相干声纳
概述
相干声呐是目前世界上浅水水域高效率测量的最先进的
设备。八十年代中期，为了更详细的探测水底地貌和更精确
的测量水深数据，人们在综合了侧扫声呐和多波束探测系统
优点的基础上，发明了相干声呐探测系统。其测量水深数据
的精度和采集水深数据的密度，都优于多波束测深系统，其
探测水底地貌的清晰度和精细程度远远优于侧扫声呐系统。
基本信息栏
中文名：相干声纳别名：干涉声纳；条带测深系统
外文名：Interferometric sonar 代表产品：Bathyswath；Swathplus 代表产品
Bathyswath是世界上第一个商用干涉声纳系统的直接子代，后经发展成为SWATHplus，ITER 公司接收所有的SWATHplus业务，并重命名此系统为Bathyswath。
商业、科研、军事领域，浅水勘测系统——高效率高质量高价值！
高密度、极宽覆盖宽度的测深及侧扫海底成像数据！
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功能配置
浅水水域综合的测深及海底地图测绘测量系统。
系统组成：换能器，换能器接口单元（TIU），线缆，软件，安装架，运输箱
技术规格
117 kHz234 kHz468 kHz 操作距离(m) 300 150 75
最大操作距离(m) 350 200 80
最小水深(m) 0.3 0.2 0.1
测量分辨极限(mm) 12 6 3
分辨率检测极限 6 3 1.5
跨轨道分辨率(cm) 5 2 1
方位波束宽度(双向) 0.85°0.55°0.55°
传输脉冲长度(μs) 17 to 8500 8.5 to 4300 4.3 to 2100
换能器尺寸(mm) 235 x 550 x 90 160 x 350 x 60 100 x 215 x 42
换能器空中重量(kg) 13 6 1
换能器水中重量(kg) 1.6 0.9 0.1
功耗(W) > 50
产品比较—多波束
由于相干声呐测量水深的原理和多波束完全不同，因而其覆盖宽度、数据密度、分辩率、精度、便携性及成本价格等均比多波束有优势。主要体现在:
1.采集的数据密度大,分辨率高
2.能获得真实的侧扫图像,真正做到条带测深和侧扫声呐二合一
3.覆盖宽度大
4.精度优于多波束
5.覆盖宽度对测量船的横摇不敏感
6.无旁瓣效应影响
7.可以对原始数据进行检查和再处理
8.系统硬件结构简单,换能器坚固可靠,便于安装
9.系统成本低
由于相干声呐的换能器结构简单,制作成本降低,从而整个系统的成本大大降低，其价格比多波束有竞争优势。
应用领域
? 浅水域水文测量
?航海图绘制
?环境监测
?疏浚作业
?河道、港口、湖泊、大坝管理
?海洋考古
?沉船定位
?海洋土木工程检测
?管道和线缆路径勘测及监测
?船体监测
?港口安全
?军用快速环境评估
发展历史
1985年前后，英国巴斯大学的调研显示干涉条带测深法是测量海底深度的一种实用方法。因此衍生了公司(Bathymetrics)来进行开发，Bathyscan（1987年）应该是世界上第一个商业化的相干声纳系统。Bathymetrics发展为Submetrix, 生产ISIS 300, ISIS 100, 以及Submetrix 2000. Systems Engineering & Assessment Ltd.(SEA) 取得此技术并将系统重命名为SWATHplus.
ITER作为SEA公司SWATHplus产品的法国经销商，于2012年8月接管SWATHplus的业务，并决定重命名SWATHplus系统为Bathyswath。
2014年5月份，新一代产品Bathyswath-2上市。
三维成像声纳在水下工程中的应用研究 所谓的三维成像声纳技术，就是利用声纳设备发射声波，这些声波触及到目标物以后会反射回来，系统可以根据回波对目标物进行定位和成像，这种方式与常规的旁扫有所不同，它能够直接获取水下结构的三维图像，不仅及时，而且准确，将这种技术应用于水下工程中，可以顺利完成水下探测工作。文章简述了三维成像声纳系统的构成及功能，并分析了其在水下工程中的具体应用。 标签：三维成像声纳；水下工程；应用 前言 影响海洋工程质量安全的因素有很多，一般将这些因素分为两种，一种是水上结构部分，使用一些常规技术即可排除水上部分的安全隐患，包括触摸、观察、NDT检测等，另一种是水下结构部分，受到环境的限制，使用常规技术无法排除水下部分的安全隐患，这部分隐患不仅难发现、难处理，而且随着日积月累，微小缺陷可能会逐步扩大，最终导致极大的破坏，三维成像声纳技术就能够有效解决这一问题，高效检测海洋工程水下复杂结构部分的安全隐患，保证海洋工程水下施工的安全、稳定运行。 1 三维成像声纳系统概述 1.1 系统的构成与具体功能 三维成像声纳系统由三部分构成，其一是声纳头，其二是电脑终端，其三是电源和设备安装支架，其中声纳头有两个阵，一个是声纳阵，声波信号沿着锥形方向发射出去，另一个是接收阵，该阵由若干个水听器传感器组成，接收返回来的声波，最终目标物的三维图像会在电脑终端显示出来，测距的范围一般在1米至150米，图像更新的速度可以达到每秒20次。声纳头的布局有两种形式，一种是靠岸加固，另一种是随船移动，具体布局形式根据周围环境以及检测对象的特征确定。而在一般的海洋工程中，经常使用的是二维声纳Seaking DFS，声纳头的布局有所不同，一般都是固定安装在ROV（水下机器人）上，通过对水下机器人的操控实现对声纳头位置的控制，随着海洋工程的进一步发展，人们对声呐技术提出更高要求，将三维声纳应用于海洋工程中，通过声波信号的发射与收集，形成具有较高分辨率的图像，不仅能做到实时成像，图像还可以被缩放、旋转和移动，为水下施工过程提供准确、完整的信息[1]。 实际操作过程中，技术人员可以通过调节软件参数来获取每组图像对应的坐标和距离等具体信息，为了做到实时观察，获得更好的探测效果，可以根据实际情况合理调节声纳头的角度，可以调节发射角，也可以调节接收角，这样就打破传统探测系统的探测局限性。但是要注意的是，三维成像声纳系统在工作时要保证设备静止，该系统在独立工作时不能做到行进过程中的连续探测，因此即使设备随船移动，也要将其固定在船舷上，并且不在行船时探测，如果风浪较大，船
声纳信号处理专题 讲义 蔡平教授 2010年10月
第一部分 匹配与高分辨技术 一、匹配滤波 匹配滤波器的冲击响应： )()(h 0t t t -=*δ（请大家找书确认一下） 输入信号的镜像共轭（没有指定时域还是频域），相关器与匹配滤波器等价，输出是匹配滤波器输出的包络： dt t t x dt t t t x t )()()()()(y 0δδ?=-?=（请大家找书确认一下） 结论：在线性处理中，匹配滤波（或相关滤波）可获得的信噪比最大。在各种分辨技术中，匹配（相关）技术起到了重要的作用。举例说明： 1、傅里叶变换 在一个复杂的波形中，它的基本要素是什么？（或者说有哪些波形组合）简言之，复杂波形能分解吗？它的精度如何？ （1） 傅里叶变换 dt e t x f X ft j π2)()(-?= 基函数t j t e ft j ωωπsin cos 2-=- ，每个频率分量都由一个正交的接收机组成，如下图所示： c A s A
幅度：22)(s c A A X +=ω 相位：c s A A arctan )(-=πω? 结论：分解由事先设定好的一组正交接收机组成。它的分辨能力，取决于处理时间T ，其中T 1f = ?。窄带信号的分辨力，取决于处理时间的长短。 测不准原理： π21≥?W T )1(≥?f t 窄带信号：1=?f t 时、频制约，宽带信号：1>?f t 时、频无制约。可见窄带信号的最佳处理器就是FFT 算法的实现。 应用： 声纳（雷达）发CW 脉冲 接收——>短时FFT 在通信中：频移键控——FSK 的最优实现FFT 算法，简称OFDM 。 上述算法是针对窄带信号（CW ），对于宽带信号LFM 信号而言，它对应为分数阶Fourier 变换（公式略）
第2页 共 2页 （a ） （b ）
第3页 共4页 第4页 共 4页 2008年声纳技术考试试题B （答案） 一、填空（60分） 1、低频、大功率、大尺寸基阵、信号处理技术 （4分） 2、主动式声纳、被动式声纳 （2分） 3、 ()2SL TL TS NL DI DT -+--=，()SL TL NL DI DT ---= （2分） 4、声源级、接收机的检测阈、工作频率、脉冲宽度、信号形式、接收机动态范围、基阵大小、 基阵灵敏度等（任意3个） （3分） 5、物理盲区、几何盲区、尾部盲区、脉冲宽度盲区和混响盲区等（任意4个）。 （4分） 6、时间函数、频谱函数、模糊函数 （3分） 7、0T T (), t [- ,]22 f t f kt =+∈ （1分） 8、多卜勒频移、正、负 （3分） 9、高于 （1分） 10、工作频率、信号时间宽度、信号的带宽 （3分） 11、2 0T T exp[(2)] , t [-,]22A j f t kt ππ+∈、0T T (), t [-,]22 f t f kt =+∈ （2分） 12、0T T exp[2] , t [-,]22A j f t π∈、0T T (), t [-,]22 f t f =∈ （2分） 13、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 生理声学特性（任意4个）。 （4分） 14、最大值测向、相位法测向、振幅差值测向、正交相关测向（任意3个）。 （3分） 15、指向性。 （1分） 16、方向性、最窄的主瓣、最低的旁瓣、主旁瓣高度比 （4分） 17、指定主旁瓣比下的等旁瓣级 （1分） 18、12d λ≤或2 d λ≤ （1分） 19、()()()sin 21sin 2N R N ?βθ?β??- ???= ??- ? ?? （1分） 20、4、5 （2分） 21、t R c = 2 （1分） 22、测时误差、声速误差 （2分） 23、 1 2 c τ，其中τ为脉宽 （1分） 24、线性调频测距、三角波调频测距、阶跃调频测距、双曲线调频测距（任意3个）（3分） 25、多普勒测速、相关测速 （2分） 26、 02cos x v f c α （1分） 27、波形发生器（信号源）、多波束形成器、功率放大器、换能器、接收机，收发转换开关 （任意3个） （3分） 二、证明题（10分） 答：根据定义 ()()()-j2,e t s t s t dt ξχτξτ∞ *π-∞ = +? ()()()-j2111,e t s t s t dt ξχτξτ∞ *π-∞ = +? 又因为 ()()s t s t kt 12 =e j π 所以 ()()()()2 2 -j 21,e j k t j kt t s t e s t e dt πτπξχτξτ∞ * +π -∞??= +???? ? （2分） ()()() 2 2 -j2e j k t j kt t s t s t e e dt πτπξτ∞ -+*π-∞=+? ()()222j kt j k j t s t s t e dt πτπτπξτ∞ * ----∞=+? （2分） ()()()2 2j k t j k s t s t e dt e πτξπττ∞ -+*--∞=+?? （2分） ()()()2 2j k t j k s t s t e dt e πτξπττ∞ -+* --∞=+?? （2分） ()()()()2,j k t s t s t e dt k πτξτχττξ∞ -+*-∞ = +=+? （2分） 三、计算题（15分） 答：可以看作是三级复合阵， 第一级：1 1 ，为2元阵 （2分） 因此第一级的归一化指向性为()()()() () () 1sin /2sin cos /2sin /22sin /2N R N ??θ???= ==（2分） 第二级：1 1 ，为2元阵 （2分） 因此第二级的归一化指向性为()()()() () ()2sin /2sin cos /2sin /22sin /2N R N ??θ???===（2 分）
三维成像声纳 姓名：徐静 专业：光电子技术与科学 院校：长春理工大学光电信息学院
目录 摘要 第一章声呐 1.1 声呐的概述 1.2 三维成像技术 1.3 三维成像声呐的发展现状 第二章三维成像声呐的工作原理 第三章三维成像声呐的应用 第四章三维成像声纳的选择 第五章结论和展望 摘要 声纳的发展背景： 海洋蕴藏着丰富的矿产和能源，同时又具有重要的军事地位，海洋开发日益受到人们的重视。首先，全球能源日益紧张，所以开发新的能源和
空间十分必要，海洋是个巨大的能源宝库，具有很大的开发潜力。其次，我国海岸线绵长，海域辽阔，了解海域特点、海底地形地貌状况对维护国家安全很有必要。 从上面可以看到成像声纳有着十分广泛的用途，不仅关系到军事方面，而且还关系到国民经济生活发展的很多方面，所以研究和发展成像声纳十分必要和迫切。三维成像声纳所使用的可视化技术，将大量枯燥的数据以生动的立体图形图像的方式表现出来，使人们能够对声纳数据进行更直观的解释和分析，提高水下探测的工作效率。 借助成熟的三维显示技术，三维图形可被缩放、移动和转动、测距，以便工作人员可以从各种视角更好地进行观察和理解，提供准确、科学的依据。 1.1声呐的概述 声呐是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，Sound Navigation And Ranging”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。 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。 1.2三维成像技术
哈尔滨工程大学声纳技术实验报告 实验2 等间距线列阵的指向性 姓名： 班级：20100513 学号：201005130 2013年4 月20日
1.实验目的 加深对基阵指向性图的理解；掌握常用声基阵的设计方法。 2.基本原理 基阵的自然指向性 定义: 设一由N 个无方向性阵元组成的接收换能器阵,各阵元位于空间处,将所有阵元的信号相加得到的输出,就形成了基阵的自然指向性。 N 元等间距线阵的自然指向性 假设0 ()() 0cos F t A t ω= 那么，由图可知1号阵元的接收信号为： ()() 1cos F t A t ωφ=- 同理，2号阵元的接收信号为： ()() 2cos 2F t A t ωφ=- N-1号阵元的接收信号为： ()() cos n F t A t n ωφ=- 其中,A 为信号幅度；ω为信号角频率；φ为相邻阵元接收信号间的相位差 22sin d f πφπτθ λ == () Re ?为取实部的记号。阵输出为： ()()1 100,Re N N j t jn n n n s t F t A e e ωφθ----==?? ==?????∑∑ 指向性函数： τ=1 2
() sin sin sin 2sin sin sin 2N N d R d N N φπθλθφπθλ???? ? ?????== ???? ? ? ???? 含相移β的指向性函数： () 000sin ()sin (sin sin )2,1sin ()sin (sin sin )2N N d R d N N πφβθθλθθπφβθθλ????-- ? ? ????= =????-- ? ? ???? 其中0sin d πβθλ = 3.实验内容 （1）画出均匀间距线列阵的自然指向性图，分析主波束宽度、第一副极大位 置、第一副极大级、零点个数，与理论值比较； 参数：阵元数为30，阵元间距为半波长，信号中心频率为1.5kHz ，声速为c =1500m/s 。 （2）分析均匀间距线列阵指向性图的性能与各参数的关系。 波束宽度、极大值之间零点个数及零点间隔与线列阵阵元数的关系，与理 论值是否一致； 中心非模糊扇面宽度与阵元间距的关系； 中心非模糊扇面内的独立波束数与阵元数的关系，与阵元间距的关系。 （3 ）通过理论计算阵元间距为和中心频率分别为1kHz 时主瓣宽度均为20 度的参数，并画出指向性图，分析其差别。4. 实验结果及数据分析 首先，画0θ=0，d 与λ不同关系时的波形： 4. 实验结果及数据分析 clear all close all clc X=-2*pi:0.01:2*pi;
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。之后参杂有铅的铅锆钛（PZT）陶瓷被发明，其性能非常优异，经过改进后的材料至今仍然被某些声纳使用。 ▲用于产生超声波的的压电 陶瓷阵列（PI公司，德国） 所谓的正逆压电效应就是力和电的相互转换。当有外力F作用在压电体表面时，无论是拉伸还是压缩变形，都会在施加力的两个表面产生电荷。利用这个原理，就可以制成传感器。声波传播当中遇到这个传感器会引起传感器微小的振动，这种细微的变形会产生电荷信号。结合其他电路和计算机，就可以制成听声器。
目录 1项目背景和意义 (1) 2项目研究方案 (1) 2.1主动声纳 (1) 2.2主动声纳方程 (1) 2.3声纳波束形成基本原理 (3) 2.4MATLAB GUI (3) 3项目实施过程 (3) 3.1主动声纳方程参数计算 (3) 3.1.1 声源级SL (3) 3.1.2 传播损失TL (4) 3.1.3目标强度TS (5) 3.1.4海洋环境噪声级NL (5) 3.1.5接收指向性指数DI (5) 3.1.6检测阈DT (5) 3.2声纳基阵指向性计算 (6) 3.2.1 简单几何形状换能器指向性计算 (6) 3.2.2简单阵列指向性计算 (7) 3.2.3 Matlab GUI设计 (9) 4结论 (12) 5参考文献 (13)
1项目背景和意义 在水声工程领域的各种应用中，声纳系统的参数设计是比较关键的环节，在各种系统论证中起基础性作用，往往需要根据具体问题具体分析，按照不同的条件和需求进行计算，这样就产生了许多重复性工作。为了解决这一问题，使主动声纳的相关工作更为简单，本项目以Matlab仿真环境为基础，通过设计交互式界面来实现声纳系统的技术设计。 2项目研究方案 利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航、和通讯的系统，都广义地称之为声呐系统。声纳按工作方式主要分为主动声纳和被动声纳。在这里我们主要讨论主动声呐系统的声纳参数，声纳方程，以及简单基阵的指向性等。 2.1主动声纳 主动声纳：有目的地主动从系统中发射声波的声纳。它主要用来探测水下目标，并测定其距离、方位、航速、航向等运动要素。 主动声纳原理:通过回波信号与发射信号间的时延推知目标的距离,由回波波前法线方向可推知目标的径向速度。此外由回波的幅度、相位及变化规律，可以识别出目标的外形、大小、性质和运动状态。 图1主动声纳原理 2.2主动声纳方程 声纳在总是工作在伴随着其他一些没用的信号干扰的背景当中，即在工作时，声纳同时接收到有用的声纳信号和没用的背景干扰信号。如果声纳检测到的信号级与背景干扰级（背景干扰级的含义为：并不是所有的噪声信号都对声学设备起到干扰作用，只有处在设备工作频率带宽的那部分噪声信号才起干扰作用）
电子技术 ? Electronic Technology 94 ?电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 【关键词】声纳原理 发展趋势 识别系统 水声学是一门声学分支学科，主要研究的是水下声波的产生、辐射、传播、接收和量度，掌握水声学就可以解决与水下目标探测及信息传输有关的各种问题。由于海洋水环境的独特性质光波以及无线电波的传播在其中的衰减都极其严重，无法在海水中进行远距离有效的传播，更无法满足对水下环境及目标的检测、水下通讯等方面的应用。在已发现的传输介质中，唯一一种能够在海水中作远距离传输的能量形式就是声波。 声纳是通过声波信号来对水下目标进行探测、定位的常见设备，其原理是模仿视力极 声纳识别系统性能提升途径 文/孙鹏程 低的蝙蝠通过声波实现视觉功能的特性。在水 下资源勘查，水下通信、海洋军事领域中起着决定性作用。声纳的军事战略地位已被拥有海洋资源的各海洋国家广泛重视。 1 声纳技术的分类及现状 声纳从工作原理来分可分为主动声纳和 被动声纳两类。 主动声纳又称回声声纳，原理框图如图1 所示。 主动声纳的工作方式为发射机发射出特定频率的声波信号，触及到目标物后接收反射波中的信息来测算出目标的各项参数，包括方位、距离、速度等。具体来讲，距离可以通过折返的声波信号与发射出的声波信号之间的时间差计算出来，目标的方位可以通过测算回声弧形波线，再制出其法向量方向就是目标的方向，而目标的径向速度可根据多普勒效应测算回波信号与发射信号之间的频率之差得知。 同理，目标的其他性质可通过比对回波信号与发射信号的变化规律来推测。主动声纳 主要用于水下勘测，例如暗礁、冰山、沉船等静止且无声的目标，其优势也在于此，能够较精确的测量方位以及距离等参数，缺点是主动声纳工作时需发射声波信号采集回声，更易被地方侦查，且探测距离有限。 被动声纳的工作原理（如图2）是通过接受目标自身发出的声波信号来探测目标，因此也被称为噪声声纳，这一功能是通过接收换能器基阵来实现的。 被动声纳主要用来搜索、检测来自目标的声信号和噪音优点是拥有良好的隐蔽性，更远的侦察距离以及更强的识别能力。缺点是由于其需要目标物自身产生“噪声”，所以对静止无声的目标无法探测，仅仅可以发现目标但无法测出目标距离。其次，被动声纳只接收目标自身产生的信号，声纳本身并不发射信号，因而没有其他反射噪声造成的干扰。 实际应用中多数声纳都采用主动被动两种方式结合使用，充分发挥出两种声纳的优点扬长避短。在一般勘察使用时，为了在探测的同时不使自身信息被敌方率先侦查到，工作在 房内火灾隐患。最终实现对机房环境、机房安全、机房配套设备和重要供电回路的各种监视功能。3.2 安防系统 根据安全管理需要，设置视频监控系统。本次系统前端采用数字摄像机，存储采用数字硬盘录像机。室外设两台快球摄像机，监控整个台站的外环境及围界情况，室内设一台半球型摄像机，该摄像机的主要作用就是进行安全防范监控。并且安防系统还能够对摄像机图像进行实时监视以及对图像的数字化存储功能，具备网络远程多路实时监视的功能。还能够对录像资料进行远程网络的查询和回放，对于录像资料还提供了远程下载、备份的服务，满足了用户对监控图像的随时调取需要。数字摄像机采用720P 像素，硬盘录像机对所有本地视频进行7×24小时的存储，存储天数为90天。3.3 消防报警系统 场监机房内设置火灾报警系统，通过使用智能型总线制火灾自动报警系统对常场监机房全面保护。感烟探测器和感温探测器的设置，能够对温度和烟雾信息进行准确的监控；此外， 还需要设置紧急启停按钮、放气指示灯、声光报警器。系统对各种火灾报警信号能够及时的进行接收，然后发出报警信号，信号发送至环境监控采集设备，最后上传至上级监控中心。气体灭火控制盘分为手动和自动两种，当控制盘处于手动状态，只发出报警信号，不输出动作信号，但是一旦值班人员对确认火警的发生后，对应急启动按钮进行控制，就可以使系统喷放气体灭火剂启动。 4 系统供电及接地 1号场监雷达站由2#消防站引双路低压电源，互投后供工艺使用。2号场监雷达站由3#消防站引双路低压电源，互投后供工艺使用。3号场监雷达站由1#消防站引双路低压电源，互投后供工艺使用。1号、2号、3号场监雷达站均与甚高频遥控台合建，台站内为场监和甚高频设备配备UPS 设备，均冗余配置，后备时间按半小时考虑。在机房配电箱内安装防浪涌保护器。雷达塔平台上架设4根玻璃钢避雷针。方舱内设备通过16mm2专用接地铜线与50mm 2接地母线相连。接地电阻要求不大于4欧姆。建筑接地网及避雷设计由电气专业考虑。 5 通信 通信采用光缆传输，光纤从机房预埋至手孔井，沿通信管道敷设至合建的甚高频机房传输设备，最终传输到东塔附属业务楼。传输设备由通信工程设计。 参考文献 [1]卿烈华.场面监视雷达系统在民 用机场的应用[J].数字技术与应用,2018,36(05):100+102. [2]徐艳.场面监视雷达系统的设计与 优化分析[J].信息与电脑(理论版),2017(14):169-171. [3]周雷.场监雷达天线座关键技术研究[J]. 电子机械工程,2017,33(5):17-21. 作者简介 孙璐（1988-），女，河南省信阳市人。硕士研究生，中级工程师，通信导航专业。 作者单位 中国民航机场建设集团公司规划设计总院 北京市 100101 <<上接93页
三维合成孔径声呐成像系统 所属领域：电子信息 完成人：张学武等 成果简介： 系统主要由四个部分组成:湿端组件(拖体)、拖曳系统、信号处理机和控制台，各组成部分之间通过千兆以太网进行通信，协同完成超声波信号的发射、接收、声数据处理、和声图像的成像功能。控制命令由干端显控台发出，通过光纤传输到湿端组件，湿端数据采集传输和控制中心通过串口与传感器进行通信;采集获得的声数据通过光纤发送到显控 台进行处理。 数据采集传输和控制中心的硬件 平台包含两块数据采集传输模块和一 块控制中心模块。数据采集板与接收 机共用一个水密电子舱；控制中心板 与系统电源共用一个水密电子舱。 主要技术指标 本三维合成孔径声呐成像系统具 有数据采集、传输与控制功能，其主要技术指标如下: (1)同步触发信号最高支持256路16bit AD同步采样，采样频率等于100kHz。 (2) AD采集差分输入，输入信号动态范围-1.625~1.625V。输出通道幅度 不一致性小于1dB，相位不一致性小于3度，通道噪声小于1mV(有效值)。 (3)传感器数据、控制命令与AD采集数据通过千兆以太网信号经控制中心 电光转换后，进行单模光纤传输。 (4)湿端数据采集传输模块为+5. 7V直流电源供电，每个模块电流4A，电 源输出纹波峰峰值电压≤100mV。 (5)数据采集功能分为 两块电路板完成，每块电路 板完成128通道数据采集， 通过母板与接收机连接，每 块板配置温度传感器芯片。 (6)通过串口接收信号 采集板转发的显控台控制命 令，进行命令解析和分包， 再通过各串口分别发送各种 对应的控制命令和设置参数 给控制电机和各个传感器。 (7)提供3路线性调濒脉冲信号的发射信号源，DA频率大于200kHz。信号 形式:1路15kHz-30kHz正调频脉冲；1路6kHz-15kHz正调频脉冲；1路6kHz-15kHz 正调频脉冲或15kHz-6kHz反调频脉冲。信号幅度3.3V, 1.65V, 0.825V, 0.4125V可调，脉冲宽度5ms,10ms, 20ms可调。 (8)数据传输总数据率256路*100kHz * 16bit =409. 6Mbit/s,分两路传输。
三维成像声纳 专业：光电子技术与科学 院校：理工大学光电信息学院
目录 摘要 第一章声呐 1.1 声呐的概述 1.2 三维成像技术 1.3 三维成像声呐的发展现状 第二章三维成像声呐的工作原理 第三章三维成像声呐的应用 第四章三维成像声纳的选择 第五章结论和展望 摘要 声纳的发展背景： 海洋蕴藏着丰富的矿产和能源，同时又具有重要的军事地位，海洋开发日益受到人们的重视。首先，全球能源日益紧，所以开发新的能源和空间十分必要，海洋是个巨大的能源宝库，具有很大的开发潜力。其次，我国海岸线绵长，海域辽阔，了解海域特点、海底地形地貌状况对维护国家安全很有必要。 从上面可以看到成像声纳有着十分广泛的用途，不仅关系到军事方面，而且还关系到国民经济生活发展的很多方面，所以研究和发展成像声纳十分必要和迫切。三维成像声纳所使用的可视化技术，将大量枯燥的数据以生动的立体图形图像的方式表现出来，使人们能够对声纳数据进行更直观的解释和分析，提高水下探测的工作效率。 借助成熟的三维显示技术，三维图形可被缩放、移动和转动、测距，以便工作人员可以从各种视角更好地进行观察和理解，提供准确、科学的依据。 1.1声呐的概述
声呐是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，Sound Navigation And Ranging”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。 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。 1.2三维成像技术 通常我们说一个客观的世界是三维的，客观世界的三维图像通过某种技术把它记录下来然后处理、压缩再传输出去，显示出来，最终在人的大脑中再现客观世界的图像，这个过程就是三维成像技术的全过程。 1.3 三位成像声纳的发展现状 三维成像声纳与普通的多波数声纳的区别，在于它具有更高的分辨率，从而可以提供水下目标外形轮廓的更多细节描述。高分辨率成像声纳在对水下目标进行成像时，能够提供非常优秀的图像质量，从而可以对目标进一步地跟踪和识别。目前最前沿的三维成像声纳是以声透镜技术为基础，它能提供目标的实时动态视频图像，质量小、尺寸小，可以装载到各种AUV、ROV上进行水下作业。 声视觉导航：给出目标物尺寸和方位信息 海底地貌检测：提供海底的等高线图和地理参考数据，海图的绘制。 残骸搜索：提供失事船只残骸的详细信息 堤坝的检测：提供堤坝的裂缝信息 管道检测：对海底油气输送管道进行安全检查 桥墩探伤：检测受损桥墩的险情 海港检测：给出水下目标的回声及运动轨迹和速度 海床检测：矿产资源和能源勘探
侧扫声呐概述 侧扫声呐是由Side-Scan Sonar一词意译而来，国内也叫旁扫声呐、旁视声呐。国外从五十年代起开始应用，到七十年代已在海洋开发等方面得到了广泛的使用，我国从七十年代开始组织研制侧扫声呐，经历了单侧悬挂式、双侧单频拖曳式、双侧双频拖曳式等发展过程。由中科院声学所研制并定型生产的CS-1型侧扫声呐，其主要性能指标已达到了世界先进水平。 侧扫声呐有许多种类型，根据发射频率的不同，可以分为高频、中频和低频侧扫声呐；根据发射信号形式的不同，可以分为CW脉冲和调频脉冲侧扫声呐；另外，还可以划分为舷挂式和拖曳式侧扫声呐，单频和双频侧扫声呐，单波束和多波束等。 波束平面垂直于航行方向，沿航线方向束宽很窄,开角一般小于2°,以保证有较高分辨率；垂直于航线方向的束宽较宽，开角约为20°～60°，以保证一定的扫描宽度。工作时发射出的声波投射在海底的区域呈长条形，换能器阵接收来自照射区各点的反向散射信号，经放大、处理和记录，在记录条纸上显示出海底的图像。回波信号较强的目标图像较黑，声波照射不到的影区图像色调很淡，根据影区的长度可以估算目标的高度。 侧扫声呐的工作频率通常为几十千赫到几百千赫，声脉冲持续时间小于1毫秒，仪器的作用距离一般为300～600米，拖曳体的工作航速3～6节,最高可达16节。侧扫声呐近程探测时仪器的分辨率很高,能发现150米远处直径 5厘米的电缆。用于深海地质调查的远程侧扫声呐工作频率为数千赫，探测距离超过20公里。进行快速大面积测量时，仪器使用微处理机对声速、斜距、拖曳体距海底高度等参数进行校正，得到无畸变的图象，拼接后可绘制出准确的海底地形图。从侧扫声呐的记录图象上，能判读出泥、沙、岩石等不同底质。利用数字信号处理技术获得的小视野放大图象能分辨目标的细节。 1 侧扫声呐基本工作原理 工作原理示意图如图1和图2所示。左、右两条换能器具有扇形指向性。在航线的垂直平面内开角为ΘV，水平面内开角为ΘH。当换能器发射一个声脉冲时，可在换能器左右侧照射一窄梯形海底，如图左侧为梯形ABCD，可看出梯形的近
***************************有限公司 三维成像声纳 姓名：*** 部门：***部门 入司时间：20**年*月5日 指导师傅：*** 完成时间20** 年** 月8 日 目录 第1 章前言
1.1 声纳的发展背景 海洋蕴藏着丰富的矿产和能源，同时又具有重要的军事地位，海洋开发日益受到人们的重视。首先，全球能源日益紧张，所以开发新的能源和空间十分必要，海洋是个巨大的能源宝库，具有很大的开发潜力。其次，我国海岸线绵长，海域辽阔，了解海域特点、海底地形地貌状况对维护国家安全很有必要。 从上面可以看到成像声纳有着十分广泛的用途，不仅关系到军事方面，而且还关系到国民经济生活发展的很多方面，所以研究和发展成像声纳十分必要和迫切。三维成像声纳所使用的可视化技术，将大量枯燥的数据以生动的立体图形图像的方式表现出来，使人们能够对声纳数据进行更直观的解释和分析，提高水下探测的工作效率。 借助成熟的三维显示技术，三维图形可被缩放、移动和转动、测距，以便工作人员可以从各种视角更好地进行观察和理解，提供准确、科学的依据。 1.2 三位成像声纳的发展现状 三维成像声纳与普通的多波数声纳的区别，在于它具有更高的分辨率，从而可以提供水下目标外形轮廓的更多细节描述。高分辨率成像声纳在对水下目标进行成像时，能够提供非常优秀的图像质量，从而可以对目标进一步地跟踪和识别。目前最前沿的三维成像声纳是以声透镜技术为基础，它能给客户提供目标的实时动态视频图像，质量小、尺寸小，可以装载到各种AUV、ROV上进行水下作业。 声视觉导航：给出目标物尺寸和方位信息 海底地貌检测：提供海底的等高线图和地理参考数据，海图的绘制。 残骸搜索：提供失事船只残骸的详细信息 堤坝的检测：提供堤坝的裂缝信息 管道检测：对海底油气输送管道进行安全检查 桥墩探伤：检测受损桥墩的险情 海港检测：给出水下目标的回声及运动轨迹和速度 海床检测：矿产资源和能源勘探
所有的系统都是专为个人部署和浅水勘测所设计，测量深度可达３０ｍ（１００英尺），这使得它们适用于港口港湾勘测和安全工作，包括河流、运河、湖泊等内陆水质检测，探测沉船的位置以及搜寻复原任务。 海远程地区。 ＳｔａｒＦｉｓｈ系统被设计为“即插即用”，通过机顶盒上的ＵＳＢ接口连接到您的ＰＣ ／笔记本电脑。机顶盒使得声呐的电源可以由来自交流电源（市电电源）或直流电源（蓄电池，发电组）提供，并且每一个系统均有多个适配器电缆提供，使其可以直接应用现有的电源条件。 专为Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统所设计的ＳｔａｒＦｉｓｈ扫描软件非常直观，具有易于使用的用户界面。通过帮助向导开始，你很快就可以上手运行。 一架双引擎霍克斯利飞机残骸，沉没在１５米深。 芬兰海湾深度为３３米的蒸汽轮船－由Ａｒｉ Ｋａｐｅｎｅｎ提供 混凝土排放在海港泊位－由Ｍａｒｅｋ Ｓｚａｔａｎ，Ｈｙｄｒｏｇｒａｆ提供 在１０米处潜水员和救援假人 澳大利亚Ｂｌａｃｋｗａｌｌ Ｒｅａｃｈ河上的货运 驳船和划艇—由Ｊｅｓｓｅ Ｒｏｄｏｃｋｅｒ提供 ＳｔａｒＦｉｓｈ是使用最新的声学技术和信号处理技术的侧扫声呐系统，性价比高，能带来高质量的水下图像。 ＳｔａｒＦｉｓｈ拖曳系统易于携带，每个声呐小于１５ 英寸长。 这使它们能够在需要的时候共享用户组和水上船只之间的信息，尤其是在其他侧扫系统难以执行的浅
声呐 StarFish 990F StarFish 452F StarFish 450F StarFish 450H StarFish 453OEM BP00181 BP00184 BP00017 BP00090(20m) or BP00066 (5m) BP00755 ＳｔａｒＦｉｓｈ的选择 高清晰度系统，结合了１ＭＨｚ的无线信号与０．３°水平波束宽度，适用于搜索和救援的应用。４５０ｋＨｚ无线信号操作与０．８°水平波束宽度，高达２００米的宽度范围。适用于调查应用。入门级的声纳系统，结合４５０ｋＨｚ无线信号操作与１．７°水 ４５０Ｆ系统的船载版本，适合小型近海船艇在浅水中操作。 ＳｔａｒＦｉｓｈ ４５２应用在ＲＯＶ／ＡＵＶ的ＯＥＭ集成性版本，降低了水平波束宽度（０．５°）来改善图像质量。技术参数
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①作用距离②方位角测量范围及精度③定位精度④分辨率⑤搜索速度⑥跟踪距离⑦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(+)exp[jφ(+)]的瞬间频率表示式是f(t)=1/2π·dφ(t)/dt 10．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 相对运动时，多谱勒频移为正，向背运动时则为负。 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）。 13．LFW脉冲信号的时间波形表达式Aexp[j(2πf o t+πkt2)] t∈[-T/2,T/2] 瞬时频率表达式f(t)= f o+kt t∈[-T/2,T/2] 14．最大值测向方法的测向精度主要取决于①声系统方向性主瓣的宽度②指示器的类型③声系统转动装置的精度④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Θ的单波束声呐，依靠通过旋转基阵搜索一个扇面θs为观察扇面内直到距离R的所有目标，要求最短时间为T min=2R/c·θs/Θ 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sinθ=kλ/d,k≠0 22．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-90°≤sinθs≤90°，则要求d/λ≤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2θs=2sin-1(λ/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/c
三维成像声纳姓名：徐静 班级：1013105 专业：光电子技术与科学 院校：长春理工大学光电信息学院
目录 摘要 第一章声呐 1.1 声呐的概述 1.2 三维成像技术 1.3 三维成像声呐的发展现状 第二章三维成像声呐的工作原理 第三章三维成像声呐的应用 第四章三维成像声纳的选择 第五章结论和展望 摘要 声纳的发展背景： 海洋蕴藏着丰富的矿产和能源，同时又具有重要的军事地位，海洋开发日益受到人们的重视。首先，全球能源日益紧张，所以开发新的能源和空间十分必要，海洋是个巨大的能源宝库，具有很大的开发潜力。其次，我国海岸线绵长，海域辽阔，了解海域特点、海底地形地貌状况对维护国家安全很有必要。 从上面可以看到成像声纳有着十分广泛的用途，不仅关系到军事方面，而且还关系到国民经济生活发展的很多方面，所以研究和发展成像声纳十分必要和迫切。三维成像声纳所使用的可视化技术，将大量枯燥的数据以生动的立体图形图像的方式表现出来，使人们能够对声纳数据进行更直观的解释和分析，提高水下探测的工作效率。 借助成熟的三维显示技术，三维图形可被缩放、移动和转动、测距，以便工作人员可以从各种视角更好地进行观察和理解，提供准确、科学的依据。 1.1声呐的概述
声呐是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，Sound Navigation And Ranging”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。 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。 1.2三维成像技术 通常我们说一个客观的世界是三维的，客观世界的三维图像通过某种技术把它记录下来然后处理、压缩再传输出去，显示出来，最终在人的大脑中再现客观世界的图像，这个过程就是三维成像技术的全过程。 1.3 三位成像声纳的发展现状 三维成像声纳与普通的多波数声纳的区别，在于它具有更高的分辨率，从而可以提供水下目标外形轮廓的更多细节描述。高分辨率成像声纳在对水下目标进行成像时，能够提供非常优秀的图像质量，从而可以对目标进一步地跟踪和识别。目前最前沿的三维成像声纳是以声透镜技术为基础，它能提供目标的实时动态视频图像，质量小、尺寸小，可以装载到各种AUV、ROV上进行水下作业。 声视觉导航：给出目标物尺寸和方位信息 海底地貌检测：提供海底的等高线图和地理参考数据，海图的绘制。 残骸搜索：提供失事船只残骸的详细信息 堤坝的检测：提供堤坝的裂缝信息 管道检测：对海底油气输送管道进行安全检查 桥墩探伤：检测受损桥墩的险情 海港检测：给出水下目标的回声及运动轨迹和速度 海床检测：矿产资源和能源勘探
声呐蛙人声呐探测系统研究进展 2008年11月在孟买发生了令人震惊的恐怖袭击事件，死亡195人，295人受伤，被喻为印度的“9.11”，经核查，恐怖分子是由近海乘坐橡皮艇从港口登陆的，这起事件清楚地表明近海/近岸水面或水下探测技术水平的缺失已经成为军用及民用港口安全体系的阿基利斯之踵，将可能遭受到来自恐怖分子或敌对敌方特种作战蛙人的袭击。 从二战以来，采用水下隐蔽袭击港口设施和停泊军舰的战例十分多。2003年，停泊在也门的亚丁港的美国战舰“科尔”号突遭一艘不明身份，满载炸药的橡皮艇的自杀式袭击，携带的炸药将军舰左舷撕开12米长4米宽的大洞，17名美军殉职，37名美国水兵受伤。2008年，泰米尔的猛虎组织的海虎突击队员突破斯里兰卡的亭可马里港的严密防护使用一枚威力巨大的水下炸弹炸伤了一艘斯里兰卡海军的军舰。 近年来越来越多使用蛙人进行攻击的现象说明人们认为从水下对停泊在码头的船只进行攻击是一种相对容易的方法。因此使用声纳或其他技术设备对港口的出入航线等地进行水下监视是应对毒品走私、水下攻击的必要的措施。 敌方蛙人隐蔽进入港口或海岸水域对海军舰艇或民用船只进行攻击方式将不仅对军事安全，同时对民用全球贸易和海运的安全产生威胁。另外，使用水下潜入的方式在毒品走私和恐怖袭击中应用也越来越多。 一、蛙人探测声呐的作用 过去且在现在的许多地方，对水下安全的排查采用的是派遣一个战斗蛙人小组进入相应的水域搜索，这是一个花费大且耗时的工作。采用声呐方式不仅节约经费并且重要的是提高了实时性。 在声呐探测中，时间的花费是必不可少的，然而在水下运载具的帮助下，敌对蛙人的运动速度是很快的。为了挫败敌方破坏意图，声呐系统不仅要把敌方蛙人的信号从复杂的混响背景中分辨出来，并且对其进行的分析越快越好，因为时间就意味着生存或死亡。 由于日益增强的威胁，水域安全问题得到越来越多的重视。主动式、高频率、多波束声呐技术是当前应对水下威胁最好的技术手段。探测距离有限的3D声呐技术对这种安全防护的努力是有补充作用的。但是，由于价值昂贵，