声呐(纳)技术-：第三章-声呐系统的定向方法课件.ppt

第三章第三章 声呐系统的定向方法声呐系统的定向方法声纳系统定向的基本原理声纳系统定向的基本原理最大值测向的基本原理最大值测向的基本原理相位法测向的基本原理相位法测向的基本原理振幅差值测向的基本原理振幅差值测向的基本原理相幅法测向的基本原理（了解）相幅法测向的基本原理（了解）正交相关测向的基本原理正交相关测向的基本原理 本章重点内容本章重点内容七声纳系统定向（测向）的基本原理声纳系统定向（测向）的基本原理最大值测向的原理与精度分析最大值测向的原理与精度分析 本讲重点内容本讲重点内容七 一、声纳系统定向的基本原理一、声纳系统定向的基本原理1）测定水下目标位置）测定水下目标位置七七 一、声纳系统定向的基本原理一、声纳系统定向的基本原理2）声纳系统定向的本质）声纳系统定向的本质测向方法与声学系统的结构有关。采用单个换能测向方法与声学系统的结构有关。采用单个换能器、两个换能器或多个换能器阵元组成的系统，器、两个换能器或多个换能器阵元组成的系统，则可有不同的测向方法。然而不论采用何种具体则可有不同的测向方法。然而不论采用何种具体方法测向，其本质上均有共同之处，都是方法测向，其本质上均有共同之处，都是利用声利用声波到达水听器系统的声程差和相位差来进行声纳波到达水听器系统的声程差和相位差来进行声纳系统定向的本质系统定向的本质七 一、声纳系统定向的基本原理一、声纳系统定向的基本原理3）简单的二元基阵定位原理）简单的二元基阵定位原理测量出反映声程差的时间差或相位差，就可测出目标方位测量出反映声程差的时间差或相位差，就可测出目标方位七 二、最大值测向二、最大值测向1）原理）原理由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大时换能器或基阵的指向来测量目标方位。时换能器或基阵的指向来测量目标方位。七 二、最大值测向二、最大值测向1）原理）原理由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大时换能器或基阵的指向来测量目标方位。时换能器或基阵的指向来测量目标方位。七 二、最大值测向二、最大值测向1）原理）原理由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化由于换能器或基阵输出电压随目标的方位角的变化而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大而变化，因而可以利用接收到的信号幅度达到最大时换能器或基阵的指向来测量目标方位。时换能器或基阵的指向来测量目标方位。七 二、最大值测向二、最大值测向2）优点）优点简单，利用人耳或视觉指示器均可判断最大信号幅简单，利用人耳或视觉指示器均可判断最大信号幅度值，因而在分析其性能时，要和具体的指示器联系度值，因而在分析其性能时，要和具体的指示器联系起来。起来。另一优点是利用人耳还可判别目标的性质，此外，另一优点是利用人耳还可判别目标的性质，此外，由于人耳的特殊功能，使得在小信号噪声比下仍可判由于人耳的特殊功能，使得在小信号噪声比下仍可判别目标的方位。别目标的方位。七 二、最大值测向二、最大值测向2）缺点）缺点定向精度不高，这是由于声系统的指向性图有一定定向精度不高，这是由于声系统的指向性图有一定的宽度，而这一指向性在主轴附近随角度变化迟钝，的宽度，而这一指向性在主轴附近随角度变化迟钝，致使目标方位的小变化引起的输出信号幅度变化不致使目标方位的小变化引起的输出信号幅度变化不大大七 二、最大值测向二、最大值测向2）缺点）缺点定向精度不高，这是由于声系统的指向性图有一定定向精度不高，这是由于声系统的指向性图有一定的宽度，而这一指向性在主轴附近随角度变化迟钝，的宽度，而这一指向性在主轴附近随角度变化迟钝，致使目标方位的小变化引起的输出信号幅度变化不致使目标方位的小变化引起的输出信号幅度变化不大大七 二、最大值测向二、最大值测向2）缺点）缺点对多个目标的情况，这一方法显得无能为力。当存对多个目标的情况，这一方法显得无能为力。当存在多个目标时，常常利用多波束接收系统进行测向。在多个目标时，常常利用多波束接收系统进行测向。七 二、最大值测向二、最大值测向3）N元等间隔线阵的波束图元等间隔线阵的波束图一个一个N元等间隔线阵的波束图为元等间隔线阵的波束图为其中其中七 二、最大值测向二、最大值测向3）N元等间隔线阵的波束图元等间隔线阵的波束图第一个零点处的角度为第一个零点处的角度为指向性半开角指向性半开角应满足应满足因此因此当当 因此因此七 二、最大值测向二、最大值测向4）定向精度分析）定向精度分析最大值测向方法的测向精度，最大值测向方法的测向精度，主要取决于声纳系统主要取决于声纳系统方向性主瓣的宽度、指示器的类型（听觉或视觉）、方向性主瓣的宽度、指示器的类型（听觉或视觉）、声系统转动装置的精度，以及声呐操作员的生理声学声系统转动装置的精度，以及声呐操作员的生理声学特性。特性。主瓣宽度主瓣宽度N元线阵元线阵七 二、最大值测向二、最大值测向主瓣宽度主瓣宽度七 二、最大值测向二、最大值测向指示器类型指示器类型分析指示器所能感知的变化与方位角变化分析指示器所能感知的变化与方位角变化 之间之间的关系。的关系。1.被动接收，听觉指示被动接收，听觉指示2.被动接收，视觉指示被动接收，视觉指示3.主动测向，视觉指示主动测向，视觉指示4.主动测向，听觉指示主动测向，听觉指示七 二、最大值测向二、最大值测向1.被动接收，听觉指示被动接收，听觉指示一般来说，人耳对声强是敏感的，而声强与声压的一般来说，人耳对声强是敏感的，而声强与声压的平方成正比，因而平方成正比，因而故故声强的相对变化为声强的相对变化为七 二、最大值测向二、最大值测向设人耳能觉察的（人耳的灵敏度）相对声强变化为设人耳能觉察的（人耳的灵敏度）相对声强变化为利用利用即可有即可有七 二、最大值测向二、最大值测向代入后得代入后得由此解得由此解得一般人耳可感知一般人耳可感知0.10.2的相对声强变化，故有的相对声强变化，故有七 二、最大值测向二、最大值测向解：解：例，例，时，求测向精度？时，求测向精度？因而测向精度因而测向精度七 二、最大值测向二、最大值测向2.被动接收，视觉指示被动接收，视觉指示由于视觉指示（如电表摆动、幅度大小显示）时，由于视觉指示（如电表摆动、幅度大小显示）时，指示器仅指示相对声压变化，因而指示器仅指示相对声压变化，因而解得解得代入代入 后后 一般人的眼睛可感知的相对电压幅度变化为一般人的眼睛可感知的相对电压幅度变化为0.050.1，故，故七 二、最大值测向二、最大值测向3.主动测向，视觉指示主动测向，视觉指示若用同一基阵发射和接收，则接收的信号电压若用同一基阵发射和接收，则接收的信号电压 与成正比，即与成正比，即与被动接收，听觉指示一致与被动接收，听觉指示一致一般人的眼睛可感知的相对电压幅度变化为一般人的眼睛可感知的相对电压幅度变化为0.050.1，故，故因而可推知测向精度为因而可推知测向精度为七 二、最大值测向二、最大值测向4.声纳操作人员的生理特性声纳操作人员的生理特性听觉：听觉：视觉：视觉：七 作业作业课后课后1、2七