【绪论】——声呐概述

导航

声呐概述

• 声呐的定义
  　声呐是“Sonar”一次的译音，它由Sound(声)、Navigation(导航)和Ranging(测距)三个单词的字头过程，意思是声导航和测距。
  　今天，声呐定义为利用水下声波对目标进行探测和定位的设备。

• 声呐的功能

1. 检测（判断目标有无）
2. 定位（侧向、测距、测深）
3. 识别（判断目标类型）
4. 导航
5. 通信

声呐系统的分类

• 按工作方式分类

1. 主动声呐
   　有目的地主动从系统中发射声波的声呐称为主动声呐。可用来探测水下目标，并测定其距离、方位、航速、航向等运动要素。
   　目标信息保存在回波之中，通过回波信号和发射信号的间的时延推知目标距离，通过回波波前法线方向可推知目标的方向，由回波信号与发射信号间的频移可推知目标的径向速度，通过回波的幅度、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。
   
   注：主动声呐的主要外部干扰之一是混响，这是由发射信号从各种散射体上的散射产生的。水体混响在频谱上与发射信号几乎相同。

2.被动声呐
　利用接收换能器基阵接收目标自身发出的噪声或信号来探测目标的声呐。

　被动声呐和主动声呐最根本的区别在于它在本舰噪声背景下接收原厂目标发出的噪声，故信噪比低，需要更多的信号处理措施。

• 按声呐装置的体系分类

1. 岸用声呐（主要使用主动声呐，使用低频率大功率大尺寸换能器基阵）
2. 水面舰艇声呐（主要使用主动声呐）
3. 潜艇声呐（主要使用被动声呐）
4. 反潜飞机用声呐

声呐系统的战术指标和技术指标

战术指标

1. 作用距离
   　声呐在一定条件下能有效地发现目标，并测其数据的最大距离，这些条件包括声源级、海况、传播损失、环境噪声、目标强度等。
2. 能够搜索和探测目标的方位角和高低角范围
   　方位角是水平面内的角度，高低角是垂直面内的角度。这两个角度方位所界定的空间描述了声呐系统可以搜索的空间区域。
3. 盲区
   　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标的区域。包括几何盲区、尾部盲区、物理盲区、脉冲宽度盲区、混响盲区。
4. 分辨率
   　表示声呐系统对空间的两个相邻目标的分辨能力。方位分辨率（同一距离上两个最小目标间的最小角度间隔）与换能器的指向性及型号处理方案有关，距离分辨率（同一方向上能分辨出的两个目标间的距离）与所用信号波形、处理技术有关。
5. 定位精度
   　定出目标位置时的最小位置误差。
6. 搜索速度
   　单位时间内可搜索的空间区域的大小，与探测距离、波束宽度以及搜索方式决定。
7. 环境条件

技术指标

为实现战术指标，设备所具有的技术参数，只要涉及声呐设备自身的技术性能。

1. 信号强度或声源级、声呐接收机的灵敏度
2. 检测阀
3. 信号的各种参数
4. 接收机的动态范围
5. 基阵的技术指标

声呐方程及内涵

• 主动声呐方程（噪声背景）
  $$(SL-2TL+TS)-(NL-DI)=DT$$
• 主动声呐方程（混响背景）
  $$(SL-2TL+TS)-RL=DT$$
• 被动声呐方程
  $$(SL-TL)-(NL-DI)=DT$$