潜艇声纳系统工作原理ppt课件
声呐的物理原理
声呐的物理原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊声呐的物理原理，这可超级有趣哦！
你知道吗，声呐就像是水下的“眼睛”和“耳朵”！它的原理其实就像你在黑暗中用手电筒照亮前方一样。
比如说，你在一个漆黑的房间里，突然打开手电筒，光就会照亮你想看到的东西，对吧？声呐也是这样，它发出声波，然后通过接收声波反射回来的信号来“看”到水下的物体和环境。
想象一下，潜艇在深深的海底航行，要是没有声呐，那可就像个睁眼瞎呀！但有了声呐，它就能探测到周围的其他潜艇、海底地形等等。
这不就跟你走路的时候用眼睛观察周围一样重要嘛！
声呐工作的时候可有意思啦！它发出声波，那些声波就像一群勇敢的小使者，快速地向四周冲出去（就像你撒出一把小石子）。
当遇到物体时，声波就会反弹回来，被声呐接收。
然后声呐就能根据这些返回的信息，知道物体的位置、大小、形状等等。
哎呀呀，神奇吧！
比如渔民们在海上捕鱼的时候，声呐就能帮助他们找到鱼群在哪里，这简直就是找到宝藏的魔法呀！又或者科学家们利用声呐来研究海洋生物，了解它们的生活习性和分布情况，多酷啊！
声呐的这个物理原理呢，其实并不复杂，但是却有着巨大的作用。
它就像是我们探索水下世界的秘密武器！所以说呀，科技真是太了不起啦，能让我们做到以前想都不敢想的事情！
总之，声呐真的是个超厉害的东西，它让我们对水下世界有了更深入的了解和探索。
它的物理原理虽然简单，但却蕴含着无尽的奥秘和可能性。
让我们一起为声呐点赞，为科技的力量欢呼吧！。
声纳工作原理的简易说明
声纳工作原理的简易说明声纳工作原理的简易说明加拿大海军的M2S2声纳系统声纳是一种非常重要的海军装备，随着潜艇等水下武器的使用而受到各国极大的重视。
这里，我们不去讨论某个具体的装备，也不涉及太多的数学概念，而是从简单的物理原理入手，对声纳这个水中顺风耳做个简略的介绍。
▲自然界中的雷达和声纳目前的声纳主要分为两类，主动声纳和被动声纳。
主动声纳工作时类似雷达，更确切地说像蝙蝠，发出声波后，接受反射回来的声信号。
既然原理类似，问题来了，为何不把雷达直接搬到水下呢？很简单，雷达依赖的电磁波在水下衰减严重，根本不足以用于远距离的探测。
而声波是由物体振动产生，在水中的传播距离非常远，水中一声巨大的爆炸，上千公里远的地方也能听到。
如此得天独厚的优势，声波自然而然成为首选的媒介。
既然声响在水里可以传播很远，那么放置一个听音器静静地听着别人吼叫也能起到收集信息的作用，那么被动声纳就应用而生。
我们可以打个比方，某人冲着远处连绵不绝的大山高喊“我！爱！军！武！”，一段时间后会有缥缈的回声传回来，“我～爱～军～武~”。
这样，嗓子和耳朵就组成了主动声纳，如果知道声音的传播速度，手头恰好有个秒表，简单的计算就能得到此人和大山之间的距离。
恭喜，这就是主动声纳技能。
如果此时在大山的另一边，有人恰好只是听到了这句喊，好吧，他只是用了被动声纳的技能。
了解了大概的工作原理后，我们的问题就具体起来，如何产生声波？如何接收声波？我们不可能在水下还是用嗓子喊耳朵听，所以特殊的部件被开发出来用于这个目的，那就是水声换能器。
这种部件的主要有两种类型，用磁场或是用电场都可以让物体变形，这里我们集中介绍用电场控制物体变形和振动的原理，即逆压电效应和压电效应。
在二战后期之前的声纳系统一直不太给力，原因之一就是有正逆压电效应的材料不靠谱，而纳粹潜艇威胁巨大，迫使盟军投入大量精力去开发新材料。
直到有一天，具有钙钛矿结构的钛酸钡（BaTiO3）被发现，使得声纳中的关键原件有了突破。
声纳是什么工作原理的应用
声纳是什么工作原理的应用什么是声纳声纳（Sonar）是一种利用声波在水中传播的原理来进行测距、探测和通信的技术。
通过发射声波脉冲并接收其回波，声纳可以获取目标物体的位置、形态等信息。
声纳在海洋探测、水下导航、捕鱼、测量水深等领域有着广泛的应用。
下面将详细介绍声纳的工作原理及其应用。
声纳的工作原理声纳系统主要由发射器、接收器和设备控制系统三部分组成。
工作过程如下：1.发射器发射声波脉冲：声纳系统中的发射器会产生一系列高频声波脉冲。
这些声波脉冲往往以固定的频率和振幅进行发送。
声波脉冲通过压电晶体或电磁换能器转换成机械能后，进一步转化为声能并发射出去。
2.声波脉冲在介质中传播：发射出的声波脉冲在水中以声速传播，直到遇到目标物体或水下地形。
声波在水中传播的速度取决于水的密度和温度等因素。
3.回波被接收器接收：当声波脉冲碰撞到目标物体或水下地形时，一部分声波会被反射回来，形成回波。
接收器接收并转化回波信号，将其转化为电信号。
4.回波信号的处理和分析：接收器将接收到的回波信号传输给设备控制系统进行分析、处理和解码。
设备控制系统可以根据回波信号的强度、时间和频率等信息，计算出目标物体的位置、形态、运动状态等。
声纳的应用声纳技术在海洋、水下探测、通信和测量等领域有着广泛的应用。
海洋探测声纳技术在海洋探测中起着关键的作用。
通过声纳系统可以对海底地形、海洋生物和海洋环境进行精确测量和探测，有助于地质勘探、海底管线敷设、海洋资源调查等工作的开展。
此外，在海洋科学研究中，声纳技术也被广泛应用于鱼群数量估计、海底植被调查等方面。
水下导航声纳技术在水下导航及海底遥感中也发挥着重要作用。
通过声纳技术，可以实时获取水下地形、水下物体及水下障碍物的信息，为水下机器人、潜水员等提供准确的导航和障碍物避难的能力。
在水下勘探、水下考古、海底机器人等领域，声纳技术为相关研究和工作提供了有效的技术支持。
捕鱼声纳技术在捕鱼业中有着广泛的应用。
水声学原理第一章ppt课件
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为了提高主动声纳的作用距离，将发射器做 成具有一定的发射指向性，如下图所示。
解释原因：可以提高辐射信号的强度，相应 也提高回声信号强度，增加接收信号的信噪 比，从而增加声纳的作用距离。
6
发射指向性指数DIT：
DI T
10 lg
ID I ND
式中：
ID为指向性发射器在声轴上测得的声强度； IND为无指向性发射器辐射的声强度。 含义：
的回波强度。
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4、海洋环境噪声级NL （Noise Level）
Question：海洋内部是安静的吗？
海洋环境噪声是由海洋中大量的各种各样的噪声源发出的 声波构成的，它是声纳设备的一种背景干扰。
环境噪声级NL是度量环境噪声强弱的量
定义：
NL 10lg I N
I0
式中I0为参考声强度,IN是测量带宽内（或1Hz频带内）的
QUESTION：何为水听器灵敏度?
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水听器灵敏度Sh
定义：
水听器处的声压为p，装置的开路终端电 压是V，则水听器的灵敏度为：
Sh 20 lg( v / p) dB/V
例子：已知水听器的灵敏度为-200dB/V，假设入 射平面波的声压级为80dB，问其输出端的开路电 压为几伏？
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无指向性水听器产生的均方电压： 设水听器的灵敏度为单位值，噪声场为 各向同性的，单位立体角内的噪声功率 为Ii，无指向性水听器产生的均方电压 为：
目标反射本领有差异：在同样入射声波的照射下，不同 目标的回波是不一样的。它除了与入射声波特性（频率、 波阵面形状）有关，还与目标的特性（几何形状、材料 等）有关。 目标强度TS定量描述目标反射本领的大小
定义：
潜艇声纳系统工作原理ppt课件
u
u
'
1 T'
u vsT
u
u
vs
观察 者接 收的 频率
' u
u vs
' u
u vs
波源向观察者运动 波源远离观察者
7
多普勒效应 3、波源与观察者同时相对介质运动 (vs , vo )
' u vo
u vs
vo 观察者向波源运动 + ，远离 .
vs 波源向观察者运动 ，远离 + .
潜艇声纳系统工作原理
1
潜艇声纳系统工作原理
声纳全称声音测距与导航，是一种利用声音
多普勒效应 在水下传播的特性，通过电声转换和信息处
理，完成水下探测与通讯任务的电子设备。 声纳并非人类的专利，海豚和鲸鱼等海洋哺
乳动物也拥有水下声纳，甚至形成了一门新 的学科：动物仿生学。
2
多普勒效应
多普勒 奥地利物理学家
潜艇把这个频率反射回去，驱逐舰接受到的 波的频率为：
潜艇反射回来的超声波的频率和发射频率的 相差为频率差：
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多普勒效应其他应用
雷达波的多普勒效应-交通测速 光波的多普勒效应-多普勒超彩 电磁波的多普勒效应-卫星多普勒定
位技术 农业中的多普勒效应-植物声频发生
器 移动通讯中的多普勒应用
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潜艇声纳系统工作原理
潜艇声纳系统工作原理： 工作原理是声是由波的形式传播靠
发射声波收回传回的声波信息经过 专门的声呐处理器显示到屏幕上 声纳结构： 声纳装置一般由基阵、电子机柜和 辅助设备三部分组成。 声基阵：由若干声呐换能器以一定 规律排列而成的阵列。 整流柜：整流柜是用于将交流电变 为直流电的功率设备。
《侧扫声呐》课件
侧扫声呐的原理和工作方式
侧扫声呐通过在船舶两侧发射声波脉冲，利用回波数据生成高分辨率的水下
地图，帮助我们深入了解水下地形。
侧扫声呐的应用领域
海洋勘探
帮助科学家研究海底地形、海底生物和沉船遗迹和矿产资源勘测等方面，有助于发现潜在的能源和矿藏。
海洋生物研究
侧扫声呐帮助寻找和保护具有历
借助侧扫声呐生成详细的海底地
利用侧扫声呐技术了解海洋生物
史和文化价值的水下遗迹。
图，为海洋资源开发提供数据支
栖息地和生态系统，推动生物多
持。
样性保护。
结论和总结
侧扫声呐技术是一项卓越的海洋勘探工具，广泛应用于探测水下地形、资源勘测和搜救救援等领域，为人类深
入了解海洋提供了重要支持。
《侧扫声呐》PPT课件
我们来一起探索声呐技术的奇妙世界吧！了解声呐技术的概述以及它在侧扫
声呐中的重要作用。
声呐技术概述
1
原理解读
声波在水中传播，通过接收反射波来获取水下目标信息。
2
声波工作原理
发射声波脉冲并测量其往返时间和强度，从而确定物体的位置和特征。
3
应用广泛
不仅限于海洋勘探，还应用于测绘、搜救和水下考古等领域。
搜救救援
在海上事故中，侧扫声呐能够快速探测和定位沉船、失踪人员等，提供重要的救援信息。
侧扫声呐的优势和限制
1
优势
高分辨率、远距离检测、实时成像，能够提供准确详细的水下地图。
2
限制
受海洋环境因素影响，如海浪、水质和水深等，会对声呐成像产生一定影响。
侧扫声呐在海洋勘探中的应用案例
水下考古
海底测绘
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。
声的利用ppt课件a标准版资料
4、 “B超”
向孕妇体内发射超声波，超声仪接收 并测量反射回来的声波，反射波通过 结论：声波可处以传理递能显量 示在屏幕上，从而可知道婴儿 选 一的发育情况 喷1医（科鱼C为为泉蝙蝙远而这蝙科鱼 远如h这医如在 如=．清泉生3学的11下蝠蝠洋声样蝠学的处同样用图生同S55）声洗的 通 家 声 站 在 采 轮 呐 的 在 家 声隆 在 的 B是 活在声33可超11波钟源过已音满飞用船产功飞已音 隆泉功放中 泉/mm2以机具表=头听经感了行的和生夫行经感 的里夫在有 里//ss1做是有等））1似诊通觉仰时这军的是时通觉 雷安是两哪 安3声利能精平器过器着会种用水利会过器 声装利个些 装2控.用量细时了录官头发方潜底用发录官 预了用音具 了开超机在解像。的出法艇噪声出像。 示声声叉体 声医为AB关声械家病证游超叫上音音超证着控音之应 控．．（波用 （洗人明人声做都会传声明雨开传间用开答声 声来澡的，，波回安惊递波，的关递的？ 关B案诊超 音 音用病海手，声装吓，海到，一请 ，）合断的情豚里这定了鲸这豚来喊个举 喊机 的 的理病花是拿些位先豚些是声玻例 声。。即是 响 响情洒靠着声。进类声靠大璃说 大可的利 度 度（声瓶波的哺波声，杯明 ，），如纳子碰声乳碰纳泉，泉用 太 太但图来，到呐动到来水当水超 小 大人所攻一墙装物墙攻多音多D们声示击边壁置，壁击，叉，却）并接或，使或并故发故波听。找水昆用它昆找取出取（来不到，虫于们虫到名声名举到诊它一时探异时它为音为出它们边会测常会们喊时喊断一发的冲反海加反的泉，泉个病出捕着射底速射捕。我。例的情获泉回暗浮回获们子声物水来礁上来物发的即音，喊，和水，，现可，，他。根水面根他玻）这但们据下，据们璃是发回障进回发杯人因现声碍而声现被们为海到物导到海震（却豚来，致来豚碎在的以它的在，听）靠方便们方靠这不近位及搁位近说到鲱和时浅和鲱明鱼时改死时鱼声它时 间 变 亡 间 时 音发发，航。，发具出出蝙向蝙出有低蝠；蝠低的沉可可沉声，的以以的音利轰确确轰用声定定声，声，目目，这音其标标其是的频的的频这率位位率因种足置置足特以和和以性破距距破我坏离离坏们鲱。。鲱 选 C．声音的频率低于人能听到的声音频率
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潜艇声纳系统工作原理
潜艇声纳的类型：
两种 一种是被动声纳 一种是主动声纳，主动声 纳是自己发出声波 接触到后返回的声波就能确 定目标 这种一般是舰艇使用的. 被动的是潜艇 的 螺旋桨转动的时候会发出声音 这时候可以通 过这个声源找到目标 但这个搜索范围很近 ！
潜艇声纳的应用：
探测海的深度、探测鱼群的位置,便于打渔作业、
潜艇把这个频率反射回去，驱逐舰接受到的 波的频率为：
潜艇反射回来的超声波的频率和发射频率的 相差为频率差：
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多普勒效应其他应用
雷达波的多普勒效应-交通测速 光波的多普勒效应-多普勒超彩 电磁波的多普勒效应-卫星多普勒定
位技术 农业中的多普勒效应-植物声频发生
器 移动通讯中的多普勒应用
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潜艇声纳系统工作原理
潜艇声纳系统工作原理： 工作原理是声是由波的形式传播靠
发射声波收回传回的声波信息经过 专门的声呐处理器显示到屏幕上 声纳结构： 声纳装置一般由基阵、电子机柜和 辅助设备三部分组成。 声基阵：由若干声呐换能器以一定 规律排列而成的阵列。 整流柜：整流柜是用于将交流电变 为直流电的功率设备。
大于 小于 大于 小于 大于 小于 分析
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波长的关系 不变 不变 不变 变短
变长
分析 分析 分析
潜艇声纳系统工作原理
光在水中穿透力有限，只能看到几十米 到十几米的物体。
电磁波在水中又衰减太快，只能传播几 十米。
只有声波在水中衰减小，低频声波可以 穿透几千米的地层。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.
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波源的运动情况 波源静止 波源静止 波源静止
波源向观察者运动 波源远离观察者运动
波源向观察者运动 波源远离观察者运动
波源向观察者运动
观察者运动情况 观察者静止
观察者向波源运动 观察者远离波源运动
观察者静止 观察者静止 观察者向波源运动 观察者远离波源运动 观察者远离波源运动
频率的关系 观测者等于波源
1、现象（1842年发现）：当汽车或者火 车向你驶来时，感觉音调变高；当汽车 或者火车离你远去时，感觉音调变低 （音调由频率决定，频率高音调高；频 率低音调低）。
2、多普勒效应：由于波源和观察者之间 有相对运动，使观察者感到频率变化的 现象，称为多普勒效应。
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
多普勒效应
几个重要概念
1、波源的频率（v）：单位时间内波源振动的次数 或发出的‘完整波’的个数。单位：赫兹，Hz。
u
u
'
1 T'
u vsT
u
u
vs
观察 者接 收的 频率
' u
u vs
' u
u vs
波源向观察者运动 波源远离观察者
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多普勒效应 3、波源与观察者同时相对介质运动 (vs , vo )
' u vo
u vs
vo 观察者向波源运动 + ，远离 .
vs 波源向观察者运动 ，远离 + .
定位潜艇，探测是否有暗礁等
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潜艇声纳系统工作原理
例:一驱逐舰停在海面上，它的水下超声波多 普勒声纳向一驶近的潜艇发射1.8*e4Hz的超 声波。由该潜艇发射回来的超声波与发射相 差220Hz。
设潜艇以速度v向海面移动，驱逐舰发射频率 为Vs，波速为կ，则潜艇接受到波的频率为：
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潜艇声纳系统工作原理
2、接收到的频率（v’）：观察者在单位时间内接收 到的‘完整波’的个数。单位：赫兹，Hz。
规定: vo表示观察者相对于媒质的运动速度。
vs表示波源相对于媒质的运动速度。
u 表示波的传播速度
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多普勒效应
讨论：人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？ 接收频率——单位时间内观测者接收到的振动次数或完 整波数.
发射频率 s
接收频率
只有波源与观察者相对静止时才相等.
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多普勒效应
1、 波源不动，观察者相对介质以速度 vo 运动
观察 ' u vo 观察者向波源运动
者接
u
收的 频率
' u vo
u
观察者远离波源
6
多普勒效应
2、观察者不动，波源相对介质以速度 vo 运动
s s'
vsT
T
uA
b
T ' vsT b
潜艇声纳系统工作原理
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潜艇声纳系统工作原理
声纳全称声音测距与导航，是一种利用声音
多普勒效应 在水下传播的特性，通过电声转换和信息处
理，完成水下探测与通讯任务的电子设备。 声纳并非人类的专利，海豚和鲸鱼等海洋哺
乳动物也拥有水下声纳，甚至形成了一门新 的学科：动物仿生学。
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多普勒效应
多普勒 奥地利物理学家