水声技术

走进海洋之三海一核——水声技术专题任课教师：殷敬伟副教授2011年1．引言未来海洋世界的探索与开发，离不开水声技术。

水声技术是当前海洋探测与发展的主流，本文首先简述传统的3 种水声技术的定义，分类，特点，并说明当前的发展情况，介绍当前水声技术出现的一些新的进展，最后对水声定位技术未来可能出现的发展趋势做出预测。

2.各项水声技术简介与应用展望1海洋机器人1）定义海洋机器人，又称水下机器人，分为有人机器人和无人机器人两大类：有人潜水器机动灵活，便于处理复杂的问题，担任的生命可能会有危险，而且价格昂贵。

无人潜水器就是人们所说的水下机器人，通常被称为“无人潜航器”UUV，用于探雷扫雷，也可用于侦察、情报搜集及海洋探测方面。

它适于长时间、大范围的考察任务。

2）分类按照无人潜水器与水面支持设备（母船或平台）间联系方式的不同，海洋机器人可以分为两大类：一种是有缆水下机器人，习惯上把它称做遥控潜水器，简称ROV；另一种是无缆水下机器人，通常被称为“无人潜航器”UUV，习惯上把它称做自治潜水器，简称AUV。

有缆水下机器人都是遥控式的，按其运动方式分为拖曳式、（海底）移动式和浮游（自航）式三种。

无缆水下机器人只能是自治式的。

无人潜航器UUV要比遥控潜水器ROV复杂得多，它需要高能量密度的电源，复杂的控制系统，它要求能精确地自主导航，并能将探测到的数据储存起来格式化后传送给舰队。

被称为“无人潜航器”的海洋机器人是现代信息化海战中的重要武器，它数量正呈几何级数增长，并已悄无声息地走向世界海洋的每一个角落。

在美国耗资2300亿美元的“未来作战系统”计划中，就包括海洋机器人。

3）特点(1)无人化。

例如美海军“布法罗”号核潜艇所发射的无人水下潜航器，能够测量不同水深处的盐度和温度，还可以根据所得的盐度和温度数据计算出不同水深处的声音传播速度，为充分发挥声呐性能和提高潜艇指挥员的战术决策水平提供帮助。

同时，还能实现信息收集、获取、互通与共享，当之无愧地成为美海军海底战场触入“网络中心战”的至关重要的环节。

水声成像技术及其发展趋势水声成像技术，这玩意儿听起来是不是特别高大上？嘿，其实它和咱们的生活还真有着千丝万缕的联系呢！先来说说啥是水声成像技术吧。

想象一下，你在一个黑漆漆的深海里，啥都看不见，这时候如果有一种技术能像眼睛一样让你看清周围的环境，那该多牛！水声成像技术就是这样的“眼睛”。

它利用声波在水中传播的特性，把接收到的声波信号转换成图像，让我们能了解水下的情况。

我记得有一次，我去参观一个海洋科研所，有幸亲眼看到了水声成像技术的实际应用。

当时，科研人员正在对一片海域进行探测。

屏幕上显示出的图像一开始模糊不清，就像那种老电视信号不好的时候。

但随着技术的不断调整和优化，图像越来越清晰，我居然能看到海底的礁石、游动的鱼群，甚至是隐藏在沙子里的小贝壳！那种感觉，就像是我自己也置身于海底世界，能真切地感受到每一个细节。

水声成像技术的应用那可太广泛了。

在海洋探索方面，它能帮助科学家们更好地了解海底地形、地质结构，发现新的物种和生态系统。

比如说，以前我们对深海的了解就像隔着一层厚厚的雾，而现在有了水声成像技术，这层雾就被慢慢吹散了。

在军事领域，它也是一把利器。

可以用来探测敌方的潜艇、水雷等，保障国家的安全。

这就好比在黑暗中，我们有了一双敏锐的眼睛，能提前发现潜在的威胁。

还有在水下工程方面，比如修建海底隧道、铺设海底电缆，水声成像技术能够让施工人员清楚地知道水下的情况，避免出现意外。

那水声成像技术未来会怎么发展呢？我觉得啊，它肯定会越来越厉害！首先，图像的分辨率会越来越高，说不定以后我们能看清海底微生物的一举一动。

其次，探测的范围也会更广，更深的海底秘密也将被揭开。

而且，它可能会和其他技术结合，比如人工智能，让图像的分析和处理更加智能和高效。

随着科技的不断进步，水声成像技术就像一个不断成长的孩子，会给我们带来越来越多的惊喜。

说不定有一天，我们通过手机就能实时看到深海的奇妙景象，那该有多棒！总之，水声成像技术的发展前景一片光明，它将继续为我们探索海洋的奥秘、保障国家安全、推动工程建设发挥重要作用。

（以下内容来自老师给的ppt ） 第1章-声纳及声纳方程1、声源级SL 描述主动声纳所发射声信号的强弱： I 是发射器声轴方向上离声源中心1m 处的声强2、发射指向性指数DITNDD T I I DI lg10=理解:3、传播损失TL 定量描述声波传播一定距离后声强度的衰减变化：rI I TL 1lg10=4、目标强度TS 定量描述目标反射本领的大小 ：5、海洋环境噪声级NL 是度量环境噪声强弱的量 ：注意：I N 是测量带宽内或1Hz 频带内的噪声强度。

6、等效平面波混响级RL 定量描述混响干扰的强弱。

7、接收指向性指数DI R 接收系统抑制背景噪声的能力。

声功率指向性水听器产生的噪噪声功率无指向性水听器产生的lg10=R DI8、检测阈DT 设备刚好能正常工作所需的处理器输入端的信噪比值(SNR)。

噪声功率信号功率lg10=DT9、主动声纳方程（噪声背景）：（SL -2TL+TS ）-（NL -DI ）＝DT主动声纳方程（混响背景）：（SL -2TL+TS ）-RL ＝DT被动声纳方程1lg10==r I ISL ()214m W P Ia r π==77.170lg 10+=a P SL Ta DI P SL ++=77.170lg 101lg10==r irI I TS 0lg10I I RL =（SL -TL ）-（NL -DI ）＝DT10、回声信号级：SL -2TL+TS 加到主动声纳接收换能器上的回声信号的声级噪声掩蔽级：NL -DI+DT 工作在噪声干扰中的声纳设备正常工作所需的最低信号级 混响掩蔽级：RL+DT 工作在混响干扰中的声纳设备正常工作所需的最低信号级 回声余量：SL -2TL+TS -（NL -DI+DT ）主动声纳回声级超过噪声掩蔽级的数量 优质因数：SL -（NL -DI+DT ）对于被动声纳，该量规定最大允许单程传播损失；对于主动声纳，当TS=0时，该量规定了最大允许双程传播损失品质因数：SL -（NL -DI ）声纳接收换能器测得的声源级与噪声级之差思考题：1．什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 2．主被、动声纳的信息流程有何不同？ 3．发射指向性指数物理含义是什么？4．请写出主动声呐方程和被动声呐方程？在声呐方程中各项参数的物理意义是什么？ 5．环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？ 6．已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB ，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。

水声专业就业方向及前景近年来，随着科技的不断发展和人们对海洋资源的重视，水声专业的就业方向变得越来越广泛且前景看好。

水声专业涉及声波在水中的传播、水下声纳技术、水下通讯等领域，具有广泛的应用前景。

本文将分析水声专业的就业方向及前景。

1. 水声专业就业方向1.1 海洋勘测与调查水声技术在海洋勘测与调查中起着至关重要的作用。

水声专业的毕业生可以从事海洋地质、地球物理勘探、海洋资源调查等工作，为海洋资源的开发与利用提供技术支持。

1.2 水声传感器研发随着水声技术的不断创新，水声传感器在海洋观测、水下探测等方面有着广泛的应用。

水声专业的毕业生可以从事水声传感器的研发与制造工作，为水下作业、科研等提供技术支持。

1.3 水声通信系统设计水声通信系统在海洋工程、水下机器人等领域有着重要的应用价值。

水声专业的毕业生可以从事水声通信系统的设计与优化工作，提高水下通讯的效率和稳定性。

2. 水声专业就业前景2.1 人才需求持续增长随着海洋资源的开发利用需求增加，对水声专业人才的需求也在不断增加。

水声专业毕业生可以在海洋工程、海洋资源勘测等领域找到广阔的就业空间。

2.2 技术创新带动发展水声技术作为一项重要的海洋技术，其不断创新将推动整个水声行业的发展。

水声专业毕业生在技术创新、产品设计等方面具有独特优势，有望在行业内获得更好的职业发展。

2.3 国家政策扶持我国海洋强国战略的实施，将进一步推动水声技术的发展与应用。

国家相关政策对水声专业的支持力度逐渐增加，为水声专业毕业生提供更多的发展机会。

总的来说，水声专业的就业方向广泛且前景看好。

随着我国海洋事业的蓬勃发展，水声技术将在海洋资源勘测、海洋工程等领域发挥越来越重要的作用。

未来，选择水声专业的学生将在这个充满挑战与机遇的领域中有着广阔的发展空间。

水声信号处理与识别技术是一种在水下环境中收集、分析和利用水声信号的技术。

它可以应用于各种领域，如声纳、水下通信、海洋勘探等。

随着现代水声技术的不断发展，也受到了越来越多的关注和应用。

本文将介绍的相关概念、原理、方法及其在各领域的应用。

一、概念是一种利用水声信号进行信息采集、处理和识别的技术。

它可以通过声纳设备、水下通信系统等在水下环境中采集和传输声音信号，同时利用信号处理技术，对这些声音信号进行降噪、滤波、分析和识别等操作，最终得到有效的信息。

二、原理的基本原理是通过声纳设备、水下通信系统等采集水声信号，将其转化为电信号，然后利用数字信号处理技术对其进行处理和分析。

具体来说，一般包括以下步骤：1、水声信号采集：将水中的声音信号转化为电信号，采集到计算机或其他处理设备中。

2、信号预处理：对采集到的信号进行预处理，包括降噪、滤波、放大等操作，以提高信号质量和清晰度。

3、信号分析：对预处理后的信号进行频谱分析、时域分析等操作，得到信号的各种特征参数。

4、信号识别：将分析得到的特征参数与已知模式进行匹配或分类，以确定信号的来源或内容。

5、信息提取：将识别后的信号转化为可用的信息，以供后续的应用。

三、方法的具体方法包括滤波、频谱分析、时域分析、波形分析、自适应算法等。

1、滤波：利用滤波器对信号进行预处理，去除杂波和噪声，提高信号的清晰度和可分辨性。

2、频谱分析：根据傅里叶变换原理，将时域信号转换为频域信号，分析信号在不同频率上的特征，以提取信号的频谱特征。

3、时域分析：对信号在时间轴上的变化进行分析，如自相关、互相关、功率谱等操作，以提取信号的时域特征。

4、波形分析：利用波形特征对信号进行分类和识别，如短时波形分析、峰值检测、滑动窗口分析等方法。

5、自适应算法：根据信号的统计特征和模型，自适应地调整算法的参数，以提高算法的适应性和准确性。

四、应用可以应用于各种领域，如声纳探测、水下通信、海洋勘探、水下定位、水下机器人等。

水声信号处理技术的研究与应用第一章研究背景水声信号是指在水下传递的声波信号，它是水下通信和探测的重要手段之一。

水声信号处理技术是指对水声信号进行处理、分析、提取信息并实现数据传输的技术。

由于水下环境的复杂性，水声信号往往受到水体传播、多径效应、噪声干扰、衰减等因素的影响，信号处理的效果往往十分有限。

因此，如何实现高效、准确的水声信号处理一直是水声工程学界和军事界广泛关注的问题。

第二章分类2.1 传输类信号处理技术传输类信号处理技术主要是用来解决水下通信中的问题。

包括水声调制技术、信道编码技术、信道均衡技术等。

水声调制技术是指将信息信号进行调制以适应水下传输，常用的调制方式包括频率移键 (FSK)、相位键 (PSK)、增量调制 (ASK) 等。

信道编码技术可以提高信号传输的可靠性和容错能力，如海明码、卷积码等编码方式。

信道均衡技术则是对信号进行均衡以消除由多径效应引起的失真。

2.2 探测类信号处理技术探测类信号处理技术主要是用来解决水下探测中的问题。

包括水声成像、目标检测等。

水声成像是指通过水声信号对水下目标进行成像，实现对水下环境的探测和监测。

目标检测技术则是指从多个目标中识别出特定的目标，并提取其相关信息。

这些技术主要包括特征提取、目标分类等。

第三章应用3.1 军事应用水声信号处理技术在军事应用方面具有广泛的应用前景。

主要包括潜艇通信、反潜侦测和水雷侦测等领域。

其中潜艇通信是水声通信领域的重要应用方向，通过水声通信技术实现潜艇的联网和信息交互。

反潜侦测和水雷侦测则是通过水声信号实现对敌方潜艇和水雷的探测和定位。

3.2 水下物探应用水声信号处理技术在水下物探中也有着广泛的应用。

包括地质研究、海洋环境监测、海底油气勘探等领域。

其中海底油气勘探是水声信号处理技术应用的重点之一，通过对水下地质结构的探测和分析，实现对海底油气资源的勘探和开发。

第四章研究现状目前，国内外对水声信号处理技术的研究已经取得了许多进展。

水声工程专业详细解读水声工程专业简介水声工程专业研究方向基本涵盖了水声技术的全部研究领域，包括基础研究、应用技术研究、水声装备研制和系统集成技术研究等方面，本专业旨在培养具有坚实的数学物理基础和海洋声学专业知识，能从事水下声信息的产生、传播、接收和处理的理论和实验研究，具备参与声纳和一般电子信息系统设计能力的创新型专业人才;要求学生具有扎实的声振基础理论知识，掌握水声学科的特点和发展方向，具备从事水声工程应用基础研究的能力。

水声工程专业就业方向毕业就业去向主要是水声行业和海洋、航天、航空、电子等领域的科研院所、海军技术管理部门、国内外大型通信公司等。

毕业后可在水声工程及相关领域中从事海洋声场分析、水下噪声及减振降噪、水声信号处理、声呐及水声对抗系统与设计、水声换能器与基阵的研究、设计、开发、制造、运营和管理等工作，或在国防工业领域和国民经济各部门中从事开发、应用水声技术与设备等工作。

水声工程专业就业前景怎么样水声工程专业的一级学科是船舶与海洋工程，以国防领域为主要研究背景，涉及声学、水声学、信号处理、测试技术等多种学科的基础理论和技术。

人才众多，就业前景比较光明，就业面宽。

在未来迅速发展的声学领域中，具有较强的竞争能力和发展前景。

近几年来声学技术工程领域发展迅速，水生工程为其发展做出了不小的贡献。

水声工程专业以国防领域为主要研究背景,涉及多领域多学科的内容，培养出众多素养过硬的专业人才。

这些人才在船舶、兵器、核能、航空、航天、民航、交通运输、民用动力、环境工程等领域都有很好的发展。

目前，综合来讲水生工程专业毕业的硕士生就业前景十分广阔。

报考本专业的学生需要注意以下几点：1)本专业男生多于女生。

涉及到信息类的专业，多是数学工具在信息领域中的应用，因此对信息类、数学类有兴趣或专长的学生推荐报考。

2)目前水声工程专业对高素质人才的需求比较大，而且很多企业招聘大多招收水声工程硕士、博士学历的毕业生，如中国船舶重工集团公司、中国科学院声学研究所等单位。

水声工程知识点总结图水声工程是研究水下传感和通信系统的一门学科，涉及水声传感器、水声通信设备、水声定位系统等技术。

本文将从水声信号传播、水声传感器、水声通信、水声定位等方面进行知识点总结。

一、水声信号传播1. 水声信号传播特点：水下信号传播具有多径效应、多普勒效应等特点，使水声信号传播路径复杂、信号失真严重。

2. 水声信号传播模型：水下信号传播模型主要包括直达传播模型、多径传播模型和折射传播模型等。

3. 水声信号传播损耗：水下信号传播会受到吸收损耗、散射损耗和衰减损耗等影响。

了解水下信号传播损耗对水声工程设计和应用具有重要意义。

二、水声传感器1. 水声传感器类型：水声传感器主要包括水压传感器、声纳传感器、水温传感器等，用于感知水下环境参数。

2. 水声传感器设计：水声传感器的设计需要考虑尺寸、功耗、灵敏度等因素，以适应水下环境中的特殊要求。

3. 水声传感器应用：水声传感器广泛应用于海洋观测、海洋勘探、水下探测等领域，为水声工程提供重要数据支持。

三、水声通信1. 水声通信系统：水声通信系统包括水声发射器、水声接收器、信道编码、解码等组成，用于在水下进行信息传输。

2. 水声通信技术：水声通信技术主要包括频率调制、编码调制、多址接入、信道均衡等技术手段，以提高水声通信系统的可靠性和传输速率。

3. 水声通信应用：水声通信广泛应用于水下声纳、水声定位、水下通信网络等领域，为水下作业和控制提供有效手段。

四、水声定位1. 水声定位原理：水声定位主要利用声纳技术和信号处理算法，通过测量声波传播时延实现水下目标的定位。

2. 水声定位系统：水声定位系统一般由水声发射器、水声接收器、信号处理器等组成，提供水下目标的位置信息。

3. 水声定位精度：水声定位精度受到多径效应、背景噪声、频率衰减等影响，需要进行合理校准和算法优化，提高定位精度。

结语：水声工程是一门复杂而重要的学科，涉及到信号传播、传感器、通信和定位等多个方面。