低频声纳

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声纳通信简介

声纳通信简介

引言简介:声纳通信摘要;水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式,由于其在民用和军事上都有重大意义 .声呐是英文缩写“SONAR”的音译,其中文全称为:声音导航与测距,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。

它有主动式和被动式两种类型,属于声学定位的范畴。

声呐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。

到目前为止,声波还是唯一能在深海作远距离传输的能量形式。

于是探测水下目标的技术——声纳技术便应运而生。

声呐技术至今已有100年历史,它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明。

他发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置,主要用来侦测冰山。

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。

目前,声呐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,声呐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。

和许多科学技术的发展一样,社会的需要和科技的进步促进了声呐技术的发展。

工作的原理声波是观察和测量的重要手段。

有趣的是,英文“sound”一词作为名词是“声”的意思,作为动词就有“探测”的意思,可见声与探测关系之紧密。

在水中进行观察和测量,具有得天独厚条件的只有声波。

这是由于其他探测手段的作用距离都很短,光在水中的穿透能力很有限,即使在最清澈的海水中,人们也只能看到十几米到几十米内的物体;电磁波在水中也衰减太快,而且波长越短,损失越大,即使用大功率的低频电磁波,也只能传播几十米。

然而,声波在水中传播的衰减就小得多,在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹,在两万公里外还可以收到信号,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。

声纳是什么工作原理的应用

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。

科技成果——彩色图像声纳

科技成果——彩色图像声纳

科技成果——彩色图像声纳技术开发单位中国船舶重工集团公司七五〇试验场技术简介在低光照条件或者浑浊水质中,水下光学摄像系统难以发挥效用,而彩色图像声纳确可几乎不受影响生成近似光学影像质量的高分辨率声纳图像,可以弥补水下光学摄像系统的不足。

经过多年的应用与技术改进,研制出的图像声纳设备采用了一体化的换能器设计,实现了高、低两种频率工作,既保证了图像声纳高分辨率的特点,又有效地解决了探测距离的问题,使声纳性能有了大幅提高。

从设备的实际试验结果来看,效果明显,对小目标的有效探测距离达到了160米以上。

设备采用的数字声纳设计技术,在声纳中集成了多种传感器,包括有磁罗经、压力传感器、高度计等,由于采用了数字化设计理念,大大简化了电路难度,增加了设备的可靠性。

此外,采用的技术成熟的无源陶瓷滤波器,大大提高了接收电路的信噪比。

彩色图像声纳是一种利用超声波进行水下目标探测的声学设备。

它通过声纳头上的换能器发射出声波,声波在水下传播,遇到物体就会形成反射的回波,回波被换能器接收到以后,经信号处理后形成声纳图像,显示在主机屏幕上。

彩色图像声纳是一种机械扫描式声纳,声纳头上的换能器在处理主机的控制下,可以360度旋转扫描。

换能器的旋转角度可以精确控制,换能器旋转到一个角度时,换能器发射出声波,在既定的量程里,反射回波被接收到后,换能器才旋转到下一个角度。

这个时间非常短,足够声波到达目标并形成反射回波,并被换能器接收到。

由于声波在水下传播的速度是已知的(约1500m/s),声波发射和接收到回波的时间也是已知的(信号处理计算得出),故而可以得出目标与换能器之间的距离。

换能器连续转动,就可以得到目标的连续声纳影像。

在这个影像中,可以得到目标与换能器的方位和距离。

声波在水中会衰减,不同频率的声波衰减程度不同,通常情况下,频率越高,衰减得越快。

衰减意味着声波能量的消耗,能量消耗越快,声波传播的距离就越近。

故而相同能量的声波,低频传播的距离要比高频远。

低周波用途

低周波用途

低周波用途低周波指的是频率低于20 Hz的电信号。

低周波有广泛的用途,如下所述。

1. 医疗应用:低周波被广泛用于物理治疗和康复领域。

例如,低周波电疗法可以通过刺激神经和肌肉组织来减轻疼痛,促进血液循环,加速伤口愈合等。

此外,低周波还用于电刺激心脏以恢复正常心律的治疗。

2. 音频处理:低周波可以用于音频处理和混音。

例如,低通滤波器可以通过滤除高频噪音来改善音频质量。

此外,低频增益可以增强和调整音频低音部分的音量和质量。

3. 震动和振动:低周波被广泛用于产生震动和振动效应。

例如,在汽车和家电产品中,低频振动可以模拟音箱产生的低音效果,从而增强音响体验。

此外,低频振动器还可以用于模拟仿真和游戏体验。

4. 地震工程:低周波信号被广泛用于地震工程中的结构动力学研究和地震监测。

通过分析和研究低频地震信号,可以更好地了解地震的特性和结构物的动态响应。

此外,使用低频信号可以检测地震风险,并采取相应的防护措施。

5. 无线电通信:在无线电通信中,低频信号可以用于远距离通信和广播。

由于低频信号的穿透能力强,相对不受地形和障碍物的影响,因此可以用于远距离通信。

此外,低频广播可以覆盖较大范围的地区,使更多的人能够接收广播节目。

6. 船舶和潜艇导航:低频信号可以用于船舶和潜艇导航系统中的声纳系统。

低频声纳可以在水下传输信号,从而检测水下障碍物、探测敌方水下目标等。

低频信号的长随距离和较强的穿透能力使其成为水下导航和目标探测的理想工具。

7. 工业自动化:许多工业自动化过程中需要使用低频信号进行控制和监测。

例如,低频信号可以用于传感器和控制系统,以监测和控制温度、湿度、压力等参数。

此外,低频信号还可以用于自动控制系统的反馈和调整。

8. 材料研究:低频信号可以用于材料研究和测试中。

例如,低频信号可以用于材料的声学测试,以确定材料的声学特性和性能。

此外,低频信号还可以用于材料的振动测试和分析,以评估材料的力学特性和结构变化。

综上所述,低周波有多种用途,涵盖了医疗、音频处理、震动、地震工程、无线电通信、船舶和潜艇导航、工业自动化以及材料研究等领域。

海豚发明声纳的故事2000字

海豚发明声纳的故事2000字

海豚发明声纳的故事2000字海豚发明声纳的故事是一个关于智慧和创造力的故事。

海豚是一种很聪明的哺乳动物,它们在海洋中生存,需要依靠自身的能力来适应环境。

声纳是海豚最基本的生存技能之一,它们可以通过发出高频声波来探测周围的物体,包括其他海豚、鱼类、潜水员等等。

据说,海豚最初发明声纳是为了寻找食物和保护自身。

随着时间的推移,海豚的声纳技术越来越先进,它们开始利用声纳来导航、猎捕、交流等等。

甚至有一些科学家认为,海豚可能是最早使用声纳的动物之一,它们的发明和创新为其他动物和人类提供了很多启示。

在海豚发明声纳的过程中,它们需要不断地尝试和改进。

例如,它们会发出不同的声波,然后观察这些声波如何撞击到周围的物体上,从而识别物体的形状和大小。

海豚还善于观察其他海豚的行为,学习它们的技巧和经验,从而不断改进自己的声纳技术。

在人类发明声纳的过程中,也受到了海豚的启发。

据说,人类最初是通过观察海豚的声纳技术来研究声纳的工作原理的。

人类发明的声纳比海豚的声纳更加先进,可以利用超声波和低频声纳来探测和识别不同的物体。

虽然海豚和人类发明的声纳不同,但它们的工作原理却是相似的。

它们都是利用物体对声波的吸收和反射来识别周围的物体,从而确定物体的形状、大小和位置。

这种技术不仅可以用于军事和工业领域,也可以用于医疗和科学研究。

总结起来,海豚发明声纳的故事是一个关于智慧和创造力的故事。

它告诉我们,即使在最困难的情况下,只要我们保持好奇心和勇气,就能够发现新的技术和方法,为人类的进步和发展做出贡献。

同时,我们也应该尊重大自然,保护野生动物,避免破坏它们的生态环境,以便让它们继续繁荣和生存。

声纳原理_声纳系统测距方法

声纳原理_声纳系统测距方法

声纳原理_声纳系统测距方法声纳是一种利用声波在介质中传播的特性进行测距的技术。

声纳系统利用这一原理,通过发射声波并接收其反射波,测量声波的传播时间,并根据声速来计算距离。

声纳系统测距方法通常包括主动测距和被动测距两种方式。

主动测距是指声纳系统发射脉冲声波并接收其反射波来进行测距。

主动测距方法分为单脉冲测距和多脉冲测距。

单脉冲测距是利用声纳系统进行一次脉冲声波的发射,并在接收到其反射波后计算测距距离。

这种方法的实现比较简单,但测距的精度较低。

多脉冲测距是利用声纳系统依次发射多个脉冲声波,并分别接收到它们的反射波。

通过计算每个脉冲声波的传播时间并求平均值,可以得到更精确的测距距离。

被动测距是指声纳系统通过接收环境中已存在的声源,并计算声波传播时间来进行测距。

被动测距方法通常包括时间差测距和互相关测距两种方式。

时间差测距是通过同时接收来自两个或多个声纳接收器的声波信号,并计算其接收时间的差值来进行测距。

这种方法适用于测量远距离,但需要声波信号的发射时间一致。

互相关测距是通过将接收到的声波信号与一个已知的参考信号进行互相关计算,从而得到测距结果。

这种方法的优势在于可以实现高精度测距,但需要准确的参考信号。

除了上述的主动测距和被动测距方法外,声纳系统还可以利用多普勒效应进行测距。

多普勒效应是指当声源或接收器相对于固定介质移动时,声波频率发生变化。

通过测量声波频率的变化,可以计算出声源或接收器的速度,并结合传播时间计算距离。

总而言之,声纳系统测距方法包括主动测距和被动测距两种方式,可以利用单脉冲或多脉冲发射声波,并通过计算声波传播时间来得到测距结果。

此外,还可以利用时间差、互相关和多普勒效应等原理进行测距。

不同的测距方法适用于不同的应用场景,可以根据需求选择合适的方法。

声纳的工作原理是什么探测法

声纳的工作原理是什么探测法

声纳的工作原理是什么探测法
声纳是一种利用声波进行探测和定位的技术,广泛应用于海洋探测、声纳导航、矿产勘探等领域。

声纳的工作原理基本上是利用声波在介质中的传播特性来实现目标的探测和定位。

1. 声波的传播特性
声波是一种机械波,在介质中传播时,会产生压缩和稀疏的振动。

声波的传播
速度取决于介质的密度和弹性,通常在水中的传播速度约为1500m/s,而在空气
中的传播速度约为340m/s。

2. 声纳系统的组成
声纳系统包括发射器、接收器和信号处理器三部分。

发射器用于产生声波,接
收器用于接收目标反射回来的声波信号,信号处理器则对接收到的信号进行处理、分析和显示。

3. 探测法原理
声纳的工作原理是通过发射器产生的声波在介质中传播,当声波遇到目标物体时,会发生反射。

接收器接收到目标反射回来的声波信号,并通过信号处理器将声波信号转换为电信号进行分析。

4. 探测方法
声纳的探测方法主要有两种:主动声纳和被动声纳。

主动声纳是指通过发射器
主动产生声波,利用目标反射的声波信号进行目标探测;被动声纳是指利用目标自身产生的声波信号进行目标探测。

5. 应用领域
声纳技术在海洋探测中被广泛应用,如潜艇定位、鱼群探测等;在声纳导航中,可以利用声纳系统进行水下目标的定位和导航;在矿产勘探中,声纳技术可以用于地下水的勘探和矿藏的发现。

综上所述,声纳的探测法是利用声波在介质中传播的特性来实现目标的探测和
定位,通过主动或被动的方式进行探测,广泛应用于海洋探测、声纳导航、矿产勘探等领域。

声纳技术的不断发展和创新将为相关领域的研究和应用提供更多可能性。

声纳的用途和功能包括

声纳的用途和功能包括

声纳的用途和功能包括声纳(Sonar)是一种利用声波进行探测和测量的技术。

它广泛应用于海洋科学、水下探测、水下通信、渔业、地质勘探等领域。

声纳的用途和功能非常多样,下面将对其进行详细介绍。

1. 水下探测:声纳是水下探测的重要工具。

它能够发射声波,并通过接收回波来获取目标物体的位置、形状和性质。

在海洋科学中,声纳可用于探测海底地形和地质构造,研究水下的地震活动、海底沉积物、海洋生物等。

在水下工程中,声纳可用于检测障碍物、管道和海底设施,用于水下搜救、海底考古、水下建设和维修等。

2. 水下通信:声纳也可用于水下通信。

由于水中传播声波的速度较快,声纳能够实现远距离的水下通信。

在水下作业、水下探测和科学研究中,声纳可用于传递指令、获取数据和交流信息。

3. 渔业:声纳在渔业领域被广泛应用。

它可用于捕鱼船舶寻找鱼群、判断鱼群的大小和密度,并预测鱼群的迁徙和分布。

声纳可通过鱼群的回波来分析鱼的数量和种类,帮助渔民选择最佳的捕鱼地点和捕鱼工具,提高渔业生产效率。

4. 地质勘探:声纳在地质勘探中也有重要应用。

它可用于测定地下的水域和岩层分布、地下溶洞和矿产资源等。

通过分析声纳回波的特征,地质学家能够了解地下的地质构造和形态,进而推断地下资源的类型和分布。

5. 军事应用:声纳在军事领域有广泛的应用。

潜艇利用声纳技术进行水下目标的探测、跟踪和定位。

水面舰艇也利用声纳来进行水下威胁的侦测和反制。

此外,声纳在水雷检测和处理、水下导航和水下战斗中也起着重要的角色。

6. 医学影像:声纳技术在医学影像领域得到了广泛应用。

超声波成像采用了声纳的原理,可以对人体组织进行无创检测,用于产前检查、胎儿监测、器官检查等。

声纳成像具有分辨率高、成本低等优势,已成为医学领域不可或缺的工具。

7. 水下导航:声纳可用于水下导航和定位。

声纳信号的传播速度和波束方向性,可以帮助水下航行器进行精确定位和导航。

声纳还可用于水下机器人和潜水员的导航,以及水下工程施工和维护中的定位和导航。

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低频声纳声纳是利用在海洋中传播的声波来探测目标并对目标进行定位、识别和跟踪的。

声纳技术是指各国海军为提高声纳的探测效能而开发和应用的技术。

一、20世纪声纳装备发展概述人类社会两次残酷的世界大战都发生在20世纪。

一战期间为了对付德国人的潜艇攻击,各国海军考虑了许多方法探测水下潜艇。

其中包括热、磁、电磁以及声的方法,只有声探测方法有效。

从此,声信息进入了海战场最雏形的信息战。

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。

为了适应武器设计高精度定位的需要,一战末期开发了主动回声测距声纳(战后投入使用),所用的电声换能器是朗之万式压电晶体换能器。

声纳装备至今已有八十年以上的发展史。

一战之后,各国加紧了声纳的研究进程。

其中美、英等国重点发展主动声纳,德国则主要发展被动声纳。

在此期间,对声纳设计有重要关系的传播介质的认识(主要是声速梯度)及假设检验与估计理论的应用提到了各国海军的议事日程之上。

二战和战后冷战时期的迫切需求进一步促进了声纳装备的发展。

美国人把水声与雷达、原子弹并列为三大发展计划。

水声传播、噪音、混响、反射的理论和实验研究工作广泛展开,特别是在用计算机解声传播方程方面的研究成果解决了声纳系统设计的水声建模难题。

包括主动辐射器和被动水听器在内的水下电声换能器技术取得长足的进步,大大促进了声纳装备的发展。

在声纳开发的起步阶段先后研制成功了电晶体材料和磁致伸缩(利用电磁效应)材料的换能器,后来又开发了压电陶瓷材料的换能器,至今仍广泛使用。

近年来又涌现出各种新材料和新概念,如新磁致伸缩材料(稀土-铁磁致伸缩等)、复合材料、压电聚合物、光纤水听器等。

60年代末到70年代初诞生了全数字声纳处理系统。

核潜艇的出现及其发射远程弹道导弹的能力,使得短距离主动声纳已不能满足探测潜艇的要求,各国海军转而发展被动声纳以保证远距离探测与识别水下目标。

低频和大孔径成为这一时期研制远距离探测声纳的发展方向。

各国海军先后研制成功了舰(艇)壳安装的共形阵和连续的舷侧阵列声纳、长拖曳线阵列声纳、低频大孔径被动声纳等。

与此同时,舰载直升机/岸基巡逻机搜潜系统(包括被动浮标声纳和主动吊放声纳)和岸基被/主动声纳站也相继发展起来。

由于声隐身技术的迅猛发展,核潜艇虽然产生的总能量可观,但只有极少的一部分以声能的形式向外辐射,使声纳探测面临严重挑战。

为适应这种形势,人们又把部分注意力转向主动拖曳线阵列声纳为代表的低频主动声纳,特别是面向浅海工作的,对付更为安静的柴-电潜艇的低频主动声纳。

二、各国近年来新型工作体制声纳的研究传统的声纳都要依托舰艇平台,因而受到许多限制:1、空间有限,特别是容纳阵列声纳的空间有限,制约了声纳性能的提高;2、来自舰艇平台的自噪声(包括航行水噪声)是声纳工作的重要干扰源;3、对水面舰艇来说,声纳不能根据水文条件(声速分布情况)的变化而改变声纳深度,因此不能随时接收最佳的水声信号。

拖曳变深声纳的出现,部分地突破了上述局限。

为扩展阵列声纳孔径,变深声纳的拖体逐渐演变成数百米的长线阵列,形成了拖曳线阵列声纳。

这种阵列声纳拖于航行中的舰艇后面,舰艇上安装的设备对来自水听器阵列的信号进行前置调节、处理和终端显示,进而将水下探测信息经卫星发往岸上设备,与其它数据一起进行综合分析。

除此之外,发达国家更为普遍地发展了战术拖曳线阵列声纳,如美国当前装备海军舰艇的AN/SQR-19声纳,它是在AN/SQR-15和AN/SQR-18的基础上开发而成的。

该阵列声纳长800英尺,拖缆长5600英尺,拖曳深度可达1200英尺。

被动拖曳线阵列声纳是以检测目标航行时的水下噪声为手段探测目标的,随着潜艇技术的发展,潜艇噪声越来越小,用被动拖曳线阵列声纳探测目标越来越困难。

为此,各国海军又把目标投向了主动式探测声纳,开始研制低频主动拖曳线阵列声纳。

北约水下研究中心于80年代开始研究工作,1992年其研制的主动拖曳线阵列声纳首次参加军事演习。

1991年荷兰和德国联合研制低频主动拖曳线阵列声纳,94~97年之间分别进行了海上研究实验。

其它的工作体制声纳还有:潜艇用舷侧阵列声纳,该声纳布设声接收阵列于艇体两舷侧,充分利用艇体船舷侧面,可增大阵列声纳的孔径,提高空间增益,改善声纳探测性能。

合成孔径声纳,利用声纳载体平台的运动,将尺度有限的阵列声纳物理孔径所接收到的信号沿运动轨迹作延时补偿,使信号相干叠加,从而合成一"虚拟"的增大数倍甚至数十倍的声学孔径,以提高阵列声纳的空间增益,改善对目标的方位分辨能力。

三、声纳系统的发展趋势冷战结束之后的海战场已进入了信息战时代。

声纳的发展也迈向了知识和信息时代,主要表现在以下方面:1、继续向低频、大功率、大基阵方向发展。

鉴于声波在海水中的传播特性以及低频大功率与基阵的关系,开发大孔径低频声纳技术是解决远程探潜、进行有效反潜的前提。

2、向系统性、综合性发展。

舰艇声纳系统将由单项功能的单部声纳逐步发展为由多部声纳组成的收-发分置、多基地、多传感器的综合声纳系统,并进而构成潜艇战和反潜战声知识基作战系统。

如美国水面舰艇装备的AN/SQQ-89反潜综合作战系统,它是由舰壳主动声纳、战术拖曳线阵列声纳、舰载直升机搜潜系统和声纳信号处理机、反潜火控系统和声纳状态方式评估系统等组成。

该系统于1991年开始装备"阿利?伯克"级驱逐舰。

3、向系列化、模块化、标准化、高可靠性和可维修性发展。

现代声纳设备,无论是换能器基阵、还是信号处理机柜及显控台,都趋向采用标准化的模块式结构。

这种结构具有扩展性好、互换性强、便于维修、可靠性强、研制周期短、研制经费少的优点。

4、计算机的应用使声纳向智能化方向发展。

用计算机进行声纳波束形成、信号处理、目标跟踪与识别、系统控制、性能监测、故障检测等。

可大大提高声纳的性能。

随着第五代计算机(即人工智能计算机)的问世,声纳也正在向智能化方向发展。

目前神经网络的研究取得了令人瞩目的进展,它与计算机技术和信号处理技术相结合,使声纳智能化成为可能。

5、由均匀传播介质、各向同性噪声场和单个平面波信号条件下的声纳设计发展为开发和利用非平面波、非高斯、非平稳信号和噪声实际特性的环境处理的声纳设计,以获取和占有更多的信息和知识,大幅度提高声纳检测距离、定位精度、识别正确率和目标运动分析/跟踪能力。

四、21世纪声纳装备的支撑技术舰载声纳系统是舰艇探测水面舰艇、水中武器、潜艇的主要手段。

国外海军不惜投入大量人力物里,开发研究声纳技术和装备。

在未来海战场信息战中,声纳及综合声纳系统将扮演越来越重要的角色。

20世纪形成的初级知识型声纳和综合声纳系统,在21世纪必将得到进一步的发展和提高。

21世纪声纳技术将应用海洋声学、电子学、计算机学、材料学、通信理论等领域的最新成果,用更精致的模型表征海洋声环境物理特征,从而创造出高级知识型声纳和声纳系统。

主动声纳是由发射器发射具有特定波形的声信号,声音在水体中进行传播,遇到目标产生反射回波,接收器接收回波信号并进行处理,就可以得到这个目标的信息;被动声纳它本身不发射声波,只是接收水中目标所辐射的噪声信号,并通过处理来得到这个目标的信息。

被动声纳发明更晚,技术要求也更高。

拖曳线列阵声纳采用低频和超低频波段,被动工作方式,阵列长40多米,主要用于远距离目标的探测,探测距离超过100千米。

更先进。

在水中,主要靠声纳来搜索目标。

声纳大致分为低频、高频、中频。

低频主要是远距离探测,因为频率越低,声波波长越长,能量就不容易被水吸收,但也因为它的波长长,所以定位不太准确。

高频与低频的特点正相反,探测距离近,但准确。

因此高频多用于近距精确探测,如探测水雷,防止碰撞海底障碍物等。

中频声纳结合上述两者特点,折中了。

现代先进潜艇必备三种声纳:艇艏中频探测声纳,艇艉拖曳线阵列低频声纳(很长的线形声纳,因为长度长,它才能产生波长长的声波),围壳上的高频避碰声纳,好的艇侧还有三块舷侧阵声纳用于更精确定位。

这是声纳本身的工作原理所决定的,低频声纳的100-500赫兹的主动声纳波,波长比较短,作用距离不长(适用在浅水中),但不易衰减,。

高频声纳容易被海底的复杂地形干扰,产生多路回波,且会产生滞后,影响探测。

而低频声纳则没有这样的缺点。

不过目前的技术瓶颈是空化限制或换能器功率限制美国海军计划配备一种潜艇探测系统,名为低频主动声纳(LFA),覆盖地球海洋的80%。

低频主动声纳的研制是基于,甚低频声波[100-1000 Hz] 可以传播很远,能够探测到低噪音潜艇。

低频主动声纳系统使用高强度声波,据说高达235分贝这样的水平,甚至更高[海军已经给出了低频动声纳在大约2公里距离160分贝的特性]。

高强度声波是由拖拽于TAGOS级舰船后的大规模声波发射机产生的。

目前的被动SURTASS拖拽式列阵声纳,探测低噪音潜艇的能力有限。

因此,在低频主动(LFA) 拖拽式列阵声纳领域的研究已经进行了一些时日。

TAGOS 级舰船的低频主动声纳具有在更远距离上探测低噪音潜艇的潜力。

由于美国海军在近岸地区冲突中遭遇低速柴油动力潜艇的可能性增加了,浅水声学这一问题就比较突出。

由于各种声音混杂传播,声波特征高度混乱,目标多普勒效应低,浅水、低速潜艇声学上的探测和分辨比冷战威胁时期困难了很多。

有效的声纳性能要求新的信号处理算法。

而由于高速处理的要求,新的信号算法不能在海军舰艇平台上应用。

一种数字/光学混合处理器(HyDOP) 将验证使用植入式可升级高性能数字和光学处理方式解决这一难题的可行性。

这需要采用高强度算法,不能在实时处理的传统处理器上执行。

海军研究实验室(NRL)正在开发的一种高速声学相关器将作为Intel Paragon XP/S-25计算机的协处理器。

低频声纳开发的时间已经超过10年,1988年以来在某些海域已经试验了25次。

海军试验低频声纳超过了7500小时。

低频声纳的IOT&E 于1992年10月在阿拉斯加海湾完成,测试安装于经过修改的单体研究船上的低频声纳的工程开发模式(EDM) 。

COMOPTEVFOR 发现,SURTASS低频声纳系统在操作的有效性和适应性方面具有潜力。

BBN 已经发展了ARTS列阵船舶计划,专门解决低频主动声纳源的这一难题。

列阵可以产生传播大约100英里的高强度、低频、可变波段声波(235分贝,100-1000 Hz)的蝶形声波。

拖拽式列阵配置在水下100米,速度3节,以10%的功率周期发射脉冲。

在近期试验中,低频主动(LFA)声纳系统探测到了远距离的潜艇。

第一艘主动声纳船,TAGOS 23号,已经在建造中。

四艘专用船已经列入计划,分配给大西洋舰队和太平洋舰队。

列装之前的过度时期,一艘租借的船,Cory Chouest号,用于舰队检验和验证低频主动声纳技术。

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