第2页 共 2页
以度为单位的表达式）？
19、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；若有一目标与收
发合置换能器的距离为R ，则换能器发射声脉冲经目标反射后的往返传播时间为多少？ 20、脉冲法测距时，使用信号（不可压缩信号）脉宽为τ，若同一方位向两个目标的回波到
达时间分别为1t 和2t ，请问能够分辨这两个目标的条件是什么？
二、证明题（10分）
若信号()s t 的模糊函数为()χτξ,，试从模糊函数的定义出发证明信号()()s t s t kt 12
=e j π的模糊函数为()()χτξχττξ1,,=+k 。
三、计算题（共30分）
1. 给定6元线阵，阵元间距为半波长，每个阵元无指向性发射声功率为1000瓦，各阵元幅度加权系数为0.3，0.69，1，1，0.69，0.3；假设加权归一化后-3dB 处主波束展宽为未加权时的1.3倍，求加权后的声轴上总的声源级（以dB 为单位）。（5分）
2. 一等间距线阵的各阵元灵敏度为1，2，2，2，1；求其归一化指向性函数。（5分）
3.一个间距为2.5λ的N 元线阵，各阵元本身长度为λ；（1）求出所有副极大（栅瓣）的位
置（度数）；（2）计算副极大与主极大的相对幅度。（10分）
4.利用一个单波束声纳测本舰航速，波束俯角为60α= 。设发射信号频率为
500T f =kHz ，水中声速为1500/c m s =。现测得多普勒频率166.7d f Hz =，求船的水
平速度。若有纵倾角3α?=
，再不修正的情况下，带来多大的误差？（10分）
第4页 共 4页
长CW 短CW 脉冲 LFM
CW 信号时延分辨力为0.6T （或与脉宽成正比），多普勒分辨力为0.88/T （或与脉宽成反比）。 LFM 信号时延分辨力为0.88/B （或与带宽成反比），多普勒分辨力为0.88/T （或与脉宽成反比）。
14、()()()sin sin sin /2sin /2sin sin N d N E d N N πθ?λθπ?θλ?? ?
??==
??
?
??
15、T R c
s
min =
?
2θΘ
16、在sin θ轴上，由原位置移动2d
βλ
π 17、4、5
18、112sin 4-?? ???
=28.9550度 19、t R c
=
2 20、21t t τ-≥
二、证明题 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）
第5页 共6页
第6页 共 6页
()()()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 1. 解：
六个阵元的总声源级为：
()()10lg 1000617110lg6217SL dB =?++= （1）
加权后各阵元输出功率为：
90瓦，480瓦，1000瓦，1000瓦，480瓦，90瓦 （1） 所以，加权后输出总的功率为
90瓦+480瓦+1000瓦+1000瓦+480瓦+90瓦=3140瓦 因此，加权前后总功率减少为
()()10lg 6000/3140 2.8dB = （1）
同时，由于3dB 波束宽度增加至原来的1.3倍，所以加权后的功率还要在更大的扇面内扩展，由此降低的平均功率为()10lg1.3 1.1dB =。 （1） 这样以上两项带来的总功率减少为2.8+1.1=3.9dB
因此，最终声源级为217-3.9=213dB 。 （1） 2.
解：分为如下图的二级子阵
灵敏度不同的五元阵
第二级子阵的方向性函数为
()()()()()
24sin /2sin 2sin /24sin /2N N R N ??θ??=== （2）
第一级由两个子阵声学中心组成的等效阵元组成，其指向性为
()()1cos /2R θ?= （2）
因而总方向性为
()()()()
()()()()12sin 21
cos /2cot /2sin 24sin /24
R R R ?θθθ????=?== （1）
3.
答：可以看作是长为λ的多元复合阵，其指向性可写作
()()s i n s i n ()
s i n s i n ()s i n s i n ()s i n 2.5s
i n ()
()sin() 2.5sin()
sin()
sin()
L d N N D L
d N N ππθθπθπθλλθπππθπθθθλ
λ
????
? ?????=
?=
?
（3分）
其栅瓣位置满足：2
sin(), 02.55
k
k
k k d λ
λ
θλ===
≠ （3分）
在9090θ-≤≤ 范围内，2,1,1,2k =--，相应的53.1, 23.6, 23.6, 53.1θ=--
。
（2分）
相对幅度取决于指向性函数，代入上式可得()0.5878, 0.9511, 0.9511, 0.5878D θ=，
用dB 表示() 4.62, -0.44, -0.44, -4.62dB D θ=-
（2分）
（有部分结果可酌情给分） 4.
答： 因为多普勒频率可表示为：
2cos x
d T v f f c
α=
?? （2分）
所以有
166.71500
0.5/2cos 25000000.5
d x T f c v m s f α??=
==???
（2分）
因为有3α?=
的误差，所以在不修正的情况下
()1166.71500
0.5808/25000000.454
2cos 3d x T f c v m s f α??===???+
（2分） ()2166.71500
0.4591/25000000.5446
2cos 3d x T f c v m s f α??=
==???-
（2分）
所以相对测速误差为
120.58080.4591
18.34%0.5
x x v x v v v ε--=
==
（2分）
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）
城镇排水管道声纳检测管理办法 5.1 一般规定 5.1.1 水吸收声纳波的能力很差，利用水和其它物质对声波的吸收能力不同，主动声纳装置向水中发射声波，通过接收水下物体的反射回波发现目标，目标距离可通过发射脉冲和回波到达的时间差进行测算，经计算机处理后，形成管道的横断面图，可直观了解管道内壁及沉积的概况。声纳检测的必要条件是管道内应有足够的水深，300mm的水深是设备淹没在水下的最低要求。《城镇排水管渠与泵站维护技术规程》CJJ/T68第3.3.11条也规定，“采用声纳检测时，管内水深不宜小于300mm”。 5.2检测设备 5.2.1为了保证声纳设备的检测效果，检测时设备应保持正确的方位。“不易滚动或倾斜”是指探头的承载设备应具有足够的稳定性。 5.2.2 声纳系统包括水下探头、连接电缆和带显示器声纳处理器。探头可安装在爬行器、牵引车或漂浮筏上，使其在管道内移动，连续采集信号。每一个发射/接收周期采样250点，每一个360度旋转执行400个周期。探头的行进速度不宜超过0.1m/s。 用于管道检测的声纳解析能力强，检测系统的角解析度
为0.9度(1密位)，即该系统将一次检测的一个循环（圆周）分为400密位；而每密位又可分解成250个单位；因此，在125mm的管径上，解析度为0.5mm，而在直径达3m的上限也可测得12mm的解析度。 5.2.3 倾斜和滚动传感器校准在±45°范围内，如果超过这个范围所得读数将不可靠。在安装声纳设备时应严格按照要求，否则会造成被检测的管道图像颠倒。 5.3 检测方法 5.3.1声纳检测是以水为介质，声波在不同的水质中传播速度不同，反射回来所显示的距离也不同。故在检测前，应从被检管道中取水样，根据测得的实际声波速度对系统进行校准。 5.3.2 探头的推进方向除了行进阻力有差别外，顺流行进与逆流行进相比，更易于使探头处于中间位置，故规定“宜与水流方向一致”。 5.3.3探头扫描的起始位置应设置在管口，将计数器归零。如果管道检测中途停止后需继续检测，则距离应该与中止前检测距离一致，不应重新将计数器归零。 5.3.4 在距管段起始、终止检查井处应进行2m～3m长度的重复检测，其目的是消除扫描盲区。
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;
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
随着社会和科技的高速发展，管道作为物资运送的载体在资源调配、城市建设等领域的作用越来越明显。在大型建设配套设备中，管道主要应用于石油、天然气等能源运输领域以及城市地下管网建设这两大工程。在工业生产领域，大型发电厂、核能研究所等物料需求量较大的场所均使用管道运输作为其首选方式。 管道运输在城市建设和工业生产中的应用逐渐增大，但管道内部恶劣环境和狭隘的空间不利于工作人员进行作业，因此，为了保证能对管道的维护、管道内作业的顺利进行，开发一套应用范围广、符合市场需求的管道检测机器人系统用以替代人工完成作业是非常必要的。 随着运输管道的使用范围增大、应用数量增多，各行业对管道的使用寿命和安全性能提出的要求越加严格，因此加大了对管道检测机器人的需求。目前，国内外管道检测的管道机器人种类和型号繁多，功能多样化，但多数管道机器人由于结构复杂，运送拆卸难度大，控制不便等因素导致其推广使用受阻，并不能为管道行业提供更好的服务。 那么，目前国内管道检测公司哪家好呢？
武汉中仪物联技术股份有限公司是一家以排水管网检测、评估、养护、修复相关技术、设备及材料研发制造为核心产业的高新技术企业，专注于为城市提供智慧排水管网运维信息化整体解决方案。公司集“产、学、研”于一体，经过多年的累积和沉淀，中仪股份已经成为国内管道检测与修复行业的标杆企业，在业内享有“管道检测与修复专家”的美誉。 公司总部设于华中腹地湖北武汉，与中国地质大学、华中科技大学、武汉大学等多家高校及科研机构保持紧密合作，在理论研究、设备研制、工程检测等领域，依托扎实的理论功底和大胆的创新精神，先后研发出一系列技术先进、适用性强、操作简便、稳定耐用的检测、养护及修复设备和软件产品。并在北京、上海、浙江、山东、安徽、江苏、广东、福建、广西等地设有分公司及分销机构，建立了完善的售后服务体系。 公司已完成管道潜望镜系列（QV）、管道CCTV机器人系列、管道声纳检测系统系列、推杆式管道内窥镜系列、钻孔电视成像仪系列、管道电法测漏仪系列、管道养护系列、非开挖管道修复系列等具有自主知识产权的管网检测、养护及修复产品的研制，在物探、城建、市政、国防、水利水电等各个基础建设领域得到广泛应用。 目前公司在管网修复技术及材料领域，自主研发的国内首台非开挖修复装备已投入市场使用，填补了我国非开挖修复装备的产业化空白，可有效改善由排水管渠修复维护而造成的交通问题，保障城市的安全高效运行，树立政府良好形象。 随着信息化建设理念的深入人心，公司在智慧管网、地理信息系统领域与北京清华规划院、中地数码形成战略合作联盟，相继开发了一系列数据管理系统，如检测数据服务系统，
1、需求分析： 根据本次的总体系统规划需求，充分考虑**地区“智慧城管”整体规划的特点，设备将提供的功能模块涵盖排水管道地理空间位置信息采集、排水管道属性信息采集、排水管道内部检测视频、声纳数据采集。 利用雷达检测排水管道地理空间信息以及排水管道属性信息；利用管道机器人采集管道内部视频；利用全景镜头采集管道2D图像，可进行量化分析管道各种缺陷尺寸；利用管道声纳检测系统，用于检测在管道水量达到一半以上时的管道内部状况检测，检测管道的变形、破碎、淤泥含量，利用软件技术，还原管道三维声纳图，直观展示管道淤积、变形、破碎等特种状况。 2、设备设计方案 2.1设备信息表 2.2设备详细资料方案介绍 2.2.1载车 车辆改装总则：
车身表面为工程黄涂装，并安装有作业警示灯，整车结构及外形不进行大的改动。主要将车厢分为二大部分三个区域，即操作区（设备安装室）、监控区（设备操控室）、驾驶区（驾驶室），其中监控区和驾驶区为一个部份并配置空调，操作区为独立部份，拆除了部份空调风道。如下图所示： 2.2.1.1操作区 1、车厢改装（如上图所示） 车厢通过中间隔板分为二个部份，三个区域。中间隔板的中间开有过道门(用户可选)以便操作人员进入操作区，并开有观察窗及电源控制盒。 中间隔板在顶上隔断二侧空调通风道进入操作区并利用监控区二侧空调通风道中间的空间加设顶隔窗以便工作人员放置办公或私人用品。 为了更好利用空间，将操作区地板将通过钢架结构抬高至车轮挡泥板齐平。并设置三个底隔窗以便放置2米的伸缩梯、长杆等辅助操作工具。 操作区地板采用3mm铁板加铺防绣铝板。
2、工作台、旋转吊臂及电动钢丝绳绞盘（如下图所示） 工具箱安装在操作区的右前侧，主要用来放置一些维修工具备件。 旋转吊臂安装在操作区的左后侧，车底安装加强骨和埋铁，保证其刚底工强度。收藏时旋转吊臂向后门靠近并固定，工作状态时转向后车门，吊臂梁可自由伸缩，吊臂的转动半径内不得有干涉物。 电动钢丝绳绞盘配置左右各一个（用户可选择）。 3、可移动部件的放置或固定（如下图所示）
声纳技术 1、举例说明声纳能够完成的主要功能（至少4种）。 2、举例说明声纳系统的战术指标（至少3种）。 3、声纳设备按装备对象可分为哪几类（至少3种）。 4、声功率为1W时其声源级为多少？ 5、从信号波形上看，CW脉冲信号有什么特点？ 6、从信号波形上看，LFM脉冲信号有什么特点？ 7、信号的时间分辨力和频率分辨力分别取决于信号的哪些参数。 8、简述最大值测向方法的基本原理。 9、相位法测向时，若信号频率提高，测向的精度如何变化，基元间隔减小，又如何变化。 10、说明发射采用波束形成的意义。 11、基阵的方位分辨力取决于哪些参数。 12、说明基阵幅度加权的目的。 13、主动声纳探测15km目标时的回波时间约为多少？ 14、说明接收系统中采用波束形成的意义。 15、回波时间为10秒的主动声纳估计目标的距离大致为多少。 16、连续信号能否进行目标距离的测量？举例说明。 17、写出目标与声纳相对运动速度为v时，频率为f0的发射信号的接收频率为何？ 18、说明声纳设备采用收发转换开关的作用。 19、声纳接收机有哪些技术指标（至少3个）。 20、接收信号为10uv到100mv的动态范围用dB 表示为多少？ 21、检测概率为95％的漏报概率为多少？ 22、当接收机门限提高时，检测概率提高，虚警概率下降的说法是否正确？ 23、什么是多普勒不变信号？ 24、接收机的工作特性描述了哪几个参数之间的关系？ 25、什么是接收机的动态范围压缩？ 26、写出N元等间距线阵的第1栅瓣满足的关系式。 27、什么情况下说两个波束是独立的？ 28、N元等间距线阵插入相移β时最大值指向的方 向为什么。 29、比较单波束系统与多波束系统的优缺点。 30、什么是基阵的自然指向性？ 一、声纳技术答案： 1、答：探测、定位、跟踪、识别、通信、导航、制导、对抗等 2、答；作用距离、分辨率、盲区、搜索扇面、搜索速度、工作环境等 3、答：水面舰、潜艇、岸基、浮标、吊放 4、答：171dB 5、答：时间分辨力和频率分辨力不可兼得。 6、答：时间分辨力和频率分辨力可单独调整。 7、答：带宽和脉宽。 8、答：利用有指向性的换能器最大值的指向作为目标方向的方法。 9、答：提高、降低 10、答：能量更集中，距离更远。 11、答：波长（或频率）与阵长。 12、答：改善方向性，如主瓣宽度及旁瓣级。 13、答：20秒。 14、答：测向、抗噪声、分辨多目标。 15、答：7.5km。 16、答：能，如连续LFM信号等。 17、答：f0+2v/c*f0 18、答：防止烧毁及防止信号阻塞。 19、答：放大倍数、通频带、等效输入噪声、一致性、抗干扰能力、功耗等。 20、答：80dB。 21、答：5％。 22、答：不对。 23、答：对运动目标进行检测时检测性能不下降的信号波形。 24、答：信噪比、门限、检测概率、虚警概率。 25、答：为使大动态范围的水声接收信号适应有限动态范围后级处理设备而采取的技术措施。 26、答：sin d θλ = 27、答：两个波束互不包含各自最大值指向的目标方位信息时。 28、答：1 sin() 2d βλ θ π - = 29、答：单波束，简单，但扫描速度慢，无法分辨多目标；而多波束正相反。 30、答：基阵各基元不经处理直接相加后形成的对不同方位目标的输出即基阵的自然指向性。
广州迪升探测工程技术有限公司 一、排水管道检测 随着城市建设和生产的发展，越来越多的管理者开始重视、加强地下管网等基本设施的管理；但常年埋设于地下排水管道，在类别众多的地下管线中往往被忽视；在已经开展过城市地下管线普查的城市中，排水管网虽然属于调查、探测范围，其主要以管线的平面位置、埋深、管径、材质为主要探测、调查内容，这些工作的开展在某种程度上可满足城市规划、市政建设的需求；但由于行业管理、部门管理所要求的侧重面存在相当的差异，单纯的沿用上述的方法，已远远不能满足市政排水系统深化管理的要求。 由于排水管网埋设于地下，属于地下隐蔽工程，因历史原因及方法技术的限制，使得排水管道的运行状况检测一直处于滞后和较为被动的局面，而且并未被引起足够的重视。排水管网的重要性，往往只能在其部分或完全丧失输水能力，甚至造成污水四溢，对正常的生产或生活产生不利影响时，才被引起注意，而工作的目的也仅仅是对管道进行应急性疏通。 根据目前掌握了解的情况，在我国城市排水管网中运行中普遍存在着建设和运行管理脱节的普遍现象，需引起足够的重视。 1、目前城市排水管网运行中存在的问题 1.1、城市内涝，给市民生活带来不便 随着城市建设规模和城市周边区域城市化进程的不断加快，排水管网在现代化城市中的作用举足轻重，排水管网的运营状况关系到城市运行功能是否正常。 2004年7月间的一场大雨就让北京市的交通几乎瘫痪；给城市的正常运行和市民的工作、生活产生了巨大的影响。 2007年7月，济南的暴雨更使得“泉城”变成“水城”，并造成了人员的伤亡。 在我国国内的各个城市，每逢雨季，“水浸街”的问题屡见不鲜。
究其原因：随着城市化进程和路面普及率的提高，城区内大地的保水、滞洪能力大大下降，雨水的径流量增加很快，部分地段原有的管渠设计流量已难以承受短时间强降雨产生的地面径流。 另一方面，排水管网输送的污水中均含有一定的固体、半固体杂质；布设排水管网时，按设计的坡度和排放量一般可以保持管道的自净流速，但因局部管段的缺陷（如阻塞、破碎、沉降或施工遗留问题），直接影响了排水管道的过水能力，导致管道内水流速度减慢，从而产生管道淤积，降低了管道的输水能力，造成排水不畅甚至管道堵塞。 1.2路面塌陷 排水管网埋设于地下，会因为施工质量、运行年代、酸碱腐蚀、基础沉降错位等原因，使管道产生破损而造成的污水泄漏。 在部分管内流量大、流速高的地段，破损的管道带走大量泥土造成路面的塌陷， 北京市降雨后立交桥的交通状况 广州市降雨后立交桥的交通状况 城区道路积水状况1 城区道路积水状况2
声纳技术及其应用与发展 王云罡（04011115） （东南大学信息科学与工程学院南京 211189） 摘要：声纳技术是声学检测新技术在水下介质中的具体应用。文章简要阐述了声纳技术的原理及其发展历史，介绍了声纳技术的主要应用及其最新进展。 关键词：声纳技术原理应用发展 APPLICATION AND DEVELOPMENT OF SONAR TECHNOLOGY Wang Yungang (04011115) (Department of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing，211189) Abstract : Sonar technology is the specific application of acoustic detection techniques in underwater media. Its principle and development as well as its main applications and progress are reviewed. Key words:sonar technique principle applications development
声波是人类迄今为止已知可以在海水中远程传播的能量形式.，声纳( sonar)一词是第一次世纪大战期间产生的, 它是由声音( sound)、导航( navigation)和测距( ranging ) 3个英文单词的字头构成的.。声纳设备利用水下声波判断海洋中物体的存在、位置及类型，同时也用于水下信息的传输。 [1] 近年来，随着科学技术的高速发展，人类对覆盖地球总面积70 %的海洋的认识逐渐深化，海洋因其经济上的巨大潜力和战略上的重要地位越来越被人们所重视.。美国加州海洋研究中心的罗伯逊博士说：“海洋的开发对人类带来的利益要比那些耗资庞大的太空计划实惠得多。”1998 年曾被定为“国际海洋年”，有人说，21 世纪是海洋的世纪。 众所周知，电磁波是空气中传播信息最重要的载体，例如，通信、广播、电视、雷达等都是利用电磁波.。但是在水下，它几乎没有用武之地。这是因为海水是一种导电介质，向海洋空间辐射的电磁波会被海水介质本身所屏蔽，它的绝大部分能量很快地以涡流形式损耗掉了，因而电磁波在海水中的传播受到严重限制。至于光波，本质上属于更高频率的电磁波，被海水吸收损失的能量更为严重，因此，它们在海水中都不能有效地传递信息。实验证实，在人们所熟知的各种辐射信号中，以声波在海水中的传播性能为最佳。正因为如此，人们利用声波在水下可以相对容易地传播及其在不同介质中传播的性质不同，研制出了多种水下测量仪器、侦察工具和武器装备，即各种“声纳”设备.。声纳技术不仅在水下军事通信、导航和反潜作战中享有非常重要的地位，而且在和平时期已经成为人类认识、开发和利用海洋的重要手段。本文将简单介绍声纳技术的原理、应用及其发展。 一、定义及其发展史 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，SONAR是Sound Navigationand Ranging（声音导航测距）的缩写。 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[2]。 二、工作原理 声波在水中传播的优点： 1.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。 三、结构与分类 1.结构 （1）基阵：水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。（2）电子机柜：发射、接收、显示和控制等分系统。 （3）辅助设备：包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声纳基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳等装置，以及声纳导流罩等。 2.分类 可按其工作方式，装备对象，战术用途、基阵
第3页 共4页 第4页 共 4页 2006年声纳技术考试试题B （答案） 一、 1、自身发出的声波、目标的回波；距离、方位、深度 （5分） 2、低频、大功率、大尺寸基阵、信号处理技术 （4分） 3、主动式声纳、被动式声纳 （2分） 4、海面混响、海底混响、体积混响 （3分） 5、静止不发声 （1分） 6、声源级、接收机的检测阈、信号的各项参数（如工作频率，脉冲宽度，信号形式等）、接 收机动态范围、基阵大小、基阵灵明度等（任意3个） （3分） 7、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） 8、时间函数、频谱函数、模糊函数 （3分） 9、0T T (), t [-,]22 f t f kt =+∈ （1分） 10、多卜勒频移、正、负 （3分） 11、关于原点对称、体积不变性、在原点取得最大值()0,0χ、(),χτξ与信号频谱的关系 为 ()()()2,j f S f S f e df πτχτξξ∞ *--∞ = -? （任意3个） （3分） 12、带宽（频带宽度）、时宽（脉冲宽度） （2分） 13、0T T exp[2] , t [-,]22A j f t π∈、0T T (), t [-,]22 f t f =∈ （2分） 14、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） 15、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） 16、指向性 （1分） 17、方向性、最窄的主瓣、最低的旁瓣、主旁瓣高度比 （4分） 18、()sin sin sin sin N d R d N πθλθπθλ?? ???= ?? ? ?? （1分） 19、指定主旁瓣比下的等旁瓣级 （1分） 20、T R c s min = ?2θΘ （1分） 21、()()()sin 21sin 2N R N ?βθ?β?? - ???= ??- ? ?? （1分） 22、4、5 （2分） 23、t R c = 2 （1分） 24、测时误差、声速误差 （2分） 25、 02cos x v f c α （1分） 26、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（任意2个）（2分） 二、论述题 答：单个阵元指向性sin( sin )()sin L D L πθλθπθλ = ， （5分） 宽度：1 2sin ()60L λ -= （2分） 相位测量表示为2sin D πφθλ = ， （2分） 2cos D πφθθλ ?= ?， （2分） 1000.3982cos 288D D φλφλφθθπθπππ ????===== （4分） 三、计算题 答：可以看作是长为λ的多元复合阵，其指向性可写作 ()()s i n s i n ()s i n s i n ()s i n s i n ()s i n 2.5s i n (()sin() 2.5sin() sin() sin() L d N N D L d N N ππθθπθπθλλθπππθπθθθλ λ ?? ?? ? ?????= ?= ? （5分） 其栅瓣位置满足：2 sin(), 02.55 k k k k d λ λ θλ=== ≠ （2分） 在9090θ-≤≤ 范围内，2,1,1,2k =--，相应的53.1, 23.6, 23.6, 53.1θ=-- 。 （4分） 相对幅度取决于指向性函数，代入上式可得()0.5878, 0.9511, 0.9511, 0.5878D θ=， 用dB 表示() 4.62, -0.44, -0.44, -4.62dB D θ=- （4分） 四、计算题 答： 因为多普勒频率可表示为：
《声纳原理》课程教学大纲 一、课程基本信息 1、课程代码：0330190 2、课程名称（中文）：声纳原理课程名称（英文）：Principles of Sonar 3、学时/学分：48/6 4、先修课程：水声学原理与换能器基阵，0330140 5、面向对象：信息对抗技术专业 6、开课院（系）：航海学院声学与信息工程系 7、教材、教学参考书： 教材： 《声呐技术》，田坦、刘国枝、孙大军编，哈尔滨工程大学出版社，2000年教学参考书： 《数字式声纳设计原理》，李启虎，安徽教育出版社，2002年 Underwater Acoustic System Analysis, Williams S. Burdic, Prentice Hall, 1991 二、课程性质和任务 航海学院信息对抗技术专业主要为国防水声行业培养人才，故本课程是该专业的专业必修课程。通过本课程的学习，期望学生掌握声纳的基本工作原理，主要是声纳的波束形成方法、测向方法、测距方法和测速方法。在掌握这些方法之后，学生需要通过参与课堂演示实验深入理解这些方法的实际运用。最后，结合主讲教师的科研经历，向学生介绍当前国内外最先进的声纳系统的基本系统结构以及工作原理，从而为学生将来从事水声科研工作奠定基础。 三、教学内容和基本要求 声纳原理的教学内容分为八部分，具体内容和相应的基本要求如下（括号中标识数字为该部分的计划学时）：
第一章绪论(4) 1．声纳的发展简史和现状 2．声纳系统的分类 3．声纳系统的战术指标和技术指标 4．声纳方程 要求：了解声纳的发展简史和现状，掌握声纳系统的分类方法和主要战术指标、技术指标，熟练掌握声纳方程及其内涵。本部分将采用中英文对照授课。 第二章声纳系统定向方法(4) 1．声纳系统定向的基本原理 2．最大值测向 3．相位法测向 4．振幅差值测向法 5．相关法测向 6．互谱法精确测向 要求：理解声纳系统定向的基本原理；熟练掌握最大值测向方法、相位法测向；了解振幅差值测向法、相关测向法；掌握互谱法精确测向。 第三章声纳的波束形成技术(8) 1．声纳波束形成的一般原理 2．直线多波束阵的有关问题 3．直线阵相移波束形成器 4．直线阵时延波束形成器 5．圆阵波束形成 6．频域波束形成 7．接收方向性指数
XXX污水管道声纳检测评估试点工程报告书 目录 1. 项目信息 (2) 2. 检测工程概况 (2) 3. 检测设备简介 (2) 4. 作业流程示意图 (3) 5 总体评估与建议 (4) 5．1 管道评估与建议依据 (4) 5．2 声纳检测管道淤积断面图 (4) 5. 3 修复与养护建议 (4) 5. 4 结论 (5) 6．管道检测情况详表 (5) 7．管道声纳检测图片汇总 (6)
1. 项目信息 2. 检测工程概况 按照委托单位的要求，我公司于月开始，对项目范围内的排水管道进行了检测，本次检测使用设备为1512USB声纳检测系统。现场操作人，外业工作于结束。 3. 检测设备简介 本次检测使用的设备是英国1512USB声纳检测系统。该设备在同类设备中属高端产品。声纳检测主要应用于管道的破损、变形、淤积等缺陷的检测。声纳头通过发射声纳波，反射到管壁后成像，形成一个管道内的声纳扫描图，可以判断管道内的积泥、破损等情况。
（英国1512USB声纳检测系统）4. 作业流程示意图
5 总体评估与建议 5．1 管道评估与建议依据 本次检测的评估报告采用的是《上海市公共排水管道电视和声纳检测评估技术规程》标准。 5．2 声纳检测管道淤积断面图 5. 3 修复与养护建议 管道修复建议
管道养护建议 5. 4 结论 根据声纳检测结果，管道功能性状况具体如下： 养护建议： 经过对该段污水管道进行声纳检测，发现管道淤积现象比较严重，最大淤积部分已经达到管径的1/3(40cm)，全线淤积深度在30cm左右，严重影响管道正常使用；建议立即对管道进行除泥、疏通，以保证管道功能完好畅通 6．管道检测情况详表 表7.1 CCTV检测管道评估统计表
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b45530002.html, 侧扫声呐技术及其在海洋测绘中的应用探讨作者：徐乐王艺聪 来源：《中小企业管理与科技·中旬刊》2017年第12期 【摘要】随着科学技术的不断发展，海洋测绘领域掀起了新的技术应用热潮，高分辨率 测深侧扫声纳技术便是其中一种，其不仅成本低、易操作，且安装方便。因此，被广泛应用于海洋测绘事业。为了对侧扫声呐技术及其在海洋测绘中的应用进行研究，论文通过概述侧扫声呐与海洋测绘的概念与特点，分析了侧扫声呐的工作原理、主要误差源以及侧扫声呐的数据处理与参数校准。 【Abstract】With the continuous development of science and technology， the field of marine surveying and mapping has set off a new wave of technological applications. One of them is high resolution bathymetric side-scan sonar technology， it is not only low cost， easy to operate， but also easy to install. Therefore， it is widely used in marine surveying and mapping. In order to study the side-scan sonar technology and its application in oceanographic mapping. By summarizing the concept and characteristics of side-scan sonar and ocean surveying and mapping， the working principle， main error sources， data processing and parameter calibration of side-scan sonar are analyzed in this paper. 【关键词】侧扫声呐技术；海洋测绘；参数校准 【Keywords】side-scan sonar technology； marine surveying and mapping； parameter calibration 【中图分类号】TB2 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2017）12-0150-02 1 引言 随着科学技术发展与工业化建设的不断加快，很多具有自主知识产权的海洋测绘设备应运而生，且现阶段的海洋测绘设备已经基本实现了自动化。侧扫声呐技术作为一种新型海洋测绘技术，也是现代化海洋测绘技术的典型代表。基于此，论文对侧扫声呐技术及在海洋测绘中的应用进行探讨。 2 概念阐述 2.1 侧扫声呐的概念与优点 侧扫声呐又称海底地貌仪，其本质即借助回声测深原理，对海底的地貌以及水下物体设备进行探测，其工作频率一般处在几十千赫与几百千赫之间，而其测绘仪器的有效作用范围在300米至600米之间。侧扫声呐在进行近程探测的过程中，仪器具有较高的分辨率。而用于深
第2页 共 2页 以度为单位的表达式）？ 19、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；若有一目标与收 发合置换能器的距离为R ，则换能器发射声脉冲经目标反射后的往返传播时间为多少？ 20、脉冲法测距时，使用信号（不可压缩信号）脉宽为τ，若同一方位向两个目标的回波到 达时间分别为1t 和2t ，请问能够分辨这两个目标的条件是什么？ 二、证明题（10分） 若信号()s t 的模糊函数为()χτξ,，试从模糊函数的定义出发证明信号()()s t s t kt 12 =e j π的模糊函数为()()χτξχττξ1,,=+k 。 三、计算题（共30分） 1. 给定6元线阵，阵元间距为半波长，每个阵元无指向性发射声功率为1000瓦，各阵元幅度加权系数为0.3，0.69，1，1，0.69，0.3；假设加权归一化后-3dB 处主波束展宽为未加权时的1.3倍，求加权后的声轴上总的声源级（以dB 为单位）。（5分） 2. 一等间距线阵的各阵元灵敏度为1，2，2，2，1；求其归一化指向性函数。（5分） 3.一个间距为2.5λ的N 元线阵，各阵元本身长度为λ；（1）求出所有副极大（栅瓣）的位 置（度数）；（2）计算副极大与主极大的相对幅度。（10分） 4.利用一个单波束声纳测本舰航速，波束俯角为60α= 。设发射信号频率为 500T f =kHz ，水中声速为1500/c m s =。现测得多普勒频率166.7d f Hz =，求船的水 平速度。若有纵倾角3α?= ，再不修正的情况下，带来多大的误差？（10分）
第4页 共 4页 长CW 短CW 脉冲 LFM CW 信号时延分辨力为0.6T （或与脉宽成正比），多普勒分辨力为0.88/T （或与脉宽成反比）。 LFM 信号时延分辨力为0.88/B （或与带宽成反比），多普勒分辨力为0.88/T （或与脉宽成反比）。 14、()()()sin sin sin /2sin /2sin sin N d N E d N N πθ?λθπ?θλ?? ? ??== ?? ? ?? 15、T R c s min = ? 2θΘ 16、在sin θ轴上，由原位置移动2d βλ π 17、4、5 18、112sin 4-?? ??? =28.9550度 19、t R c = 2 20、21t t τ-≥ 二、证明题 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）
声纳图像水下管线检测与跟踪技术研究 几十年以来,为更充分的利用海洋资源,人类在海底铺设了大量的能源输送管道和信息通信线缆。海底管线的正常工作,是海上油气与跨国通信的重要保障。 由于海底施工、自然腐蚀和其他种种原因,海底管线易破损甚至断裂,造成经济和环境上的重大损失。因此,需要水下机器人对海底管线进行定期跟踪检查。 利用侧扫声纳采集海底信息,通过图像处理算法检测出管线的位置和走向,并引导水下机器人对管线跟踪是本文的主要研究内容,具体如下:(1)研究侧扫声纳图像管线检测系统与图像预处理。首先,介绍管线检测与跟踪系统结构;其次,分析侧扫声纳成像原理与影响声纳图像质量的因素;然后,介绍水下管线系统模型;最后,研究均值滤波、中值滤波、高斯滤波去除声纳图像噪声的方法。 实验结果表明,高斯滤波对声纳图像滤波的效果最佳。(2)研究二维平均恒虚警率的管线检测方法。 首先,介绍在高斯噪声条件下的二维平均恒虚警率算法,在计算参考单元平均值时,需要反复提取像素灰度值,从而耗费大量的计算时间,本文研究采用积分矩阵加速计算;其次,采取形态学方法平滑管线边缘,并根据二值图连通区域离心率指标去除虚警;最后,通过Hough变换检测管线边缘,拟合得出管线的位置与走向。实验结果表明,该方法能有效检测出声纳图像中的管线目标。 (3)提出矩形和十字形检测结构的二维平均恒虚警率算法。首先,根据管线的形状特征,研究矩形检测结构。 相对于正方形检测结构,矩形检测结构在检测管线目标时具有较低的阈值,从而有效提取图像中的管线。十字形检测结构在矩形检测结构基础上,利用左右方向与上下方向参考单元灰度平均值之比,改善声纳图像野值点造成的管线像素