a a s . An d t h e s o u n d s p e e d p r o i f l e h a s g r e a t i mp a c t t o t h e s o n a r e f f e c t d i s t a n c e . I n t h i s p a p e r ,t h e ma r i n e c h a n n e l t r a n s f e r f u n c t i o n i s a n ly a z e d u s i n g n o r ma l — mo d e m o d e l t o t h e t y p i c a l s h a l l o w s o u n d s p e e d p r o i f l e .A n d t h e e f f e c t s o f i t s a c t i o n O n t h e s o n a r d i s t a n c e
中 国拥 有 广 阔 的 海 岸 线 , 近 岸 浅 海 海 区 的 声
系统 , 可用 时不 变 或 时 变 脉 冲 响应 以及 它 的频 域
表示 , 使用 简 正 波 模 型 可 以 较 好 的 分 析 浅 海 波 导 环境 , 因此 本 文 使 用 简 正 波 模 型 描 述 海 洋 信 道 的
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水声环境复杂性对声呐探测距离的影响
水声环境是指水中声波传播的过程及受到的环境因素的影响。

这些环境因素包括海水的温度、盐度、压力、流动等。

这些因素的变化会使得声波的传播速度、反射、折射、散射、吸收等特性发生不同程度的变化,从而影响声呐的探测距离和精度。

首先,水中温度的变化会影响声波传播速度。

在水中,声波的传播速度约是在空气中的4倍。

而水温度的变化会使得水的密度和粘度发生变化,从而影响声波的传播速度。

当水温度升高时,声波传播速度也会随之升高,但声波的折射和散射会增强,从而降低探测距离;当水温度下降时,声波传播速度也会随之下降,但声波的反射和折射会减弱,从而提高探测距离。

其次,海水的盐度也影响声波传播速度。

盐度越高,海水的密度越大,从而会减缓声波的传播速度。

同时,盐度的变化还会影响水中的音速剖面(即声波传播速度与深度或水层之间的关系),从而导致声波的折射和散射发生变化,从而影响探测距离和精度。

此外,水压力对声波传播的影响也不能忽略。

随着水深的增加,水压力会不断增加。

这会使得水密度增加,声速下降,从而降低探测距离;同时,声波在水下传播中也会发生衰减和散射,使得声波能量逐渐减弱,从而也会影响探测的精度。

最后,水流的存在也会对声呐探测距离产生影响。

水流会使声波传播的路径发生弯曲和扭曲,从而影响声波的折射和散射,使得声波的能量在传播过程中逐渐消耗,从而影响声呐的探测
距离和准确度。

综上所述,水声环境的复杂性对声呐探测距离和精度产生不可忽略的影响。

不同的环境因素对声波的传播速度、反射、折射、散射、吸收等特性都会产生影响,从而影响声呐探测的效果。

因此,在进行声呐探测任务时,需要充分考虑水声环境的复杂性,并进行合理的环境因素修正和校正,以提高声呐探测的效率和准确性。

相关数据指的是与水声环境对声呐探测距离的影响有关的具体数据,下面将列出一些典型的数据,并对其进行分析。

首先是声波在水中的传播速度变化。

一般来说,声波在水中传播的速度约为1480米/秒,但水温度和盐度变化会对其产生影响。

数据表明,水温每升高1度,声波的传播速度会增加
1.525米/秒左右,而当盐度从34‰增加到36‰时,声波的传
播速度会降低0.13米/秒左右。

这表明,水温的变化对声波传
播速度产生的影响比盐度变化的影响更大。

因此,在进行声呐探测任务时,需要更多地考虑水温对声波传播速度的影响。

其次是水流对声呐探测的影响。

数据表明,水流的速度变化会对声波的传播路径产生影响,使得声波在传播过程中产生扭曲和弯曲,从而导致声波的反射和折射发生变化,影响声呐探测距离和精度。

一般来说,在10米/秒以下的水流速度下,其对
声波的影响较小,可以忽略不计。

而在水流速度较大的情况下,则需进行更为精细的探测和矫正,以确保探测结果的准确性。

最后是海水的压力变化对声呐探测距离的影响。

数据表明,当
水深增加1米时,水压力会增加0.1兆帕左右。

随着水深的增加,水压力会不断增大,从而导致水密度增加,声速下降,声波的传播损失增加。

因此,在进行深海探测任务时,需要对海水压力的影响进行考虑,并进行相应的环境程序设计,以提高声呐探测的效率和准确性。

综上所述,数据分析表明,水声环境对声呐探测距离和精度产生不可忽略的影响,声波传播速度、水流、压力等因素都会影响声呐探测的效果。

因此,在进行声呐探测任务时,需要充分考虑水声环境的复杂性,并进行合理的环境因素修正和校正,以提高声呐探测的效率和准确性。

结合深水地质环境调查的案例进行分析总结,水声探测技术是深水地质勘探中不可或缺的技术手段,其具有高效、准确、无损等特点,可以对海底地形、洋底构造、大洋地震、油气赋存等方面进行检测和分析。

此外,水声探测技术在军事、民事等领域也有广泛的应用。

案例分析:某厂商承接一项深水地质勘探调查,委托其对大洋地震和海底构造进行调查。

通过采用具有多频同时发射和接收功能的便携式水声探测设备,对目标海域进行了广泛扫描。

最终,他们成功获取了大量有关海底地质构造、地震异常等信息,提供了有力的依据,辅助客户进行深层次勘探的决策。

该案例反映了水声探测技术在深水地质环境中的重要性和应用前景。

具体表现在以下几个方面:
首先是水声探测技术具有高效、准确、无损等特点。

相对于传统的地质勘探技术,水声探测技术具有根据海底环境和勘探目
标的不同需求选择不同探测频率、模式的独特优势。

通过多频同时发射和接收的手段,可以快速地获取大量的水声数据,而不会对海底生态环境和深海水文条件造成影响。

其次,水声探测技术是深水地质勘探中不可或缺的技术手段。

在深海探测,人类无法通过肉眼观察获取信息,不能直接接触和采集样本,必须通过技术手段来获取数据,而水声探测技术正是在这一背景下产生和应用。

最后,水声探测技术也广泛运用于军事和民事诸多领域。

除了在深水地质勘探中的应用外,水声探测技术也广泛应用于潜艇探测、海底测量、水声传声、水声通讯等方面,具有非常重要的意义。

总之,水声探测技术在深水地质勘探中具有广泛的应用前景,可以满足人们对大洋地震、海底构造等方面的深度了解的需求。

在未来,水声探测技术将会不断发展和完善,产生更广泛的应用。

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