声纳技术lecture 2(chapter1)

声纳的使用方法与注意事项声纳技术是一种利用声波传播和回声特性实现目标探测和测距的技术。

它在许多领域中得到广泛应用，包括海洋探测、水下导航、鱼群捕捞、水下避障等。

本文将介绍声纳的使用方法与注意事项。

首先，声纳的使用方法有多种。

其中最常见的是利用声纳进行海洋探测和测量。

声纳探测系统由发射器和接收器组成，通过发射声波并接收其回波来确定目标的位置和距离。

在海洋勘测中，可以利用声纳测量海底地形和水深，为海洋资源开发和海底管道布设提供数据支持。

在海底导航中，声纳可用于定位和导航潜艇、无人潜水器等。

此外，声纳还被广泛应用于鱼群捕捞和水下避障等领域。

然而，在使用声纳时也需要注意一些事项。

首先是频率选择。

声纳的频率会影响到其探测范围和分辨率。

一般来说，低频声纳的探测范围广但分辨率低，适合用于大范围的海洋探测；而高频声纳的探测范围窄但分辨率高，适合用于精细的目标探测。

因此，在选择声纳系统时需要根据具体应用需求来确定频率。

其次是信噪比的控制。

声纳系统中的信噪比是指目标回波信号与背景噪声信号之比。

信噪比较高，探测目标的准确性和灵敏性就越高。

而在海洋环境中，背景噪声往往较大，所以要控制好信噪比非常重要。

一种常用的方法是通过信号处理技术，如滤波和增益控制，来提高信号的清晰度和分辨率，减少背景噪声的干扰。

此外，还要注意声纳的工作距离和工作深度。

声纳在使用时需要确保其工作距离和工作深度在合理的范围内，以保证其正常工作和准确探测。

对于不同种类的声纳系统，其工作距离和工作深度有所不同，所以在实际应用中需要根据具体需求来选择合适的声纳系统。

同时，还需要注意声纳的安装位置和姿态调整，以最大程度地提高探测效果。

最后，要谨慎使用声纳，避免对生物环境的影响。

声纳在水下环境中的使用会产生声波扰动，对海洋生物产生一定影响。

一些声纳系统具有较高的声压级，可能会对海洋生物造成伤害。

因此，在使用声纳时，需要注意控制声波的输出功率和声压级，避免对生态环境产生负面影响。

声纳的工作原理
声纳是一种利用声波的反射和传播原理来探测和定位目标的技术。

它的工作原理可以简单概括为发射声波，接收被目标反射回来的声波，并通过计算声波的传播时间和强度等参数来确定目标的位置和性质。

在声纳中，声波是通过水或空气等介质传播的。

首先，声纳系统会发出一个脉冲状的声波信号，通常是超声波或低频声波。

这个信号会在水或空气中传播，并遇到目标后发生反射。

当声波遇到目标表面时，一部分能量会被目标吸收，一部分会被目标反射回来。

反射回来的声波会被声纳的接收器捕捉到，并转化为电信号。

接收器接收到反射信号后，会将信号放大并进行处理。

它会分析信号的强度、频率、相位等参数，来判断信号所代表的信息。

通过比较发射时刻与接收到信号的时刻，可以计算出声波的传播时间，从而测量目标与声纳的距离。

除了距离信息，声纳还可以根据接收到的信号的频率变化来推断目标的速度。

如果目标在接收到声波时正在运动，声波的频率将会发生多普勒效应的变化，从而给出目标的速度信息。

综上所述，声纳的工作原理是通过发射声波，接收目标反射回来的声波信号，并根据声波的传播时间、强度和频率等参数来获取目标的位置、距离和速度等信息。

这种声波的发射、传播和反射过程是声纳技术实现目标探测和定位的基础。

声纳技术的发展及其应用声纳技术：水下声波(简称“水声”,underwatersound)的应用构成了“声纳”这门工程科学,而以各种形式利用水声的系统叫做“声纳系统”或“声纳技术”.“声(sonar)这个名词是在第二次世界大战后期,仿照纳”(radar=radiodetectingand当时颇有魅力的“雷达”),利用了英语“soundnavigationandranging”“无线电探测和测距系统”(声波导航和测距)的首位字母缩写,后被人们广泛采用.声纳系统一般是由发射机、换能器(水听器)、接收机、显示器和控制器等几个部件组成.发射机用于产生需要的电信号,以便激励换能器将电信号转变为声信号向水中发射,水声信号若遇到潜艇、水雷和鱼群等目标会被反射,然后以声纳回波的形式返回到换能器(水听器),水听器接收后又将其转变为电信号.电信号经接收机放大和各种处理,再将处理结果反馈至控制器或显示系统.最后根据这些处理的信息可测出目标的位置,判断出目标的性质等,从而完成声纳的使命.这是常见的“主动声纳”工作原理.还有“被动声纳”和“主、被动综合声纳”.“被动声纳”是利用目标辐射的声波,因此声波在海水中只是单程传播,系统的核心部件是用来测听目标声波的水听器.而现代舰艇都采用“主、被动综合声纳”来进行水下通信、遥测和控制等,这种综合声纳系统在水下声学通信信道两端都有发射换能器和接收换能器.这些声纳的水上部分都是以电子计算机为中心的数据采集、处理、图像显示等设备,水下部分则是水声换能器(或基阵).声纳技术的诞生有两个基石:一是1827年瑞士物理学家DanielC.和CharlesS.合作,精确地测出了水下声速(由它人们才可以准确地计算出目标的距离);二是19世纪中叶发明了碳粒微音器(它是一种最早、最灵敏的水听器).1912年豪华巨轮“泰坦尼克”号与冰山相撞,以及1914年第一次世界大战的爆发,极大地促进了民用和军用声纳的研制和发展.第一部反潜声纳的问世是在第一次世界大战中,但当时由于理论和技术上的不完善,这种水声回声定位系统的性能很不可靠,因而在对付德国U型潜艇的威胁方面尚未作出贡献.随后,人们利用回声探、侧扫声纳、远程警戒声纳、水声对抗声纳、拖曳阵声纳、鱼雷自导声纳、水雷自导声纳等等,声纳技术已日趋成熟和完善.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。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

声纳成像原理
声纳成像是利用声波进行成像的一种技术。

声波是由物质震动产生的一种机械波，具有能量传递及反射等特性，可以穿透水、固体等不同介质，并在介质中以不同的速度传播。

声纳成像原理是利用声波发射器发出一定频率的声波，经过物体表面，某些声波会被反射回来。

这些反射回来的声波会被声纳接收器接收，进而产生一系列数据，通过计算和处理，将声波的传播及接收情况反映到成像屏幕上，形成对目标物体的图像。

具体的声纳成像原理可分为以下几个步骤：
1.发送声波：使用声波发射器把一定频率的声波发送到水下或物体表面。

声波的频率高低决定了声纳的分辨率和探测深度。

2.反射声波：在声波到达目标物体表面时，部分声波会被目标物体表面反射回来，另一部分声波在物体内部传播。

3.接收声波：声波接收器接收到反射回来的声波，并将声波转变为电信号，传输给计算机。

4.信号处理：计算机对接收到的信号进行处理，分析声波的传播速度、反射特征等，得出目标物体位置、形状等信息。

5.形成图像：采用不同颜色、轮廓线等方式将分析处理后的信息反映到成像屏幕上，形成目标物体的图像。

总的来说，声纳成像原理是利用声波的传播特性实现了对物体的成像，广泛应用于水下探测、医学、工业检测等领域。

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声纳技术及其应用与发展
声纳技术是一种不需要接触海底的物理技术，可以将推动介质内的声
波转化为电子信号从而获取海洋环境数据，这一技术具有广泛的应用和潜
在的发展潜力。

声纳技术通常需要使用一个捕获声波的发射器和一个接收器。

发射器
将振动发射到海洋环境，这些振动会在海洋环境中形成声波，声波将通过
海洋环境传播并反射出来，而接收器将捕获到此反射声波，来获取海洋环
境数据。

声纳技术也可以在极低的温度和极高的压力下实现。

声纳技术有着广泛的应用。

它可以用于海洋科学研究，比如测量海洋
环境中的温度、压力和浊度，以及海洋生物的分布状况，甚至可以用于监
测鱼类活动；在海底探测方面，声纳可以用于测量海底沉积物的厚度，监
测海底油气井的活动状况，还可用于对海底管道、网格及混凝土结构进行
检测和评估。

使用声纳可以快速、准确、多维度且可重复性更强地获取海
洋环境数据，比传统的近海勘测方法更精确。

此外，声纳还可以用于船舶
导航、海底研究、潜水检测等。

声纳技术的发展前景广阔，其最大优势在于可以提供实时、重复性强、多维度的海洋环境数据。

哈尔滨工程大学实验报告实验名称：声纳技术试验班级06512班学号：06051213姓名：盛杰实验时间：2009年7月4日成绩：指导教师：张友文实验室名称：水声电子信息实验中心哈尔滨工程大学实验室与资产管理处制实验一. 常用水声信号及处理方法1． 实验目的加深对常用声呐信号的理解；掌握常用的声纳信号处理方法2． 实验原理（1） CW 脉冲信号：连续信号 )2sin()(0ϕπ+=t f A t x离散信号 )/2sin()(0ϕπ+=Fs n f A n x在MATLAB 中)/*0**2sin(*1:0fai Fs n f pi A x N n +=-= （2）LFM 脉冲信号连续信号 )2sin()(20kt t f A t x ππ+=离散信号 ))/(/2sin()(20s F n k Fs n f A n x ππ+=k=B/T,B--带宽,T 脉宽（3）信号进行谱分析离散Fourier 变换 ∑-=-=102)()(N n kn N j en x k X π，1,...1,0-=N k在MATLAB 中用函数FFT(x)， 幅度谱abs(FFT(x))。

（4）信号自相关函数∑-=-=10)()()(N m n m x m x n y3． 实验内容（1）编制程序产生上述2种信号（长度可输入确定），并绘出其图形。

（2）编制程序对两个信号进行谱分析的和相关处理，并绘出其图形。

4． 思考题（1）改变正弦序列中的s f f 或0，讨论序列的变化？（2）脉冲宽度N 不变, 改变信号长度，讨论幅度谱的变化。

（3）讨论LFM 脉冲信号和CW 脉冲的自相关函数的结果和在实际中的应用。

5． 实验报告要求（1） 简述实验目的及原理（略，见实验指导书）（2） 根据实验内容，总结实验结论及画出相应的图形。

（3） 简要回答思考题。

（1）编制程序产生上述2种信号（长度可输入确定），并绘出其图形。

CW 脉冲信号程序：如图1.1.1n=0:100;f0=50;fs=1500;fai=pi/6;A=2; x1=A*sin(2*pi*f0*n/fs+fai);stem(n,x1);0102030405060708090100-2-1.5-1-0.50.511.52图1.1.1 LFM 脉冲信号程序：如图1.1.2n=0:40; k=5;f0=30;fs=200;x2=sin(2*pi*f0*n/fs+pi*k*(n/fs).^2);stem(n,x2);0510152025303540-1-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.60.81图1.1.2（2）编制程序对两个信号进行谱分析的和相关处理，并绘出其图形。

声纳系统原理声纳系统是一种利用声波进行探测和定位的技术，广泛应用于海洋、地质勘探、军事和民用领域。

声纳系统的原理是利用声波在介质中传播的特性，通过发射声波并接收回波来获取目标信息。

本文将从声纳系统的基本原理、工作方式和应用领域等方面进行介绍。

声纳系统的基本原理是利用声波在不同介质中传播速度不同的特性。

当声波遇到介质的边界时，会发生折射、反射和透射等现象，从而形成回波。

声纳系统利用这些回波来获取目标的位置、形状和性质等信息。

声纳系统通常由发射器、接收器和信号处理器等部分组成。

发射器负责产生声波并将其发送到目标处，接收器则负责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和分析。

声纳系统的工作方式可以分为主动声纳和被动声纳两种。

主动声纳是指声纳系统自身发射声波并接收回波，通过分析回波来获取目标信息。

被动声纳则是指利用外部声源产生的声波来进行探测，例如利用目标本身产生的声音或利用其他声源的声音。

不论是主动声纳还是被动声纳，其原理都是利用声波进行探测和定位。

声纳系统在海洋领域有着广泛的应用，例如用于潜艇的探测和定位、海底地质勘探等。

在军事领域，声纳系统也被广泛应用于水下目标的探测和追踪。

此外，声纳系统还被用于民用领域，例如用于渔业资源的勘探和水下考古等。

总的来说，声纳系统是一种利用声波进行探测和定位的技术，其原理是利用声波在介质中传播的特性。

声纳系统的工作方式包括主动声纳和被动声纳两种。

声纳系统在海洋、地质勘探、军事和民用领域都有着广泛的应用前景。

希望本文能够帮助读者对声纳系统有一个更深入的了解。

1.实验目的(1)、熟悉波束形成的物理机理和基本原理，熟悉时延波束形成基本方法。

(2)、练习MATLAB 用于声纳信号处理的方法。

2.基本原理(1)、波束形成的物理机理波束形成的目的是使多阵元构成的基阵经过适当处理得到在预定方向的指向性，主要内容是多元阵如何形成指向性波束及如何控制波束指向的技术，主要包括发射系统和接收系统的波束形成。

发射系统的波束形成可以达到能量聚焦以增大探测距离及定向的目的，常见的如激光、手电筒、凸透镜聚焦、相控阵多普勒计程仪等设备就是应用这个原理。

接收系统的波束形成的目的是获得预定方向的信号以控制其他方向的信号和干扰、准确定向和在形成多个波束时分辨多个目标，像望远镜等就具有类似功能。

发射系统的波束形成针对物理空间，而接收系统针对观测空间。

本实验的重点是发射系统的波束形成。

(2)、波束形成的基本原理 狭义上，波束形成技术是指将按一定几何形状（直线，圆柱等）排列的多元基阵各阵元的输出经过处理（例如加权、延时、求和等）形成空间指向性的方法。

在广义上，波束形成技术是将一个多元阵经适当处理时期对某些空间方向的声波具有所需响应的方法。

在物理上等效于空间滤波器，可以滤去空间某些方位的信号，只让指定方位的信号通过。

对于任意阵，其波束形成分析如下：如右图所示，以阵元0为参考点，信号到达其他各阵元的提前时间为：121,,,N τττ- 因此，将各阵元接收到的信号分别延时121,,,N τττ-后相加，即可实现同向相加的输出，在该方向的输出幅度最大。

波束形成后基阵的指向性图如下所示：总之，波束形成的基本原理可叙述为：对多元阵阵元接收信号进行时延或相移补偿，使对预定方向的入射信号形成同相相加。

延时求和波束形成是将各基元信号进行适当组合，若波束形成器的时间延时与声波入射方向相匹配时，信号产生等相位相加，相对于噪声得到增强。

用数字方法实现延迟时，延迟时间τ只能是采样间隔的整数倍，即00sin ,arcsin(/),0,1,2,,d k k c d k cθτθ=∆==∆=±±∆-采样间隔，2波束形成器输出为:10(,)()0,1,2,N i i b n k w x n ik k -==-=±±∑，常规波束形成器示意图如下所示：(3)、波束形成的计算机仿真方法1)、确定预成波束的方位；2)、结合阵元位置确定程差；3)、在不同的波束补偿时延；4)、将补偿程差后的信号累加； -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 0 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91θR(θ) 未补偿时延正确补偿时延5)、求功率；6)、画出不同波束的波束输出结果；7)、估计方位。