水声定位导航概述
水声定位基本原理与发展趋势
一、水声定位技术简介自从1912年在美国出现了第一台水声测深仪以后，开始有了水声助航设备。
二战中，对水下目标的探测和测量受到了重视，并在战后得到了迅速的发展。
1958年，美国华盛顿大学应用物理实验室在达波湾建成了三维坐标跟踪水下武器靶场。
这种水下定位跟踪技术在六十年代后期得到广泛应用，成为鱼雷靶场的主要测试方法。
迄今为止，国内外水下武器靶场使用的水下定位跟踪系统有多种类型，按其安装方式可分为固定式跟踪系统、活动式(船载)跟踪系统和轻便式跟踪系统。
固定式跟踪系统的水下测量设备大多数固定在海底，其范围大、费用高，只能在固定海区使用；活动式跟踪系统的全部设备都固定安装在活动平台上，试验时随活动平台开往试验海区；轻便式跟踪系统的体积和重量相对较小，可以随时布放和回收，并可通过飞机、车辆和船只从一个试验区运送到另一个试验区。
这三种水下定位跟踪系统虽然在结构上有较大差别，但在原理上均是依赖于几何原理的水声学定位方法。
根据接收基阵的基线可以将水声定位技术分为三类：长基线(LongBase-Line)、短基线(Short Base-Line)、超短基线(Ultra Short Base-Line)。
表1.1列举了这三种水声定位技术的典型基线长度。
目标声源到各个基元间的距离确定目标的位置。
短基线水声定位系统的基阵长度一般在几米到几十米的量级，利用目标发出的信号到达接收阵各个基元的时间差，解算目标的方位和距离。
超短基线定位系统的基阵长度一般在几个厘米到几十厘米的量级，它与前两种不同，利用各个基元接收信号间的相位差来解算目标的方位和距离。
若按照工作方式来划分，以上三种定位系统都可以选择使用同步信标工作方式或应答器工作方式。
采用同步信标工作方式，要求在待测目标或测量船上都安装高精度同步时钟系统，信标按规定的时刻定时发射信号，并据此确定目标位置。
应答器工作方式要求在应答和测量船上都安装询问(应答)发射机和接收机。
通常所说的水声定位系统所测得的目标位置统)结合起来进行坐标变换，就能得到水下目标在大地几何坐标中的位置或轨迹。
水下综合声学定位技术简介：五种定位模式
水下综合声学定位技术简介：五种定位模式水下声学定位技术经过数十年的发展已成为各种应用和领域解决水下定位和跟踪最主要和最可靠的技术手段，从定位模式方面可分为USBL(超短基线)定位、SBL(短基线)定位、LBL(长基线)定位三种基本定位模式，和为满足某些特殊定位要求的组合定位模式：LUBL(长超短基线)定位、SLUSBL(长短超短基线)定位等。
以上定位模式简单介绍如下：USBL(超短基线)定位技术超短基线定位技术由于其系统组成简单、安装简易等特点成为应用最为广泛的水下声学定位手段，该技术主要应用与水下拖体定位跟踪、ROV定位导航、DP船声学定位参照、水下潜员跟踪定位等等。
顾名思义，该系统的测量极限非常之短，只有几十公分，且组合于单个声学换能器阵列，便于水面船安装和使用。
参考下图：USBL系统所采用的技术为相控测量技术，即通过测时得到目标距；通过相位测量测得目标的水平几垂直角度，进而确定目标的相对位置。
由于USBL系统的基线非常短，因此其测量角度的分辨率不可能很高，因此该技术系统所能提供的定位精度随斜距的增加而降低。
采用常规模拟声学技术的系统测距精度通常为20-30厘米，只有Sonardyne公司的宽带数字声学技术可达到2-3厘米；定位精度通常为0.2-0.5%X 斜距(必须经过高精度姿态改正和声速改正)。
典型的系统组成和应用如下：典型应用：水下拖体定位跟踪、ROV定位导航、DP船声学定位参照、水下潜员跟踪定位，AUV定位跟踪、遥控，BOP遥控遥测，导管架角度遥测等。
SBL(短基线)定位技术短基线定位系统组成较为简单、安装较为简易，基线由安装在船体的多个(通常4个)发射接收机组成基线，测量基线几十米，参考下图：SBL系统所采用的技术为测距定位技术，即通过测时得到目标距每个发射接收机的距离，进而确定目标的相对位置。
该技术的定位精度较USBL高，单又远远低于LBL技术，系统的操作优势不是很明显，性价比偏低，因此应用远比USBL 和LBL技术低。
水下定位与导航简述
按工作原理或工作方式分类： 主动声纳
像雷达一样向外发射声信号，根据回波判断目标性质 被动声纳 不主动发射信号，只接收目标自己辐射的声音信号。 按运载体系分类： 岸基声纳 多布放在港口、军事基地、重要海上通道。 特点：固定式、尺寸大 舰载声纳 主、被动声纳都有。 作用：探潜、导航、探雷、目标识别等 艇载声纳 主、被动声纳都有，考虑到隐蔽性，多采用被动声纳
具体做法： 在海底放一个水声应答器作为基 准点，同时在船上布放三个水听 器进行应答测距。在下钻作业时 船上向基准点应答器发出脉冲， 应答器收到信号之后发出回答脉 冲，这回答脉冲被船上的三个测 距水听器收到，这时可以测出三 个水听器与基准应答器的距离。 当外界条件使船位移时，水声应 答器测距系统随即测出这三个距 离的变化。将这些数据送入计算 机，计算出船位的水平移动量， 再开动几个可变螺距的推进器， 使船复位，也就是使三个距离和 原来的一样。这样，船在不断运 动中保持位置不变。
水下定位与导航概述
航空航天学院 刘星 201522190310
1 水下定位与导航发展概况 2 水下定位与导航技术的简介 3 声呐方程基础 4 水下定位与导航技术在海洋资源 开发中的应用实例
1 水下定位与导航发展概况
1912年铁达尼事件
20世纪70年代，还有勘探及军事需求
获取水下信息最有效的转播载体是声
1、声纳方程
主动声纳方程： (SL 2TL TS ) ( NL DI ) DT 被动声纳方程：
SL TL ( NL DI ) DT
SL反映发射器辐射声功率大小 TL：传播损失，定量描述声波传播一定距离后强度的衰减变化 TS：目标强度，定量描述目标反射本领的大小 NL：海洋环境噪声（背景干扰） DI：指向性指数。越大表示声能在声轴方向集中的程度越高； DT：检测阈值。设备刚好正常工作的所需的处理器输入端的信噪比 值
水声被动定位技术及其发展趋势
水声被动定位技术及其发展趋势水声被动定位技术是利用水声信号在水中传播的特性来实现目标的定位和跟踪的一种技术。
该技术主要基于接收到的来自目标发出的声波信号、水声信道的特性以及接收器间的相对位置来确定目标的位置。
被动定位系统不需要目标进行任何操作，它可以在目标感知不到的情况下对目标进行定位。
水声被动定位技术可以应用于海洋资源勘探、军事侦察、海上安全监测等众多领域。
随着科技的发展，水声被动定位技术也在不断地发展和完善。
第一代水声被动定位技术主要依赖声目标发射的信号，通过测量信号的到达时间和方位角度，得到目标位置信息。
这种技术缺点是只能定位单个目标，定位精度受到信号质量和环境噪声的影响较大。
第二代水声被动定位技术是基于多传感器的概念，多个接收器同时接收到来自空间中多个目标的信号，通过分析信号的相位差、信号强度差等信息来定位多个目标。
这种技术可以有效地提高定位精度和目标跟踪能力，但是需要更加复杂的算法和数据处理能力。
第三代水声被动定位技术又称“自适应”水声被动定位技术，主要应用于复杂电磁环境中。
自适应算法可以根据环境信噪比和目标信号特征来调整各传感器的参数和权重，以提高定位精度和抑制环境噪声。
自适应技术还引入了目标信号的自动识别和跟踪功能，大大提高了系统的自动化程度。
未来，水声被动定位技术将面临新的挑战和机遇。
随着深海勘探的发展，需要更加精确的水声定位技术来支持深海遥控设备的操作；水下自主机器人的大规模应用也需要更加高效的目标自动识别和跟踪算法。
同时，随着水声通信技术的不断发展，水声被动定位技术也可以结合水声通信技术来实现更加智能化的水下传感器网络。
因此，水声被动定位技术在水下大数据应用、远程控制和水下通信等方面也将会得到更加广泛的应用和研究。
水声通信系统中的自组织定位与导航技术研究
水声通信系统中的自组织定位与导航技术研究在广袤的海洋世界中，水声通信系统扮演着至关重要的角色，它就像是海洋中的“信息桥梁”，使得水下的各种设备和平台能够进行有效的信息交流。
而在这一系统中，自组织定位与导航技术更是其中的关键组成部分，为水下的活动提供了准确的位置和方向指引。
要理解水声通信系统中的自组织定位与导航技术，首先得清楚水下环境的特殊性。
与陆地和空中环境相比，水下环境对通信和定位导航带来了巨大的挑战。
水的导电性和吸收性使得电磁波在水中的传播受到极大限制，因此，声波成为了水下通信和定位的主要手段。
然而，声波在水中传播时会受到诸如温度、盐度、压力等多种因素的影响，导致信号的衰减、折射和散射，这使得水下的定位与导航变得异常复杂。
自组织定位与导航技术的出现，为解决这些难题带来了新的思路。
这种技术的核心在于系统中的各个节点能够自主地进行信息交互和协作，从而实现对自身位置和运动状态的准确估计。
在没有中央控制节点的情况下，各个节点通过测量与周围节点之间的相对距离、角度等信息，并利用特定的算法进行计算和优化，逐步确定自己在整个网络中的位置。
在实际应用中，自组织定位与导航技术通常会结合多种传感器的数据。
例如，惯性传感器可以测量节点的加速度和角速度，从而推算出节点的运动轨迹；压力传感器可以提供深度信息；而声学传感器则用于测量与其他节点之间的距离和角度。
这些传感器的数据相互融合和补充，为定位与导航提供了更加全面和准确的依据。
为了实现准确的定位和导航，相关的算法也在不断发展和优化。
常见的算法包括基于测距的算法、基于非测距的算法以及混合算法等。
基于测距的算法通常需要精确测量节点之间的距离，通过三角测量或多边测量等方法来确定位置。
然而，这种方法对距离测量的精度要求较高，而且在复杂的水下环境中容易受到干扰。
基于非测距的算法则不需要精确的距离信息，而是通过节点之间的连接关系和信号强度等特征来估计位置。
虽然这种方法的精度相对较低，但在一些对精度要求不高的场景中具有较好的应用前景。
水声定位
各个水听器测的与目标的斜距为：
长基线水声定位系统
目标与原点的斜距为：
将式中
展开得：
从而得到：
ri
消去
r
可得方程：
用矩阵可写作：
其中，
但矩阵A奇异，因此方程有多个解，得不到唯一解。考虑再增加一个水听器， 并测得它与目标的斜距 r4，可得另一个方程：
消去
r 得：
用上式代替矩阵方程第三行，则矩阵A非奇异，方程组可得到唯一解。 但当水听器都位于同一水平面，且 仍然是奇异矩阵，可用三个水听器得测量值以及 已知时 ，矩阵A 联立，得方程组：
在海底布设由T1，T2，T3组成的水听 器接收基阵，在直角坐标系坐标分别为
T1 (x1, y1,z1), T2 (x 2 , y2 ,z2 ), T3 (x3 , y3 ,z3 ) ，水听器位置
校准后，则假定坐标为已知量。 各个水听器到原点的距离为：
di xi 2 yi2 zi2 (i 1, 2,3)
短基线水声定位
系统组成: 1) 被定位的船或潜器上至少有3个水听器。 2) 间距在5～20米的量级。 3) 水面船上面装有问答机 4) 一个同步信标（或应答器）置于海底 工作原理 问答机接收来自信标（或应答器）发出的信号， 根据信号到达各基元的时间，求得斜距，据此可计算 水面船相对于信标（或应答器）的位置。
超短基线定位系统的基阵长度一般在几厘米到几十厘米，与前两种不同，利
用各个基元接收信号间的相位差来解算目标的方位和距离。 若按照工作方式划分，以上三种定位系统都可以选择使用同步信标或应
答器工作方式。
询问器或问答机:是安装在船上的发射器和接收器。它以一个频率发出询 问信号，并以另一频率接收回答信号。接收频率可以多个，对应于多个应 答器，常常只相隔0.5kHz。发射和接收换能器是无指向性的。 应答器:是置于海底或装在载体上的发射/接收器。它接收问答机的询问信 号（或指令），发回另一与接收频率不同的回答信号。收发换能器无指向 性的。 声信标:置于海底或装在水下载体（潜器）上的发射器，它以特定频率不 停的发出声脉冲。它是自主工作的。声信标分同步式和非同步式两种。 响应器:置于海底或装在水下载体（潜器）上的发射器，它由外部硬件 （如控制线）的控制信号触发，发出询问信号。问答机或其它水听器接收 它的信号。它常用于噪声较强的场合。
6水下声标定位(第六章)讲解
第六章水下声标定位水声定位系统是用于测定水下或水面运载工具位置的定位系统。
水声定位系统利用超声波传播信号，具有的方向性好、贯穿能力强的特点。
水声定位系统有三种工作方式：长基线系统、短基线系统和超短基线系统。
6.1 水声定位基础6.1.1 水声定位的基本设备水声定位系统通常由船台设备和若干水下设备组成。
船台设备包括一台具有发射、接收和测距功能的控制、显示设备和置于船底的换能器（也可置于船后的“拖鱼”内）以及水听器阵。
水下设备主要是声学应答器基阵。
所谓基阵，即固设于海底的位置已准确测定的一组应答器阵列。
水声定位系统中有关电子设备的电路工作原理与一般电子线路相同，在此不予赘述。
下面仅简要介绍系统中的水声设备。
换能器是一种声电转换器，能根据需要使声振荡和电振荡相互转换。
为发射（或接收）信号服务，起着水声天线的作用，如经常使用的磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器。
磁致伸缩换能器的基本原理是当绕有线圈的镍棒（通电）在交变磁场作用下会产生形变（振动）而产生声波，电能转变成声能；而磁化了的镍棒在外力（声波）作用下产生形变（振动），从而使棒内的磁场也相应变化，而产生电振荡，声能转变为电能。
水听器本身不发射声信号，只是接收声信号。
通过换能器将接收的声信号转主成电信号。
输入船台或岸台的接收机中。
应答器既能接收声信号，而且还能发射不同于所接收声信号频率的应答信号。
它是水声定位系统的主要水下设备。
它也能作为海底控制点的照准标志（称为水声声标）。
6.1.2 水声定位系统的基本定位方式水声定位系统通常有两种定位方式，即测距和测向。
一、测距水声测距定位原理如图6—1所示。
它由船台发射机通过安置于船底的换能器M向水下应答器P（位置已知）发射声脉冲信号（询问信号），应答器接收该信号后即发回一应答声脉冲信号，船台接收机记录发射询问信号图6—1和接收应答信号的时间间隔，通过下式即可算出船至水下应答器之间的距离（斜距）： Ct D 21=（6—1） 由于应答器的深度Z 已知，于是，船台至应答器之间的水平距离S 可按下式求出： 22Z D S -=（6—2）当有两个水下应答器，则可获得两条距离，以双圆方式交会出船位。
水声定位导航概述
1 传统的导航手段 （1）路标导航 路标导航是利用罗经、测距仪及六分仪测定路 标的方位（船与路标连线与船舶所在子午线的夹 角）、距离或水平夹角等决定船舶位置的导航过 程。 （2）天文导航 天文导航是利用六分仪测定天空中具有一定 规律的天体（星、太阳、月亮）决定船舶位置进 行导航的过程。 （3）传统导航手段的特点 传统的导航手段只能在天气良好的条件下， 物标或天体的能见度良好时才能适用，而且观测 繁杂、速度慢、精度差。
8.4 水声定位与导航技术简介
水声定位与导航技术大体分为三类：水声定位技术、载 体声学测速技术和海底地形地貌测量技术。 8.4.1 水声定位系统 水声定位系统主要指可用于局部区域精确定位与导航的 系统。水声定位系统分为：长基线系统、短基线系统和超 短基线系统。 水声定位系统都有多个基元（接收器或应答器），这些 基元间的连线成为基线。
8.1 定位与导航概述
1 什么是定位与导航 定位与导航可以简单归结为怎样回答下面三个 问题： （1）我在什么地方？（2）我要到哪去？（3） 我怎样去那里？回答这三个问题必须要有一个参 照，也就是一个坐标系统，如以国家大地基准、 WGS-84坐标系统等为参考来回答这三个问题。 2 绝对定位与相对定位 海洋空间定位分为绝对定位和相对定位。以 国家大地基准、ITRF或WGS-84为参考的定位称 为绝对定位，如国家领海的划分等。小范围的海 洋活动需采用相对定位，如寻找石油井口或打捞 沉船等。
定量描述声波传播一定距离后声强度的衰 减变化：
I1 TL 10lg Ir
声纳参数
目标强度TS
定量描述目标反射本领的大小 ：
Ir TS 10 lg Ii
Q
C
目 标
r 1
P
Ir
1m
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4 W
m
2
无指向性声源辐射声功率与声源级的关系：
SL 10 lg Pa 170.77
有指向性声源辐射声功率与声源级的关系：
SL 10lg Pa 170.77 DIT
常识：船用声纳 Pa为几百瓦～几千瓦，DIT为10～30dB， SL约为210～240dB。
声纳参数
传播损失TL
长基线水声定位系统示意图
短基线水声定位系统示意图
超短基线水声定位系统示意图
三种系统的优缺点： （1）超短基线定位系统 优点：整个系统的构成简单、操作方便不需要组 建水下基线阵、测距精度高。 缺点：需要做大量的校准工作，其定位精度随着 水的深度和工作距离的增加而降低。定位精度比 其他两种系统差。 （2）短基线定位系统 优点：构成简单、便于操作、不需要组建水下基 线阵、换能器体积小安装简单。
4 推算导航 （1）定义 根据船舶的航向（航行方向）和航程（一定时 间内航行的距离）算出船舶位置的方法。它有作 （海）图法和计算法（数学计算及查表）两种， 用于推算导航的器材有相对速度计程仪和绝对速 度计程仪两类。 （2）特点 推算船位的精度取决于起始位置、航行时间、 航速、航向、计算器材、所用资料及作图的准确 性。对在海上推算影响最大的是海流、潮汐和风， 且随着时间延长易产生累积误差。
2 无线电导航 （1）定义 利用无线电技术确定船舶的位置，引导船舶沿 规定的航线按规定的时间安全到达目的地的方法。 （2）优缺点 优点：受外界条件限制小；可在近、中、远距 离甚至在全球进行导航，精度高、速度快；可靠 性高且经济效益好；采用了电子计算机进行自动 导航；可实现导航、通信、识别等多种功能。 缺点:易受自然环境、人为因素的干扰及发射 台的制约。
听器输出电压值；将水听器移置于混响场中，声轴指
向目标，水听器输出电压值。
水听器输出端混响功率 RL 10lg 参考声强信号产生的功率
声纳参数
接收指向性指数DI
定义：
无指向性水听器产生的 噪声功率 DI 10lg 指向性水听器产生的噪 声功率
物理含义：接收系统抑制背景噪声的能力。 注意：指向性水听器的轴向灵敏度等于无指向性水
8.5 声呐方程及有关参数
什么叫声纳？ Sonar—SOund NAvigation and Ranging 利用水下声波信息对水下目标进行探测、识别、 定位、导航和通讯的系统 声呐按工作方式分为主动声呐和被动声呐 声呐方程：将介质、目标和设备的各项参数 相互作用联结在一起的关系式
声纳参数
主动声纳
声纳方程
1.将海水介质、声纳目标和声纳设备作用联系在一起； 2.将信号与噪声相联系； 3.综合考虑水声所特有的各种现象和效应对声纳设备的 设计和应用所产生影响的关系式。
声纳方程
基本考虑
1.声纳方程基本原则：信号级-背景干扰级 检测
阈
2.背景干扰级含义：设备工作带宽内部分背景噪声才起 干扰作用。
声纳方程
发出的声波构成的，它是声纳设备的一种背景干扰。
NL是度量环境噪声强弱的量 ：
IN NL 10 lg I0
注意：IN是测量带宽内或1Hz频带内的噪声强度。
声纳参数
主动声纳背景干扰
环境噪声 混 响 平稳的、各向同性的 非平稳的、非各向同性的
声纳参数
等效平面波混响级RL
定量描述混响干扰的强弱。
定义：强度已知的平面波轴向入射到水听器上，水
3 卫星导航 （1）定义 用导航卫星发送的导航定位信号引导运动载体 安全到达目的地的导航手段。 这种系统由导航卫星、地面站和用户设备三大 部分构成。目前世界上应用比较成熟广泛的是美 国的GPS卫星导航系统以及俄罗斯的GNSS导航系 统，我国的北斗导航定位系统也在快速发展中目 前已经发射了15颗卫星。 （2）特点 可以实现全球、全天候、高精度、连续导航。
第八章：水声定位导航概述
主要内容
8.1 定位与导航概述 8.2 水面舰船的定位导航方法 8.3 水下导航定位技术的发展 8.4 水声定位导航技术简介 8.4.1 水声定位系统 8.4.2 声学测速和计程设备 8.4.3 地形地貌测量 8.5 声呐方程及有关参数 8.5.1 主动声呐方程 8.5.2 被动声呐方程
8.1 定位与导航概述
1 什么是定位与导航 定位与导航可以简单归结为怎样回答下面三个 问题： （1）我在什么地方？（2）我要到哪去？（3） 我怎样去那里？回答这三个问题必须要有一个参 照，也就是一个坐标系统，如以国家大地基准、 WGS-84坐标系统等为参考来回答这三个问题。 2 绝对定位与相对定位 海洋空间定位分为绝对定位和相对定位。以 国家大地基准、ITRF或WGS-84为参考的定位称 为绝对定位，如国家领海的划分等。小范围的海 洋活动需采用相对定位，如寻找石油井口或打捞 沉船等。
8.4 水声定位与导航技术简介
水声定位与导航技术大体分为三类：水声定位技术、载 体声学测速技术和海底地形地貌测量技术。 8.4.1 水声定位系统 水声定位系统主要指可用于局部区域精确定位与导航的 系统。水声定位系统分为：长基线系统、短基线系统和超 短基线系统。 水声定位系统都有多个基元（接收器或应答器），这些 基元间的连线成为基线。
主动声纳方程
信号级（回声信号级）：SL-2TL+TS 背景干扰级：NL-DI
注意：换能器声轴指向？
声纳方程
主动声纳方程
处理器处电信号信噪比：（SL-2TL+TS）-（NL-DI）
主动声纳方程（噪声背景）：
（SL-2TL+TS）-（NL-DI）＝DT
注意：适用于收发合置型声纳，对于收发分置声纳，
往返传播损失不能简单用2TL表示；适用于背景干 扰为各向同性的环境噪声情况。
声纳方程
主动声纳方程
主动声纳方程（混响背景）：
（SL-2TL+TS）-RL＝DT
声纳方程
被动声纳方程
• 噪声源发出的噪声直接由噪声源传播至接收换能器； • 噪声源发出的噪声不经目标反射，即无TS； • 背景干扰为环境噪声。
声纳方程
被动声纳方程
（SL-TL）-（NL-DI）＝DT
注意：SL噪声源辐射噪声的声源级。 被动声纳存在混响背景声纳方程吗？为什么？
8.4.2 声学测速和计程设备 声学测速和计程设备主要有两种： 多普勒速度计程仪（Doppler Velocity Log ,DVL） 声相关速度计程仪（Acoustic Correlation Log ,ACL） 两种设备参数比较
8.4.2 地形地貌测量 海底地形指海底深度与地理坐标对应的关系图（或等 高线图），海底地貌指海底表面的细微结构图（类似于 照片或图像）。海底地形图通过海底深度测量数据绘制， 地貌图则根据海底各点的回波强度来获得。 用于海底地形地貌测量的设备有： 单波速回波测深仪（Single Beam Echosounder） 多波速回波测深仪（Multibeam Echosounder） 侧扫或旁视声呐（Side Scan Sonar）
听器的灵敏度。
声纳参数
检测阈DT
定义：设备刚好能正常工作所需的处理器输入端的
信噪比值(SNR)。
刚 好 完 成 某 种 职 能 时信 号 功 率 的 DT 10lg 水 听 器 输 出 端 上 的 噪功 率 声
注意：对于同种职能的声纳设备，检测阈值较低的
设备，其处理能力强，性能也好。
声纳方程
3 导航 导航分为4类 （1）海面长程导航，如海面船只的导航 （2）水下短程导航，如用于水下调查潜水器的导 航 （3）水下长程导航，如潜艇的导航 （4）冰盖下的导航，如北冰洋游轮的导航
自主式导航（无源导航） 非自主式导航（有源导航）
8.2 水面舰船的定位导航方法
现代水面舰船的导航方法有路标导航、 天文导航和无线电导航、卫星定位导航、推 算导航、惯性导航等。其中路标导航和天文 导航是传统的导航手段
水声定位系统的工作频率和作用距离
这是根据水下声波传播的性质划分的频率范围
水声定位系统的用途：
随着海洋开发事业和科学技术的发展，水声 定位系统有愈来愈广泛的用途。例如它可用于水 下目标的跟踪定位、海洋资源开发、海底管道和 电缆的铺设维修、水下结构施工和定位等。在军 事上它应用的重要性更加突显。如潜艇的定位导 航等。
5 惯性导航 （1）定义 利用陀螺仪和加速度计这两种惯性敏感器， 通过测量船舶加速度和角速度而实现的自主式导 航方法。
8.3 水下导航定位技术的发展
（1）需求与局限 20世纪70年代，由于经济上、军事上、科技上的需求 对水下载体的定位要求越来越高。经济上主要是海洋资源 的开发，科技上主要是海洋资源环境调查，军事上主要是 提高水下作战效能的需要。而上面介绍的各种水面舰船的 导航手段除了惯性导航外均很难用于水下载体的定位导航。 并且惯性导航容易导致误差积累精度难以满足需求。 （2）获取水下信息最有效的转播载体是声波 20世纪70年代海洋勘探中用到了长基线、短基线、超 短基线水声定位系统。 80年代核潜艇和水下导弹技术对潜艇定位提出更高要 求。 结果是水声定位和导航已经成为导航领域一个十分重要 的分支
定量描述声波传播一定距离后声强度的衰 减变化：
I1 TL 10lg Ir
声纳参数
目标强度TS
定量描述目标反射本领的大小 ：
Ir TS 10 lg Ii
Q
C
目 标
r 1
P
Ir
1m
常识：1. 不同目标回波不一样；
2. 回波与入射波特性和目标特性有关。
声纳参数
海洋环境噪声级NL
海洋环境噪声：由海洋中大量的各种各样的噪声源
1 传统的导航手段 （1）路标导航 路标导航是利用罗经、测距仪及六分仪测定路 标的方位（船与路标连线与船舶所在子午线的夹 角）、距离或水平夹角等决定船舶位置的导航过 程。 （2）天文导航 天文导航是利用六分仪测定天空中具有一定 规律的天体（星、太阳、月亮）决定船舶位置进 行导航的过程。 （3）传统导航手段的特点 传统的导航手段只能在天气良好的条件下， 物标或天体的能见度良好时才能适用，而且观测 繁杂、速度慢、精度差。