heu声纳技术期末考试复习总结.doc

1 水下目标探测是指利用自身发出的声波和目标的回波确定目标的存在；水下定位则是利用自身发出的声波和目标回波来确定目标的位置，包括目标的距离、方位、及深度。2（二战后）声呐技术发展的主要特点是采用低频、大功率、大尺寸基阵，并广泛采用信号处理技术。3若按位置体系分类：声呐可分为舰用声呐、潜艇用声呐、岸用声呐、航空吊放声呐和声呐浮标、海底声呐；按工作原理分类：主动声呐、被动声呐。4除噪声外，主动声呐特有的一种干扰形式是混响（海面混响、海底混响、体积混响）。5被动声呐的隐蔽性和作用距离一般由于主动声呐，但主动声呐可以探测静止不发声目标，而被动声呐则不能。6战术指标是反映和表征战术性能的那些参数，例如作用距离方位角测量范围及精度定位精度分辨率搜索速度跟踪距离环境条件及盲区等。7科学地评价声呐作用距离一般包括以下三个主要因素：信噪比，虚警概率，探测概率。8主动声呐信号常从三个方面来描述：时间函数，频谱函数，模糊函数。9信号为a(+)expj(+)的瞬间频率表示式是f(t)=1/2d(t)/dt10当目标与声呐发射机/接收机有相对运动时，会使接收的脉冲信号波形发生改变，表现为信号频率的偏移，称之为多谱勒频移，相对运动时，多谱勒频移为正，向背运动时则为负。11画出CW信号模糊度图示意LFW信号的模糊度图示意12信号的时间分辨力取决与信号的带宽，频率分辨力取决于脉宽（时宽）。13LFW脉冲信号的时间波形表达式Aexpj(2fot+kt2) t-T/2,T/2 瞬时频率表达式f(t)= fo+kt t-T/2,T/214最大值测向方法的测向精度主要取决于声系统方向性主瓣的宽度指示器的类型声系统转动装置的精度声呐操作员的生理声学特征15相位法测向是一种直接测量法，它测定两等效阵元之间的相位差，从而达到测量目标方位的目的。一般来说，它比最大值测向的精度高，但当两基元间距增大时，可能存在相位多值性，从而导致测向模糊的问题。16声呐波束形成的目的：是使多阵元构成的基阵经适当处理得到在预定方向的指向性。17接收系统具有指向性，则可抑制噪声，多目标分辨和准确测向。18将基阵各基元输出直接相加之后获得的指向性称之为基阵的自然指向性。19在等间隔线阵的情况下，一种最常用的幅度加权法是道夫契比雪夫加权，它可实现在指定主旁瓣比下获得等旁瓣级效果。20设有一个束宽为的单波束声呐，依靠通过旋转基阵搜索一个扇面s为观察扇面内直到距离R的所有目标，要求最短时间为Tmin=2R/cs/21一个N元等间距线阵的归一化自然指向性函数在90范围内非正前方信号之外的某些角度上出现最大值，这些方向称之为基阵的栅瓣，它满足sin=k/d,k022利用波束形成使主波束在空间一个扇面内转动时，这一扇面的宽度实际上不是任意的，存在一个极限值，当扇面超过这个极限时，将会出现方向模糊，这个扇面称之为中心非模糊扇面，若要求这个扇面为-90sins90，则要求d/1/2。DFT波束形成器可以完成这个扇面内N个相互独立波束形成的任务。23若N个阵元组成的等间距线阵，间距为2d，则其中心非模糊扇面的全开角2s=2sin-1(/4d)24脉冲测距是利用接收回波与发射脉冲信号间的时间差来测距的方法。若有一目标与换能器的距离为R，则换能器发射声脉冲经目标反射后往返传播时间为t=2R/c25脉冲测距的误差取决于测试误差和声速测量误差。在近距离时，测试误差为主要误差源，在远距离时，声速误差为主要误差源。26被动测距是利用声基阵的近场效应，故在远距离和大角度时测距误差较大。27船底安装一收发共用换能器，船以向前的速度分量Vx运动，换能器的一个笔形波束以俯角向下发射声波照射到海底，则反向散射信号的多卜勒频移为2Vx/cfo cos28阻抗配置的任务首先是将电抗性负载（压电陶瓷换能器为电容性，磁致伸缩换能器则是电感性）变换为纯电阻性负荷，质负荷上的功率因数最大。29声呐盲区根据形成的原因可分为：物理盲区、几何盲区、尾部盲区、脉冲宽度盲区、混响盲区。30信号模糊函数的性质：关于原点对称体积不变形在原点取得最大值|X(0,0)|X(,)|与信号频谱的关系为|X(,)|=| |31CW信号的时间波形表示成：Aexpj2fot, t-T/2,T/2瞬时频率表示成：f(t)= fo, t-T/2,T/232声呐系统定向方法有：最大值测向，相位法侧向，振幅差值测向，正交相关测向。33对阵元幅度进行加权的目的在于改善阵的方向性，例如改善主旁瓣的相对幅度等。常用的标准有：在给定旁瓣高度的要求下获得最窄的主瓣在给定主瓣宽度要求下获得最低的旁瓣在一定阵元数下满足给定的主旁瓣高度比。常用的加权手段有：改变阵元的接收灵敏度；改变前置放大器的放大倍数。34一个N元等间距线阵的归一化自然指向性函数可表示为R()=sin(Nd/sin)/Nsin(d/sin)35一个N元等间距线阵各基元间插入相移后的最大值指向为R()=sin(N/2(-x)/Nsin(1/2(-) 位置在sin轴上，由原位置移动/2d36一个6元等间距线阵，间距d=2，在90内（包括90）其方向性函数具有的副极大（指同相向加所得）数目与两个副极大值间的零点数分别为4和537声呐发射机的主要技术指标：接收机灵敏度，检测阈，接收机的总放大倍数，通频带，动态范围，失真，抗干扰性能。38波束形成技术是指将一个几何形状（直线、圆柱、圆环、球面、共形等）排列的多元基阵各阵元输出经过处理（例如加权、延时、求和等）形成空间指向性的方法。39动态范围压缩通常是指压缩接收机的输出信号范围，使其适应输入信号的大范围；归一化通常指使接收机输出背景均匀。40CW信号的时间波形：S(t)= Aej2fot t0,T 瞬时频率f=f0 0 其他41模糊度图 长CW脉冲 短CW脉冲CW信号时延分辨力为0.6T（与脉宽成正比），多普勒分辨力为0.88/T（与脉宽成反比）LFW信号时延分辨力0.88/T（与带宽成反比），多普勒分辨力为0.88/T（与脉宽成反比）42N元等间距直线阵，当阵元间距为d=2时，其中心非模糊扇面的全开角为多少2sin-1(1/4)=28.9550度43脉冲测距时，使用信号（不可压缩信号）脉宽为，若同一方位向两个目标的回波到达时间分别为t1和t2，则当t2- t1时能够分辨这两个目标。44声呐发射机主要组成P170波形发生器：产生一定形式的波形信号，其工作频率、脉冲长度、重复周期都可以选择；信号可以是单频脉冲调制波，也可以是调频脉冲波或其他信号波形。发射多波束信号形成器（简称多波束形成器）：形成多个空间波束的发射驱动信号，向水下空间某一指定的扇面角度或全方向提供声能，波束的数量取决于声呐对目标搜索速度和定向精度的要求。功率放大器：有波形产生器产生的信号功率很小，不能直接驱动换能器向水中辐射足够的声波能量。实际应用中往往要求加到声呐换能器上的电信号功率要达到几千瓦，甚至兆瓦量级，所以必须进行功率放大，并对换能器进行阻抗匹配，以便能够已足够高的效率向水中辐射足够多的声信号能量。收发转换开关：当发射机和接收机共同使用一个换能器基阵时，为了使发射机和接收机都能正常工作，必须采用（原理见第七章）第一章绪论1 声呐是利用水下声波判断海洋中物体的存在，位置及类型的方法和设备。2，战后声纳技术发展的主要特点是采用低频、大功率、大尺寸基阵，并广泛采用信号处理技术。3声呐系统按工作原理或工作方式分为主动式声呐和被动式声呐，回音站、测探议、通信仪、探雷器等均为主动，噪声站、侦查仪等均为被动4声呐系统若按位置体系分类：声呐可分为舰用声呐、潜艇用声呐、岸用声呐、航空吊放声呐和声呐浮标、海底声呐等。5主动声呐是有目的的主动从系统中发射声波的声纳成为主动声呐。被动声呐：利用换能器急诊接收目标自身发出的噪声或信号来探测目标的声纳成为被动声呐。6战术指标：是反映和表征战术性能的那些参数，例如作用距离、方位角测量范围及精度定位精度、分辨率、搜索速度、跟踪距离、环境条件及盲区等。7技术指标：是为确保战术指标的实现，系统应具有的技术参数，如发射功率、脉冲重复频率、工作频率、接收灵敏度、脉冲宽度等。8盲区是在声呐作用距离之内，由于受到某些条件的限制而无法探测到目的的区域。盲区从形成的原因上可分为：物理盲区、几何盲区、尾部盲区、脉冲宽度盲区、混响盲区等。9以噪声为主要背景干扰的主动声呐方程，SL-2TL+TS-(NL-DI)DT 以介质中的散射体的散射或混响为主要背景干扰的主动声呐方程为SL-2TL+TS-RL=DT 其中NL为背景噪声波，RL为混响级，DL为接收指向性指数，DT为检测阈 被动声呐方程SL-TL-(NL-DI)=DT（被动声呐自身不发射信号，因而没有混响）10与作用距离有关的较科学的衡量声呐性能好坏的标准优质因数FOM FOM=SL-(NL-DI+DT)（被动） FOM=SL+TS-(NL-DI+DT)它与传播条件和目标条件无关。对于主动声呐方程，它是允许的最大双程传播损失。而对于被动声呐，他是允许的最大单程传播损失。11混响分类：体积混响、海底混响、海面混响。12检测阈DT定义：刚好完成某种职能时接收机输入端需要的信噪比门限13接收指向性指数定义：由一个无指向性的水听器输出的噪声功率级与实际水听器输出的噪声功率级的差，它是表征接收水听器或基阵抑制非目标方向上干扰能力的参数。第二章1信号的模糊函数定义为2固有分辨力：固有时间分辨力：模糊度图与时间轴两个交点间的时更差t=20 固有频移分辨力：模糊度图与频移轴两个交点间的频移差=20t描述了两个强度相同的目标距离分辨的能力r=1/2ct描述了两个强度相同的目标速度分辨的能力r=c/2f0=1/2 （f0：信号中心频率；：信号波长）3模糊函数的性质1|X(,)|与信号频谱的关系|X(,)|=2|X(,)|在原点取得最大值|X(0,0)|，即|X(,)|X(0,0)|=E E为信号能量3|X(,)|关于原点对称|X(-,-)|= |X(,)|4|X(,)|体积不变形，即|X(,)|的峰值越尖，峰值包含的能量越小，而曲面基底包含的能量越大，旁瓣干扰将较大；反之，若要求旁瓣干扰较小时，|X(,)|的峰值不可能很尖，这意味着信号的分辨力不会太高。4CW脉冲的时延及频移分辨力不可兼得，脉冲密度增大时，频移分辨力将改善，但时延分辨力变差，反之时延频移距离速度分辨力0.6T0.88/T450T0.44/T测量精度0.3T0.44/T225T0.22/T5线性调频脉冲信号LFM 瞬时频率f(t)=1/2d/dt(t)=f0+k(t) t-T/2,T/2 时延频移距离速度分辨力0.88/B0.88/T660/B0.44/T测量精度0.44/B0.44/T330/B0.22/T6信号时间宽度T增加，可提高声呐的频率分辨力 速度 信号的带宽B增加，可提高声呐的时间分辨力 距离第三章1不论采用何种具体方法测向，本质上都是利用声波达到水听器系统的声程差和相位差来进行2最大值测向是利用接收到的信号幅度达到最大时换能器或基阵的指向来测定目标方位。该方位的测向精度，主要取决于声系统方向性主瓣的宽度，指示器的类型声系统转动装置的精度，以及声呐操作员的生理声学特征。优点：简单，利用人耳或视满指示器均可判断最大信号幅值；利用人耳判别目标的性质缺点：精度不高，而一般不能迅速判别目标偏离声主轴的方向。3相位法测向：利用相面指示器来测定两等效阵元间的相位差，从而达到测量目标方位的目的优点：只需两个接收单元；只与两接收单元间距d及波长有关缺点：在d/较大时，有多值性存在假方位4和差式相位测向原理，将声系统分为两个系统的子阵，构成两路信号，经和，差和相移处理送到显示器上，便可通过显示器上亮线的偏角测出目标方位使用时，转动换能器或补偿器，是显示器上呈现垂直亮线（这意味着对准了目标）比时在转动机构上可读出目标方位利用角度分辨误差的因素：设备特征，噪声干扰，读数误差5振幅差值侧向U=u1-u2 显示其差值随的增大而增大，根据u的大小极性，可判断目标方位振幅差值法与相位法相比，测向精度不如相位法高，但却优于最大值法，这是由于差值信号在=0附近斜率变化较大，该法一般用来对目标进行自动跟踪及目标方位的自动侦查u1-u3加于y偏转极，u4-u2加于x偏转极，屏上亮线与水平方向夹角即为目标方向，但必须判断目标在前方还是在后方，判断1号有输出，则目标在前方，3号有出，则在后。6相幅法侧相：利用和差法及相位检波法两手段结合7正交相关测向法，相关器称为极性相关器或极性重合相关器第四章1波束形成的目的是使多阵元