聲納培訓(xùn)教材

彩色圖像聲納設(shè)備中國船舶重工集團(tuán)公司七五〇實(shí)驗(yàn)場(chǎng)集中培訓(xùn)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展達(dá)·芬奇的筆記意大利藝術(shù)家達(dá)·芬奇曾在筆記中記載：假設(shè)使船停航，將一根長管的閉口端插入水中，而將開口端放在耳邊，便能聽到遠(yuǎn)處的航船。導(dǎo)航鐘二十世紀(jì)初出現(xiàn)了由水下導(dǎo)航鐘和碳粒微音器組成的導(dǎo)航系統(tǒng)。動(dòng)圈型振動(dòng)器1912年英國郵輪“巨人號(hào)〞遭遇冰山沉沒，英國人理查森提出用空氣聲進(jìn)展回聲定位的建議，并提出了相仿的水聲定位方案，是世界上第一個(gè)自動(dòng)聲納方案。所謂自動(dòng)聲納，就是一種本人向水中發(fā)射聲波，并根據(jù)水中物體的回波來到達(dá)各種探測(cè)目的〔比如定位〕的水聲設(shè)備。1913年，美國人費(fèi)森登研制出一種新式動(dòng)圈型振動(dòng)器?！惨弧陈暭{的來源第一種水聲導(dǎo)航系統(tǒng)費(fèi)森登和他設(shè)計(jì)的動(dòng)圈型振動(dòng)器一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展漂流型聽測(cè)設(shè)備水下反潛戰(zhàn)促使聲納技術(shù)迅速開展。1914年7月第一次世界大戰(zhàn)迸發(fā)，德國利用U型潛艇擊沉了協(xié)約國大量軍艦和商船，有效探測(cè)水下潛艇迫在眉睫，協(xié)約國套入大量人力物力進(jìn)展探測(cè)方法和設(shè)備的研討，實(shí)際發(fā)現(xiàn)聲學(xué)手段最有效，于是各種聲納系統(tǒng)競相問世。美國人格雷設(shè)計(jì)，英國人后來進(jìn)展了改良的“漂流型聽測(cè)設(shè)備〞，是一種具有方向性的聲納系統(tǒng)，可以大致確定敵方潛艇的方向。改良型空氣聽測(cè)管人們對(duì)達(dá)·芬奇的空氣聽測(cè)管進(jìn)展了改良，可測(cè)定水下噪聲目的的方向。有閱歷的操作人員，可經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)聽測(cè)管的方向，來對(duì)水下目的進(jìn)展較準(zhǔn)確的定向。

〔一〕聲納的來源漂流型聽測(cè)設(shè)備安裝在潛艇和水面艦艇上的SC型聲接納器一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展郎之萬換能器法國物理學(xué)家利用壓電原理發(fā)明了石英-鋼夾心型換能器，郎之萬換能器的任務(wù)頻率較高，具有較強(qiáng)的方向性。它的改良型不斷運(yùn)用到如今。郎之萬還在實(shí)驗(yàn)中利用了剛剛問世的真空管放大器，這或許是電子技術(shù)在水聲中的初次運(yùn)用。1918年，第一次接納到了水下潛艇的回波，探測(cè)間隔有時(shí)可達(dá)1500米?；芈曁綔y(cè)儀第一次世界大戰(zhàn)終了后不久，用于船舶導(dǎo)航的新型設(shè)備-回聲探測(cè)儀誕生了。它是人們?cè)谘兄铺綕摶芈暥ㄎ幌到y(tǒng)的過程中所得到的副產(chǎn)品。以后，由于電子技術(shù)的開展，水聲換能器性能的改善，特別是對(duì)于聲波在海水中傳播規(guī)律的深化了解，使聲納技術(shù)不斷地先前邁進(jìn)?！惨弧陈暭{的來源郎之萬和他設(shè)計(jì)的換能器二戰(zhàn)時(shí)美國潛艇用JP型聽測(cè)設(shè)備回聲測(cè)距、聽測(cè)和水下通訊兼具的QGB型聲納一種典型的潛艇聲納國產(chǎn)PS-I型海底地貌儀國產(chǎn)761型程度多波束魚探機(jī)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)早期的聲納設(shè)計(jì)建立在較為理想的模型根底上.無論是聲納設(shè)計(jì)者還是聲納運(yùn)用人員,早就留意到聲納的性能與海洋環(huán)境親密相關(guān).但是,由于兩個(gè)方面的緣由,使聲納技術(shù)開展的初期采用了比較簡單的模型.第一個(gè)緣由是人們對(duì)海洋中水聲傳播規(guī)律的研討和認(rèn)識(shí)有一個(gè)由淺入深、由表及里的過程.雖然聲納的發(fā)明早于雷達(dá)19年,但是由于海洋環(huán)境的復(fù)雜特點(diǎn),使聲納的開展在某些方面滯后于雷達(dá),這是絲毫不奇異的.第二個(gè)緣由是由于硬件條件方面的限制.20世紀(jì)50—60年代,信息論曾經(jīng)為微弱信號(hào)的檢測(cè)提供了相當(dāng)充實(shí)的實(shí)際根底和適用技術(shù),但是這些實(shí)際的運(yùn)用需求非常復(fù)雜的計(jì)算,而在那時(shí)硬件設(shè)備還無力提供這種支持.自20世紀(jì)70年代以來,情況曾經(jīng)發(fā)生了很大的變化.微電子技術(shù)的開展使計(jì)算機(jī)硬件的容顏發(fā)生了宏大的改觀,從而推進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處置領(lǐng)域的變革.英特爾公司的開創(chuàng)人之一摩爾在1973年提出了支配半導(dǎo)體工業(yè)開展的一個(gè)規(guī)律,就是我們?nèi)缃袼f的摩爾定律.這個(gè)定律說,微處置芯片每隔18個(gè)月性能提高一倍,價(jià)錢降低到原來的二分之一.據(jù)摩爾本人說,早在1964年他還在仙童公司任務(wù)時(shí),就已留意到這一現(xiàn)實(shí)了.1996年,他又在IEEEProc.上重新公布手稿,對(duì)本人的這一定律堅(jiān)信不疑。〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)微電子工業(yè)的這種迅猛開展勢(shì)頭,使得數(shù)字式聲納應(yīng)運(yùn)而生,并且使聲納設(shè)計(jì)者面臨宏大的機(jī)遇和挑戰(zhàn).由于,作為數(shù)字式聲納硬件支撐的DSP芯片,似乎“無所不能〞,過去很多受計(jì)算機(jī)才干限制的技術(shù),如今都可以實(shí)現(xiàn)了.但是,很不幸,聲納的性能不僅僅依賴于硬件的才干,更大程度上依賴于主導(dǎo)聲納性能的建模技術(shù)、微弱信號(hào)檢測(cè)算法、參數(shù)估計(jì)實(shí)際、人工智能等數(shù)字聲納設(shè)計(jì)者就是面臨這樣一種局面:硬件的開展向聲納設(shè)計(jì)者預(yù)示,只需他提出實(shí)際,我就能實(shí)現(xiàn)它;假設(shè)今天有一種目的識(shí)別的算法需求一個(gè)小時(shí)才干得出結(jié)果,那么10年之后,用不了1分鐘就可完成.微電子技術(shù)的這種開展潮流也已部分地改動(dòng)了信號(hào)處置實(shí)際的開展方向.20世紀(jì)60年代中期,當(dāng)Cooley,Turky提出FFT算法時(shí),有關(guān)改良的算法非常多,哪怕提高計(jì)算速度10%或節(jié)省存貯量10%的實(shí)際任務(wù)都還得到認(rèn)可,但是10年之后,就沒有人去做類似的任務(wù)了,由于硬件的開展使得那種小小的改良黯然失色.如今需求的是實(shí)際的創(chuàng)新,是那種能帶來跨越式開展的新概念、新實(shí)際和新工藝.〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納技術(shù)開展的推進(jìn)力-需求早期的聲納技術(shù)開展的最大用戶是海軍,即未來水下戰(zhàn)的需求.Marburger在美國<防務(wù)新聞>(DefenseNews)周刊上提供了美國海軍的一個(gè)有關(guān)安靜型潛艇的輻射噪聲的圖,闡明美國在20世紀(jì)90年代的海狼級(jí)核潛艇噪聲和俄羅斯改良的Akula級(jí)噪聲相當(dāng).在近30—40年內(nèi),潛艇的輻射噪聲大約每年下降0.5—1dB,從而使被檢測(cè)的間隔每年減少0.5—2km,而聲納技術(shù)的改良彌補(bǔ)不了這一下降趨勢(shì)帶來的損失。潛艇降噪用的是綜合的技術(shù),即同時(shí)思索消聲瓦和本艇輻射噪聲的控制,稱為CSMC(collabo2rativesignaturemonitoringandcontrol),防噪聲輻射的中心技術(shù)是自動(dòng)噪聲和振動(dòng)控制,即AMVC(ac2tivenoiseandvibrationcontrol).為探測(cè)安靜型潛艇,需求開展大功率、低頻、寬帶換能器,需求開展主/被動(dòng)的拖曳式線列陣聲納,需求開展?jié)撚玫募?xì)長纜拖線陣聲納,需求研討更有效的水聲通訊方法及水下定位技術(shù)等?！捕超F(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納技術(shù)開展的推進(jìn)力-需求在尋覓新型水聲換能資料方面,有的研討者以為,鎳合金和壓電陶瓷資料的設(shè)計(jì)極限早在25年之前就到達(dá)了.所以人們開場(chǎng)研討稀土系列元素的磁致伸縮特性,這類資料能產(chǎn)生較大的聲功率,并且可以在低頻、寬帶下穩(wěn)定任務(wù).

美國海洋實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了一種鑭和鐵的合金,稱之為Terfenol-D的磁致伸縮資料,聽說已獲得運(yùn)用.這種T-D換能器具有良好性能,在合理運(yùn)用時(shí)幾乎不變形,樣品經(jīng)過上億次發(fā)射仍完好無損,有能夠成為下一代聲納發(fā)射換能器的首選資料.在眾多水聽器中,近年來開展較快的是一種聚偏二氟乙烯(Polyvinylidenefluoride,PVDF)薄膜,這是一種柔順壓電資料,加工較方便,壓電常數(shù)非常高.目前已研制出厚度為1—2mm,面積為30×80cm2的薄膜面元水聽器,它可以用于舷側(cè)線列陣聲納中,其缺陷是它的電壓靈敏度對(duì)溫度比較敏感.〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納技術(shù)開展的推進(jìn)力-需求在由于聲納性能與海洋環(huán)境的親密關(guān)系,需求聲納設(shè)計(jì)者尋求一種新的體系構(gòu)造,它能把海洋環(huán)境融入聲納的整體設(shè)計(jì)中,以便使聲納系統(tǒng)的性能對(duì)模型失配更寬容一些.這就是基于模型的聲納系統(tǒng).它是立足于寬容性檢測(cè)的原理.任何聲納系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是基于某種模型的假設(shè),然后在這種假設(shè)下尋求一種最正確的處置方法.當(dāng)實(shí)踐環(huán)境符合最正確處置的假設(shè)條件時(shí),系統(tǒng)的增益很大,但是一旦模型失配,最正確檢測(cè)器的性能迅速下降.而寬容性檢測(cè)就不同,它雖然在理想條件下的增益不如最正確檢測(cè)器,但是對(duì)模型失配卻顯得很“寬容〞,具有相對(duì)來說變化不大的系統(tǒng)增益.研討模型失配的概念非常重要,惋惜到如今為止,我們還無法在實(shí)際上回答模型匹配以及失配應(yīng)如何從數(shù)值上進(jìn)展刻劃.對(duì)聲納技術(shù)的需求還來自海洋開發(fā).水聲遙測(cè)一直是獲得海洋環(huán)境參數(shù)的最重要手段之一.大洋測(cè)溫、近海油氣田的數(shù)字地震勘探、聲層析、大洋海底金屬礦的開采以及水氣化合物的勘探開發(fā)都離不開聲納技術(shù).〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納信號(hào)處置的熱點(diǎn)問題在作為聲納技術(shù)的實(shí)際支撐的水聲信號(hào)處置是一門綜合性的邊緣學(xué)科.它在開展進(jìn)程中,既有本人的特征,又吸收了雷達(dá)、醫(yī)學(xué)成像、通訊、語音信號(hào)處置等其他領(lǐng)域的成果.1998年,IEEE信號(hào)處置分會(huì)為留念協(xié)會(huì)成立50周年,編發(fā)了一篇專稿,即<水聲信號(hào)處置的過去、如今與未來>.文章回想了水聲信號(hào)處置的開展歷史,提出了一些有潛在運(yùn)用價(jià)值的熱點(diǎn)技術(shù),如合成孔徑技術(shù)、聲層析、水聲通訊等.水聲信號(hào)處置實(shí)際的開展面臨著眾多問題,相關(guān)和臨近學(xué)科又不斷產(chǎn)生一些新的概念,所以水聲信號(hào)處置專家以積極而謹(jǐn)慎的態(tài)度來對(duì)待它們,一方面擔(dān)憂錯(cuò)過了運(yùn)用新實(shí)際的時(shí)機(jī),一方面又疑心它們能否真的能在聲納系統(tǒng)中獲得運(yùn)用.這些課題是不勝枚舉的,例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混沌實(shí)際、小波變換、分維變換與時(shí)間反轉(zhuǎn)算法等.我們?cè)诒竟?jié)中就水聲信號(hào)處置本身引見假設(shè)干熱點(diǎn)問題.〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納信號(hào)處置的熱點(diǎn)問題1.被動(dòng)測(cè)距被動(dòng)測(cè)距聲納是從20世紀(jì)70年代初開場(chǎng)研制的.從實(shí)際上講,只需聲納基陣的孔徑足夠大,用三點(diǎn)陣測(cè)距是沒有問題的.關(guān)鍵是把三個(gè)基陣的聲中心的相對(duì)延時(shí)準(zhǔn)確丈量出來.可以證明,被動(dòng)測(cè)距的相對(duì)誤差等于測(cè)延時(shí)的相對(duì)誤差,即ΔR/R=Δτ/τ根據(jù)這一公式我們就會(huì)明白被動(dòng)測(cè)距聲納所面臨的問題.舉例來說,孔徑為40m的基陣要丈量相距為20km的目的,延時(shí)量大約為13μs.假設(shè)要求相對(duì)誤差為10%,那么延時(shí)估計(jì)誤差不能大于1.3μs.在海洋環(huán)境中要做到這一點(diǎn)非常困難.Urick,張仁和等曾報(bào)道,海水中聲傳播起伏值就在10μs這樣的量級(jí),這就使得被動(dòng)測(cè)距問題變得非常困難,由于要在接納到的大量數(shù)據(jù)中,剔除由不穩(wěn)定性引起的“野值〞(wildvalue),然后再進(jìn)展平均.對(duì)延時(shí)丈量精度的過高要求,還使得基陣的準(zhǔn)確安裝變得困難起來.目前還沒有找到突破傳統(tǒng)幾何原理進(jìn)展被動(dòng)目的測(cè)距的有效方法.〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納信號(hào)處置的熱點(diǎn)問題2.合成孔徑技術(shù)合成孔徑聲納的研制近十年來遭到很大的注重.曾經(jīng)報(bào)道有相當(dāng)高性能的樣機(jī)問世.合成孔徑作為一種技術(shù)在雷達(dá)上勝利運(yùn)用已近40年了,但在聲納上遲遲未獲得本質(zhì)性的進(jìn)展.主要是由于聲傳播的海洋介質(zhì)比無線電傳播的大氣介質(zhì)復(fù)雜得多,另外聲納平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度與聲傳播速度之比約為1∶750,而雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度和無線電波傳播速度之比是1∶106,所以合成孔徑聲納的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、成像遠(yuǎn)比合成孔徑雷達(dá)復(fù)雜.合成孔徑聲納(SAS)的初步研討結(jié)果是令人振奮的,它大約可以在400m的間隔上到達(dá)10cm的分辨率.這在以前的旁測(cè)聲納中是無法到達(dá)的.美國DTI(DynamicTechnologyInc.)研制的樣機(jī)在華盛頓(Washington)湖作實(shí)驗(yàn)時(shí),甚至得到了一架早先沉沒湖底的飛機(jī)殘骸的“聲像〞。合成孔徑技術(shù)還用于高分辨率的波束成形,這在安靜型潛艇輻射噪聲的丈量中可以獲得運(yùn)用,利用這種技術(shù)可以把潛艇作為一個(gè)體積元,確定對(duì)輻射噪聲最有奉獻(xiàn)的分量的部位.〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)左圖為美國LockheedMartin公司研制的被動(dòng)測(cè)距聲納PUFFS右圖為PB4Y-2的SAS圖像(1997年4月,華盛頓湖,50kHz的SAS穿透湖水看到了飛機(jī)內(nèi)部)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納信號(hào)處置的熱點(diǎn)問題3.水聲通訊與水下GPS水聲通訊不斷是聲納研討中的一個(gè)重要領(lǐng)域.美國和北約的其他國家有一系列研討課題是與水聲通訊有關(guān)的.水聲通訊系統(tǒng)的性能不斷遭到傳輸率和作用間隔的約束.Kilfoyle等根據(jù)美國幾十次海試結(jié)果,給出了一條曲線,以為在現(xiàn)階段傳輸率(R,以kbit/s為單位)和作用間隔(R,以km為單位)的乘積不超越40.但在20世紀(jì)70年代初,這個(gè)值只需5左右.由于為了提高傳輸速率必需提高信號(hào)頻率,而一旦頻率增高了,傳播損失增大,作用間隔就下降了.所以R·R≤40km·kbit/s,這在客觀上反映了當(dāng)前水聲通訊所到達(dá)的程度.假設(shè)要突破這個(gè)約束,就要添加發(fā)射功率,采用新的編碼/解碼體制和信道平衡技術(shù).水聲通訊的一個(gè)重要運(yùn)用領(lǐng)域就是水下全球定位系統(tǒng)(GPS),雖然目前還只是一些想象,但一旦建立起完善的水下GPS體制,反潛戰(zhàn)的一些戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)原那么都必需隨之改動(dòng).〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)水聲通訊傳輸率與作用間隔的關(guān)系曲線一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納信號(hào)處置的熱點(diǎn)問題4.數(shù)據(jù)交融由于聲納系統(tǒng)的集成度越來越高,數(shù)據(jù)量越來越大,單靠聲納員處置多平臺(tái)、多傳感器的信息就顯得很不夠.所以數(shù)據(jù)交融的技術(shù)自然而然地遭到注重.目前,雖然還不能完全做到全自動(dòng)判別,但至少為輔助決策提供了強(qiáng)有力的工具.數(shù)據(jù)交融從所處置的信息層次來分,可以分為三級(jí),即基元級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí).研討課題的級(jí)別越究竟層就越復(fù)雜.如今大多數(shù)的研討任務(wù)還是圍繞決策級(jí)展開的.數(shù)據(jù)交融中的一個(gè)根本定理,保證了聲納系統(tǒng).進(jìn)展數(shù)據(jù)交融的必要性,這個(gè)定理是說,無論是獨(dú)立觀測(cè)資料還是相關(guān)觀測(cè)資料,最正確的線性數(shù)據(jù)交融所帶來的誤差不會(huì)大于任何個(gè)別觀測(cè)資料所帶來的誤差.基于這一現(xiàn)實(shí),處理聲納系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交融問題就有了實(shí)際根據(jù).舉一個(gè)詳細(xì)的例子,假定潛艇上有圓陣和舷側(cè)陣同時(shí)進(jìn)展目的定位.我們知道,圓陣的定向誤差根本上與信號(hào)入射方向無關(guān).而線陣那么不同,在側(cè)射方向誤差較小,在端射方向誤差較大,把圓陣和線陣的數(shù)據(jù)進(jìn)展交融,我們得到了很好的測(cè)向方法,它的誤差不僅小于各自的定向誤差,并且在360°范圍內(nèi)根本均勻.〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納信號(hào)處置的熱點(diǎn)問題5.目的識(shí)別與水下快速運(yùn)動(dòng)目的軌跡提取數(shù)字式聲納的根本功能是測(cè)向和測(cè)距,目的識(shí)別的功能通常由聲納員經(jīng)過鑒別目的輻射噪聲來完成.隨著聲納技術(shù)的開展,國外的一些聲納已具備目的識(shí)別功能,甚至專門配置魚雷報(bào)警聲納.目的識(shí)別和魚雷報(bào)警是兩個(gè)相關(guān)的課題,雖然后者可以籠統(tǒng)為水下快速運(yùn)動(dòng)目的的軌跡提取問題,但最后的判決仍離不開識(shí)別這一環(huán)節(jié).目的識(shí)別的關(guān)鍵當(dāng)然是特征提取.只需對(duì)大量目的樣本進(jìn)展設(shè)計(jì)分析,才有能夠確定適宜的特征量.于是數(shù)據(jù)庫的建立就是必不可少的,惋惜這是緣于高度的信息,因此在一定程度上妨礙了識(shí)別研討任務(wù)的進(jìn)度.可以在目的識(shí)別方面發(fā)揚(yáng)作用的方法很多,如專家系統(tǒng)(最小臨近準(zhǔn)那么),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類分析等,但是目前還沒有一種方法被公以為是處理目的識(shí)別問題的有效方法.其緣由是實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)模擬的結(jié)果與實(shí)踐海上的條件差別很大,要尋覓出不受傳播影響的信號(hào)特征非常困難.聲納任務(wù)平臺(tái)的任何機(jī)動(dòng)(這在實(shí)驗(yàn)室里不會(huì)出現(xiàn))都會(huì)干擾目的識(shí)別系統(tǒng)的任務(wù).〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納信號(hào)處置的熱點(diǎn)問題6.水下蛙人探測(cè)聲納(DDS)系統(tǒng)2000年10月,美國導(dǎo)彈驅(qū)逐艦Cole號(hào)在也門港口遭到恐懼襲擊,艇身遭到重創(chuàng).港口警戒問題引起注重.“911〞事件之后,恐懼襲擊普及海陸空各個(gè)領(lǐng)域,港口警戒成為國土平安的重要課題.海軍基地、大型集裝箱碼頭、港口和VIP(貴賓)浴場(chǎng)的捍衛(wèi)問題已成為水聲技術(shù)研討的迫切義務(wù).當(dāng)然,我們需求的是海陸空的立體防護(hù).但是在水下如何發(fā)現(xiàn)并阻止蛙人(包括有呼吸和無呼吸系統(tǒng)的潛水者)、水下有人或無人載器的攻擊顯得尤為重要.雖然從原理上講,DDS也是傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)或被動(dòng)聲納,但是在聲納技術(shù)的運(yùn)用上仍面臨一些新的挑戰(zhàn).比如,DDS通常用于淺海,作用間隔較短(例如1km),這就使聲納任務(wù)于混響背景限制的形狀,所以能抑制混響和抗多途效應(yīng)的波形設(shè)計(jì)顯得很重要;又比如,蛙人的目的強(qiáng)度較小(例如TS=-10dB),檢測(cè)難度較大,等等.〔二〕現(xiàn)代聲納技術(shù)一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展聲納SONAR聲納一詞的概念來源于二戰(zhàn)期間，是由聲音〔sound〕、導(dǎo)航〔Navigation〕和測(cè)距〔Ranging〕三個(gè)英文單詞的詞頭構(gòu)成的?，F(xiàn)代聲納的定義是：利用水下聲波判別海洋中物體的存在、位置、及類型的方法和設(shè)備.更廣義的說，凡是利用水聲能量進(jìn)展觀測(cè)或通訊的系統(tǒng)，均稱為聲納系統(tǒng)。為何不運(yùn)用電磁波作為水下探測(cè)的手段？這是由于海水是電的良好導(dǎo)體，它使電能很快地以熱的方式耗散掉，所以在同樣的頻率下，電磁波的衰減比聲波快得多，結(jié)果就是傳播間隔也要近得多.〔三〕聲納系統(tǒng)的概念一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展以任務(wù)方式分聲納普通可以籠統(tǒng)的分為被動(dòng)聲納和自動(dòng)聲納。一個(gè)根本的聲納系統(tǒng)模型，他有兩種任務(wù)方式，即自動(dòng)和被開任務(wù)方式，在主開任務(wù)方式時(shí)，一個(gè)知的信號(hào)被發(fā)射出去，當(dāng)它照射到某個(gè)目的時(shí)，反射信號(hào)〔或稱回波〕就被接納到，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幹?，再由接納機(jī)顯示出來；在被動(dòng)方式任務(wù)時(shí)，目的的被發(fā)現(xiàn)是由于它所輻射的噪聲.各種不同類型的聲納由于它們的用途不同，詳細(xì)構(gòu)成也不一樣，但其根本構(gòu)造都是一樣的。也就是說，其根本任務(wù)方式是一樣的。不同聲納模型的差別，在于這些根本任務(wù)方式的參數(shù)的差別，以及其聯(lián)接方法的不同。要了解聲納系統(tǒng)，首先要知道這些根本任務(wù)方式?！菜摹陈暭{的分類根本的聲納系統(tǒng)模型聲納發(fā)射機(jī)框圖控制程序信號(hào)發(fā)生器波束構(gòu)成功率放大發(fā)射基陣一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展以任務(wù)方式分上圖是聲納發(fā)射機(jī)的典型方框圖。信號(hào)發(fā)生器可以有很多種方式的輸出：模擬的或數(shù)字的，延續(xù)波脈沖或線性調(diào)頻波，這取決于所思索的運(yùn)用場(chǎng)所。信號(hào)發(fā)生器的輸出送到波束構(gòu)成矩陣，其目的是給信號(hào)一個(gè)適宜的加權(quán)和延時(shí)，使得發(fā)射基陣在聲信道中產(chǎn)生一個(gè)所希望的波束圖。該圖決議了由發(fā)射機(jī)所發(fā)射的聲納的集中程度和空間分布情況。信號(hào)的加權(quán)和延時(shí)通常叫做定向或波束成形。功率放大的目的是要獲得足夠大的電功率，然后將其與發(fā)射基陣匹配，并以較高的效率向水中發(fā)射聲能。

基陣的幾何外形〔如圓陣、線陣、球陣〕依賴于詳細(xì)的運(yùn)用場(chǎng)所。此外，發(fā)射基陣是很多個(gè)輻射單元的綜合，它們的資料取決于傳播介質(zhì)。聲納系統(tǒng)中通常用壓電陶瓷或某類型的磁致伸縮金屬，作為電能和聲能互換的器件?！俺绦蚩刂屁曋饕腹芾砘蚩刂浦行模拐麄€(gè)發(fā)射機(jī)能在我們所希望的形狀下任務(wù)?！菜摹陈暭{的分類聲納接納機(jī)框圖控制程序接納基陣動(dòng)態(tài)范圍緊縮波束構(gòu)成信號(hào)處置顯示判決一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展以任務(wù)方式分上圖是聲納接納機(jī)的典型方框圖。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，它比發(fā)射機(jī)復(fù)雜一些，這是毫不奇異的。由于在發(fā)射過程中，信噪比是接近于無限的；而在接納過程中，在大多數(shù)感興趣的情況下，信噪比小于1.所以在做出有價(jià)值的判別之前，還必需做一些別的事情。

接納基陣〔或水聽器陣〕與發(fā)射基陣非常類似，在簡單的聲能系統(tǒng)中，它們通常就是同一個(gè)。動(dòng)態(tài)范圍緊縮指的是自動(dòng)增益控制〔AGC〕與時(shí)變?cè)鲆娣糯蟆睺VG〕，它們是為了八接納到的信號(hào)動(dòng)態(tài)緊縮到一定范圍，以便使波束成形系統(tǒng)及信號(hào)處置系統(tǒng)可以正常任務(wù)。接納機(jī)的波束成形功能與發(fā)射機(jī)的類似，但是接納機(jī)的波束成形方式要比發(fā)射機(jī)的復(fù)雜得多。接納機(jī)的波束成形是基陣在空間上抗噪聲和混響場(chǎng)的一種處置過程，實(shí)現(xiàn)波束成形時(shí)，要進(jìn)展一系列的運(yùn)算〔包括加權(quán)、延時(shí)及對(duì)空間各陣元收到的信號(hào)求和〕。然后再作進(jìn)一步的頻域和時(shí)域處置。波束成形之后還需進(jìn)展信號(hào)處置，它通常是某一個(gè)檢測(cè)信號(hào)的最正確準(zhǔn)那么的物理實(shí)現(xiàn)。信號(hào)處置的主要方式為匹配濾波、相關(guān)技術(shù)和自順應(yīng)技術(shù)。實(shí)踐上，信號(hào)處置系統(tǒng)、顯示、聽測(cè)、判決等都是和聲納員親密相關(guān)的，它們共同代表信號(hào)處置系統(tǒng)。處置增益的最大損失通常產(chǎn)生于它們的銜接處?！俺绦蚩刂屁暿菫榱诉M(jìn)展同步和自順應(yīng)?！菜摹陈暭{的分類一現(xiàn)代聲納技術(shù)及其開展以波束方式分可以分為單波束聲納和多波束聲納。以技術(shù)類型分可以分為合成孔徑聲納、多波束聲納、超短基線定位聲納等。以運(yùn)用方式分探測(cè)聲納、拖曳聲納、水下地貌儀、魚探儀等等。彩色圖像聲納屬于機(jī)械掃描式的單波束探測(cè)自動(dòng)聲納。

〔四〕聲納的分類二彩色圖像聲納CST-I彩色圖像聲納上世紀(jì)90年代投入運(yùn)用的彩色圖像聲納。CIS-2000彩色圖像聲納運(yùn)用范圍最廣的彩色圖像聲納。DFIS-I彩色圖像聲納具有雙頻率的彩色圖像聲納。TKIS-I頭盔式彩色圖像聲納可由潛水員攜帶運(yùn)用的小型彩色圖像聲納。

〔一〕750實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的彩色圖像聲納設(shè)備DFIS-I雙頻彩色圖像聲納CIS-2000彩色圖像聲納TKIS-I頭盔式彩色圖像聲納二彩色圖像聲納CIS-2000彩色圖像聲納功能特點(diǎn)：1.逐行顯示，圖像穩(wěn)定、明晰；2.極坐標(biāo)、扇形和B型掃描；3.深度丈量顯示；4.聲納畫面硬盤存儲(chǔ)、回放；5.預(yù)留GPS接口，可輸入GPS信號(hào)實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)；6.扇掃中心與實(shí)踐掃描中心一致；7.光標(biāo)間隔不隨間隔換檔變化；8.可存儲(chǔ)8幅聲納圖像；9.硬拷貝輸出圖像；10.系統(tǒng)參數(shù)永久保管；11.實(shí)時(shí)時(shí)鐘。性能特點(diǎn)：1.任務(wù)頻率：675kHz；2.波束開角：程度1.7°，垂直約60°；3.掃描步距角：0.225°；4.掃描范圍：360°延續(xù)掃描；5.測(cè)深精度：3‰；6.任務(wù)深度：大于100m；7.最大量程：100m，5檔可調(diào)?！捕巢噬珗D像聲納設(shè)備功能及性能特點(diǎn)二彩色圖像聲納DFIS-I彩色圖像聲納功能特點(diǎn)：1.體積小，分量輕；2.雙頻任務(wù)，適用于不同作業(yè)場(chǎng)所要求；3.可靠性、可維修性好，低磁性，耐腐蝕；4.功能齊全，圖文明晰易懂，操作簡一方便；5.良好的互換性，聲納頭、信號(hào)處置機(jī)都采用規(guī)范接口；6.防接錯(cuò)設(shè)計(jì)，一切接插件一一對(duì)應(yīng)；7.可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)展聲納圖像記錄和回放；8.信號(hào)處置機(jī)采用高可靠的工控機(jī)作為主機(jī)，可輸出視頻信號(hào)進(jìn)展實(shí)時(shí)錄像；9.WindowsXPEmbedded操作系統(tǒng)；10.測(cè)高功能；11.測(cè)深功能。性能特點(diǎn)：1.任務(wù)頻率：400kHz±2kHz，655kHz±2kHz；2.波束開角：程度1.9°，垂直約30°；3.掃描步距角：0.225°；4.掃描范圍：360°延續(xù)掃描；5.測(cè)深精度：3‰；6.任務(wù)深度：大于100m；7.測(cè)距精度：優(yōu)于0.1米±2.5%dR；8.最大量程：200m，延續(xù)可調(diào)；9.最小量程：2m。〔二〕彩色圖像聲納設(shè)備功能及性能特點(diǎn)二彩色圖像聲納TKIS-I頭盔式彩色圖像聲納功能特點(diǎn)：1.體積小，分量輕；2.功能齊全，圖文明晰易懂，操作簡一方便；3.潛水員攜帶；4.單人操作；5.具有良好的水下水上互動(dòng)功能；6.可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)展聲納圖像記錄和回放；7.信號(hào)處置機(jī)采用高可靠的工控機(jī)作為主機(jī)，可輸出視頻信號(hào)進(jìn)展實(shí)時(shí)錄像；8.WindowsEmbedded操作系統(tǒng)。性能特點(diǎn)：1.任務(wù)頻率：678kHz±2kHz；2.波束開角：程度2.2°，垂直約22°；3.掃描步距角：0.45°；4.掃描范圍：0～150°往復(fù)掃描；5.視場(chǎng)角：28.5°；6.任務(wù)深度：60m；7.最大量程：100m，4檔可調(diào)?！捕巢噬珗D像聲納設(shè)備功能及性能特點(diǎn)二彩色圖像聲納聯(lián)接及裝配步驟聯(lián)接步驟：銜接水下電纜與聲納頭→銜接過渡纜與水下電纜纜車→銜接主機(jī)與過渡纜→銜接電源線與主機(jī)→銜接電源線與電源插座→通電。本卷須知：1.設(shè)備銜接前應(yīng)進(jìn)展檢查，確保各部件完備完好；2.銜接設(shè)備時(shí)應(yīng)斷電操作；3.銜接水密插頭座和航空插頭座時(shí)應(yīng)遵照相應(yīng)的步驟和要求；4.銜接及搬運(yùn)過程中應(yīng)確保人身平安和設(shè)備平安?！踩巢噬珗D像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聯(lián)接及裝配步驟裝配步驟：聲納頭快出水前斷電→斷開電源線與電源插座→從主機(jī)上拆下電源線→從主機(jī)上裝配過渡纜→從水下電纜纜車上拆下過渡纜→清潔水下電纜及聲納頭并沖淡→從聲納頭上拆下水下電纜。本卷須知：1.設(shè)備裝配前應(yīng)關(guān)斷電源并拔除電源線；2.聲納頭及水下電纜應(yīng)進(jìn)展沖淡處置并擦拭干潔后再裝配裝箱；3.裝配水密插頭座和航空插頭座時(shí)應(yīng)遵照相應(yīng)的步驟和要求；4.裝配及搬運(yùn)過程中應(yīng)確保人身平安和設(shè)備平安?！踩巢噬珗D像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納水密插頭座的銜接裝配技巧步驟：先對(duì)準(zhǔn)止口插入硫化頭，再按①②步驟反復(fù)順時(shí)針扭壓蓋和插入硫化頭的動(dòng)作，直到可靠上緊！裝配水密插頭時(shí)，先拉硫化頭，后松金屬壓蓋，同樣是不斷反復(fù)直到卸下水密插座。以上過程不可用力過猛！本卷須知：銜接前，應(yīng)仔細(xì)檢查水密插頭及插座，確認(rèn)針孔對(duì)應(yīng)，排除能夠存在的異物、破損、進(jìn)水、變形等缺點(diǎn)，以保證水下電纜的銜接可靠！裝配前應(yīng)進(jìn)展沖淡處置并擦拭干潔，不可帶電裝配，以免呵斥設(shè)備及人員損傷?！踩巢噬珗D像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用水密插頭的銜接及裝配

①②水密插座止口位置水密插頭止口位置水密插頭硫化頭水密插頭金屬壓蓋深度傳感器防塵蓋②順時(shí)針旋緊金屬壓蓋①推入黃色硫化頭二彩色圖像聲納航空插頭座的銜接裝配技巧步驟：先對(duì)準(zhǔn)止口插入航空插頭，再順時(shí)針擰動(dòng)螺套，直到可靠上緊！裝配航空插頭時(shí)，逆時(shí)針擰動(dòng)螺套直到卸下航空插座。本卷須知：銜接前，應(yīng)確認(rèn)針孔、類型對(duì)應(yīng)，仔細(xì)檢查插頭及插座，排除能夠存在的異物、破損、進(jìn)水、變形等缺點(diǎn)，以保證電纜的銜接可靠！裝配前應(yīng)斷電，以免呵斥設(shè)備及人員損傷?！踩巢噬珗D像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用航空插頭的銜接與裝配二彩色圖像聲納拖魚的安裝運(yùn)用

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納拖魚的安裝運(yùn)用在彩色圖像聲納的運(yùn)用過程中，應(yīng)防止聲納頭以及聲納主機(jī)發(fā)生磕碰、損傷，對(duì)于聲納公用水下電纜與聲納頭、主機(jī)的銜接部分應(yīng)嚴(yán)厲按照操作闡明完成電氣、機(jī)械銜接，任何不規(guī)范的操作都能夠?qū)﹃P(guān)鍵銜接器件呵斥不可修復(fù)的損傷！水密插頭座在銜接時(shí)必需保證無異物、無水分、無損傷，以確保水密銜接可靠！彩色圖像聲納的公用水下電纜只作為傳輸信號(hào)運(yùn)用，不能用于承重，在吊放聲納頭及拖魚的過程中，應(yīng)防止水下電纜承載聲納頭及拖魚的分量！拖魚布放應(yīng)運(yùn)用專門的承重纜繩，并要保證公用水下電纜不接受分量！公用水下電纜的水密插頭一端采取了防止水下電纜及水密插頭插座銜接處接受外力的設(shè)計(jì)，如下圖，固定在水下電纜水密插頭一端的公用防受力高強(qiáng)度纜繩：每次運(yùn)用拖魚都必需將防止水密插頭座銜接處受力的高強(qiáng)度纜繩固定到拖魚的吊環(huán)上，以不使水下電纜受力為宜，即在高強(qiáng)度纜繩拉緊時(shí)銜接段的水下電纜仍能堅(jiān)持松弛。當(dāng)水下電纜或拖魚遇到不測(cè)情況受力時(shí)〔如拖魚遭到撞擊或者水下電纜不測(cè)纏繞〕，高強(qiáng)度纜繩可以維護(hù)水密插頭座銜接處不因外力沖擊而損傷或毀壞。拖魚的承重吊纜在拖魚布放、運(yùn)用時(shí)接受拖魚與聲納頭的全部分量，公用水下電纜不接受分量！

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實(shí)定聲納頭0°方位：聲納頭的0°位方向其實(shí)是指，當(dāng)面板上掃描中心為0°時(shí)，聲納啟動(dòng)后聲納頭開場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)的起始位置。這是一個(gè)為了方便判別聲納掃描方位而設(shè)定的零位，是一個(gè)用于參考的相對(duì)位置。。本卷須知：不同類型聲納頭的0°位方向能夠會(huì)有所不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)踐情況來判別。0°方位的作用：聲納頭的0°位方向的設(shè)定主要是為了方便目的與聲納頭之間的相對(duì)方位的斷定，與羅經(jīng)的意義不同，但作用類似。〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實(shí)定DFIS-I聲納頭0°方位：聲納頭兩個(gè)水密插座連線的垂向，朝向深度傳感器的一端為聲納頭掃描的0°方位，它對(duì)應(yīng)于掃描中心為0°時(shí)的換能器面的法線方向。

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實(shí)定CIS-2000聲納頭0°方位：聲納頭兩個(gè)水密插座連線的垂向，朝向深度傳感器的一端為聲納頭掃描的0°方位，它對(duì)應(yīng)于掃描中心為0°時(shí)的換能器面的法線方向。

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實(shí)定另一種確定聲納頭掃描的0°方位的方法是：(1)將聲納的任務(wù)方式開關(guān)撥至極坐標(biāo)；(2)將掃描中心開關(guān)撥至0°；(3)翻開聲納電源；(4)待聲納自檢終了，進(jìn)入到極坐標(biāo)方式。此時(shí)，立刻按下凍結(jié)鍵,聲納頭換能器面的法線方向固定指向聲納頭掃描的0°方位。

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納頭零方位確實(shí)定聲納頭固定在載體上時(shí)的0°方位的方法：

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納頭磁羅經(jīng)的運(yùn)用聲納頭磁羅經(jīng)：聲納頭的磁羅經(jīng)對(duì)應(yīng)大地真北所確定的方向坐標(biāo)。磁羅經(jīng)安裝在聲納頭中，用于聲納頭在水下的方向指示。磁羅經(jīng)運(yùn)用時(shí)要求周圍沒有鐵磁物體構(gòu)成的磁場(chǎng)干擾。磁羅經(jīng)的校準(zhǔn)：聲納頭的磁羅經(jīng)校準(zhǔn)功能對(duì)用戶是封鎖的，由于校準(zhǔn)時(shí)對(duì)環(huán)境的要求較高，且需求校準(zhǔn)設(shè)備，普通需求返場(chǎng)校準(zhǔn)。磁羅經(jīng)的精度：聲納頭的磁羅經(jīng)的精度約為10°，我們將不斷提高磁羅經(jīng)的精度。本卷須知：聲納頭在存放、安裝及運(yùn)用時(shí)，應(yīng)防止聲納頭接近鐵磁物質(zhì)，如鐵、鎳及其合金以及磁鐵等，以免導(dǎo)致聲納頭內(nèi)置電子羅盤偏向或失靈。〔四〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納數(shù)據(jù)的記錄CIS-2000：2005年以后消費(fèi)的設(shè)備都配備硬盤，具備本機(jī)記錄數(shù)據(jù)的功能。同時(shí)還可以經(jīng)過聲納記錄軟件利用計(jì)算機(jī)進(jìn)展同步記錄。DFIS-I：可以保管到本機(jī)，也可以保管到外接的挪動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。TKIS-I：保管到本機(jī)或挪動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。本卷須知：DFIS-I的數(shù)據(jù)不能保管到C盤，以免呵斥設(shè)備系統(tǒng)解體。〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納數(shù)據(jù)的記錄系統(tǒng)進(jìn)入任務(wù)形狀后，將用于聲納資料存儲(chǔ)的USB設(shè)備〔通常是U盤〕插入主機(jī)面板USB接口，并在軟件里設(shè)置將聲納記錄途徑為該USB設(shè)備。引薦運(yùn)用Sandisk的高速USB設(shè)備。〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用警告！嚴(yán)禁將聲納數(shù)據(jù)保管到系統(tǒng)C盤！任何對(duì)C盤的操作能夠?qū)е聡?yán)重的系統(tǒng)解體，請(qǐng)勿更改、刪除C盤的任何文件，同時(shí)嚴(yán)禁向C盤寫入任何文件！請(qǐng)將重要資料保管到USB設(shè)備！二彩色圖像聲納聲納操作系統(tǒng)開機(jī)：按照闡明將聲納各系統(tǒng)銜接好，并將聲納頭置于水中。當(dāng)系統(tǒng)安裝就緒后聲納即可進(jìn)入任務(wù)。在翻開聲納電源前，應(yīng)首先檢查電源電壓能否正常。正常的電源電壓應(yīng)在180V～240V之間，過高的電源電壓會(huì)損壞聲納系統(tǒng)。增益調(diào)整：聲納圖像的彩色和亮度〔當(dāng)前的調(diào)色板為彩色表。對(duì)于黑白表那么為灰度和亮度。〕反映了聲信號(hào)回波的強(qiáng)弱。回波越強(qiáng)，圖像的亮度就越高，彩色就越艷麗。增益旋鈕控制系統(tǒng)的增益；增益太低，反射身手較弱的目的就不能顯示出來；增益太高，那么系統(tǒng)的輸出噪聲添加，使得目的難以分辨。轉(zhuǎn)動(dòng)增益旋鈕，仔細(xì)察看聲納圖像的變化。操作時(shí)，將“作用間隔〞置于5米檔，任務(wù)方式選擇為“PPI〞。增益的選擇與聲納的任務(wù)間隔也有很大的關(guān)系。普通在近間隔(5～10米)作業(yè)時(shí)，可將增益設(shè)置在1/4滿刻度以下；在中等間隔(20～50米)作業(yè)時(shí)，可將增益設(shè)置在1/4滿刻度左右；在遠(yuǎn)間隔(100米)作業(yè)時(shí)，可將增益設(shè)置在1/4～1/2滿刻度之間；在長電纜任務(wù)時(shí)，應(yīng)相應(yīng)提高增益?！踩巢噬珗D像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納操作任務(wù)方式選擇：根據(jù)聲納的用途來確定聲納的任務(wù)方式，DFIS-I聲納可用在水下載體導(dǎo)航、避碰、水下目的搜索、目的定位、測(cè)深等方面。聲納具有四種任務(wù)方式：“PPI〞、“扇掃〞、“B掃〞、“側(cè)掃〞?！癙PI〞方式用在全景搜索，聲納以載體為中心進(jìn)展360度搜索，該方式的主要優(yōu)點(diǎn)是搜索范圍大，但搜索同一目的的間隔時(shí)間較長，對(duì)聲納頭的安裝位置有特殊要求〔載體不應(yīng)影響聲納頭換能器的波束〕。在“PPI〞方式下，聲納頭的位置處于圖像顯示區(qū)的中心。“扇掃〞任務(wù)方式針對(duì)某一固定的扇面區(qū)域進(jìn)展掃描，它與“掃描角度〞、“掃描中心〞配合運(yùn)用。在導(dǎo)航、避碰等運(yùn)用場(chǎng)所，感興趣的區(qū)域普通都在載體的正前方，此時(shí)可將“掃描中心〞設(shè)置在‘0°’，“掃描角度〞設(shè)置在‘120°’進(jìn)展扇掃。在水下目的搜索運(yùn)用場(chǎng)所，在“PPI〞方式下找到目的后，可調(diào)整載體的方位使得目的處于載體的正前方，然后再改用“扇掃〞任務(wù)方式，為了加快掃描速度，可將“掃描角度〞設(shè)置得小一點(diǎn)。“扇掃〞任務(wù)方式下，聲納頭的位置處于圖像顯示區(qū)的邊緣。改動(dòng)“掃描角度〞和“掃描中心〞，聲納頭的位置也將在顯示區(qū)邊緣上挪動(dòng)。

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納操作任務(wù)方式選擇：“B掃〞任務(wù)方式是將聲納圖像進(jìn)展線性變換后顯示在屏幕上，其結(jié)果使得近間隔的目的被放大。當(dāng)聲納接近目的時(shí)，將聲納作用間隔設(shè)置為近間隔任務(wù)形狀〔5～10米〕，此時(shí)“B掃〞任務(wù)方式會(huì)顯示出優(yōu)越性，近間隔的目的被放大后顯示出來，可以更清楚地察看目的及其方位。值得留意的是，聲納圖像是畸變的，并且顯示的聲納圖像不隨中心角的變化而旋轉(zhuǎn)，操作時(shí)應(yīng)留意聲納當(dāng)前的中心角度。該方式與“掃描角度〞、“掃描中心〞配合運(yùn)用?！皞?cè)掃〞可使聲納具有旁視的功能，也可用此方式測(cè)深。但作為圖像聲納，普通很少用作測(cè)深，并且在測(cè)深任務(wù)時(shí)需將聲納頭作程度安裝。在“側(cè)掃〞方式下，圖像作走航式挪動(dòng)，根據(jù)中心角度的不同分為左右舷。當(dāng)聲納頭朝右舷時(shí)，圖像顯示的原點(diǎn)位于圖像顯示區(qū)的左邊，反之，圖像顯示的原點(diǎn)位于圖像顯示區(qū)的右邊。

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納操作作用間隔選擇：聲納的作用間隔檔的選擇依賴于聲納的運(yùn)用場(chǎng)所。對(duì)于較大目的的搜索，聲納的作用間隔檔普通應(yīng)首先選擇在最大作用間隔檔〔200米檔或100米檔〕，以保證最有效的搜索半徑。在聲納發(fā)現(xiàn)目的，逐漸引導(dǎo)載體接近后，應(yīng)不斷地改動(dòng)作用間隔檔以提高聲納的掃描速度和目的的分辨率。當(dāng)聲納用在避碰作業(yè)時(shí)，可根據(jù)載體的航行速度及要求的妨礙物預(yù)警間隔來確定聲納的作用間隔檔和掃描范圍。普通地，載體的航速越快，要求聲納的掃描范圍越小，作用間隔越大。

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納操作掃描速度選擇：作為搜索、避碰聲納的運(yùn)用場(chǎng)所，都希望聲納的掃描速度越快越好，但在單波束機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的聲納系統(tǒng)中，聲音的傳播速度制約了掃描速度的提高。本系統(tǒng)在堅(jiān)持聲納目的不喪失的情況下將聲納的掃描速度提高到了極限。設(shè)有：“特快〞、“快速〞，“中速〞、“慢速〞、“特慢〞五檔。普通地，“中速〞檔的聲納圖像曾經(jīng)比較細(xì)膩，對(duì)于要求圖像質(zhì)量較高的運(yùn)用場(chǎng)所，可采用“中速〞或“慢速〞檔掃描；在要求掃描速度的運(yùn)用場(chǎng)所，可采用“快速〞甚至“特快〞檔掃描，它們?cè)跔奚鼒D像質(zhì)量的根底上到達(dá)了掃描速度的提高，這兩檔掃描速度均不影響目的的搜索。在中、遠(yuǎn)間隔任務(wù)時(shí)，建議運(yùn)用“快速〞或“特快〞檔掃描。在較小的區(qū)域或比較淺的水域任務(wù)時(shí)，“特慢〞檔提供一種有力的手段來保證圖像的明晰度，免受多次回波的影響。當(dāng)然，會(huì)大大降低掃描速度。

〔三〕彩色圖像聲納設(shè)備的操作運(yùn)用二彩色圖像聲納聲納原理彩色圖像聲納是一種利用超聲波進(jìn)展水下目的探測(cè)的聲學(xué)設(shè)備。它經(jīng)過聲納頭上的換能器發(fā)射出聲波，聲波在水下傳播，遇到物體就會(huì)構(gòu)成反射的回波，回波被換能器接納到以后，經(jīng)信號(hào)處置后構(gòu)成聲納圖像，顯示在主機(jī)屏幕上。彩色圖像聲納是一種機(jī)械掃描式聲納，聲納頭上的換能器在處置主機(jī)的控制下，可以360度旋轉(zhuǎn)掃描。換能器的旋轉(zhuǎn)角度可以準(zhǔn)確控制，換能器旋轉(zhuǎn)到一個(gè)角度時(shí)，換能器發(fā)射出聲波，在既定的量程里，反射回波被接納到后，換能器才旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)角度。這個(gè)時(shí)間非常短，足夠聲波到達(dá)目的并構(gòu)成反射回波，并被換能器接納到。由于聲波在水下傳播的速度是知的〔約1500m/s〕，聲波發(fā)射和接納到回波的時(shí)間也是知的〔信號(hào)處置計(jì)算得出〕，故而可以得出目的與換能器之間的間隔。換能器延續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以得到目的的延續(xù)聲納影像。在這個(gè)影像中，可以得到目的與換能器的方位和間隔。

〔四〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理二彩色圖像聲納聲納原理聲波在水中會(huì)衰減，不同頻率的聲波衰減程度不同，通常情況下，頻率越高，衰減得越快。衰減意味著聲波能量的耗費(fèi)，能量耗費(fèi)越快，聲波傳播的間隔就越近。故而一樣能量的聲波，低頻傳播的間隔要比高頻遠(yuǎn)。DFIS-I彩色圖像聲納是一種雙頻聲納，它有兩個(gè)任務(wù)頻率，400kHz和655kHz，可以滿足不同間隔的探測(cè)要求。水域環(huán)境良好的情況下，DFIS-I彩色圖像聲納任務(wù)在低頻〔400kHz〕的作用間隔是200m，任務(wù)在高頻〔655kHz〕的作用間隔是100m。由于聲波對(duì)目的的特性，高頻任務(wù)時(shí)的分辨率要優(yōu)于低頻，故而低頻適用于大范圍粗略搜索目的，高頻適用于近間隔的察看探測(cè)。DFIS-I彩色圖像聲納的操作非常簡單，利用它來進(jìn)展目的探測(cè)的難點(diǎn)集中在聲納圖像的判讀上。這對(duì)操作人員的要求相對(duì)較高，一方面，要有一定的水聲學(xué)和電子學(xué)專業(yè)知識(shí)，對(duì)DFIS-I彩色圖像聲納的任務(wù)原理有深化的了解，熟習(xí)設(shè)備的構(gòu)造和操作，另一方面，要有豐富的運(yùn)用閱歷，可以結(jié)合目的特性、環(huán)境特征和設(shè)備特點(diǎn)，對(duì)目的的聲納圖像進(jìn)展識(shí)別、分析并做出判別。DFIS-I彩色圖像聲納的運(yùn)用是一個(gè)漸進(jìn)的過程，隨著操作人員對(duì)設(shè)備的任務(wù)方式、任務(wù)原理越來越熟習(xí)，實(shí)踐運(yùn)用的閱歷越來越豐富，操作運(yùn)用將會(huì)越來越簡單。

〔四〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理消聲水池聲納掃描圖像二彩色圖像聲納聲納原理上圖是DFIS-I彩色圖像聲納在專業(yè)消聲水池里獲得的圖像，該圖像顯示的是水池的輪廓。從聲納圖像上可以獲得該水池的外形和尺寸〔尺寸的丈量在后續(xù)章節(jié)里有詳細(xì)表達(dá)〕。假設(shè)熟習(xí)該聲納運(yùn)用的操作人員，可以從聲納圖像上得出如下信息：1.水池是長方形的；2.水池的尺寸是8m×20m；3.聲納位于水池一側(cè)中心線上〔即知道聲納與水池的相對(duì)位置關(guān)系〕；4.聲納所在一側(cè)為淺水區(qū)域，另一側(cè)應(yīng)為深水區(qū)域。普通來說，第一、二、三個(gè)結(jié)論應(yīng)該很好得出，由于從圖像上看，很直觀。但實(shí)踐上，這是一種理想形狀下得到的聲納圖像，在真正的江河湖海環(huán)境中，很難得到這樣理想的圖像。首先，這是專業(yè)的消聲水池，在水池的池壁上都安裝了消聲尖劈，可以有效降低聲波的反射和混響，從而使得到的聲納圖像沒有鏡面反射，看起來比較直觀，操作人員可以直接判別出水池的外形、尺寸，以及聲納所處的位置。對(duì)比以下圖來看，操作人員很難一眼判別水池的池壁是哪一個(gè)，從而也就無法判別外形、尺寸。以下圖是普通水池的聲納掃描圖像，可以看到池壁的反射回波很厲害，在各個(gè)方向構(gòu)成了劇烈的鏡像反射，從而構(gòu)成復(fù)雜的聲納圖像〔圖中虛線框?yàn)閷?shí)踐水池輪廓，讀者可嘗試本人判讀〕。實(shí)踐上，上圖的情況有助于剛?cè)腴T的操作人員對(duì)聲納任務(wù)原理的了解，由于它是最貼近實(shí)際情況的直觀顯示。假設(shè)運(yùn)用人員對(duì)實(shí)際知識(shí)掌握的好，就很好了解上圖的聲納圖像所蘊(yùn)含的信息，同樣的，對(duì)更進(jìn)一步的聲納圖像判讀起來，也就更容易上手。

〔四〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理普通水池的聲納掃描圖像二彩色圖像聲納聲納原理我們?cè)倩氐缴蠄D的情況，強(qiáng)反射依然存在，只是相對(duì)以下圖的情況要好得多。從圖中可以看出來，池壁與聲納頭連線垂直的部位反射最劇烈，在聲納圖像上呈現(xiàn)鮮紅色，在這些部位后面都可見到強(qiáng)反射多次回波呵斥的鏡像。通常情況下，狹窄水域，淺水水域容易呵斥強(qiáng)反射和多次回波，從而使聲納圖像呵斥鏡像，影響識(shí)圖和判別。還有一種情況，就是光滑平整的平面，當(dāng)該平面與聲納發(fā)射聲波的方向垂直的時(shí)候，反射回波最劇烈，假設(shè)聲納頭間隔該平面較近的話，也容易構(gòu)成鏡像。這些情況是操作人員需求留意的。那么上圖得到的4個(gè)結(jié)論跟我們討論聲納的判圖有什么關(guān)系呢？第一個(gè)結(jié)論其實(shí)是指的目的外形的判別，這對(duì)目的的識(shí)別很重要。利用聲納探測(cè)目的，主要是經(jīng)過目的的外形和位置來進(jìn)展判別，然而實(shí)踐運(yùn)用中，目的物體的外形和位置，有的是知的，有的是未知的，那么怎樣來判別呢？普通來說，第一要充分利用知的信息，比如目的的外形、尺寸、位置，周圍環(huán)境的特點(diǎn)，比如規(guī)那么的建筑物、地形等，來作為參考，第二要根據(jù)現(xiàn)有條件和信息合理推測(cè)目的物體當(dāng)前能夠呈現(xiàn)的形狀，從而確定目的物體。在實(shí)踐的運(yùn)用環(huán)境中，情況能夠很復(fù)雜，聲納圖像上的目的外形，能夠跟目的實(shí)踐的外形相差較大，這多數(shù)情況下是由于聲納與目的物體之間的相對(duì)位置關(guān)系呵斥的，就好比我們察看一個(gè)輪胎，從不同的角度去看，它能夠呈現(xiàn)不同的外形，某個(gè)角度看是圓形，某個(gè)角度看是橢圓，另一個(gè)角度看能夠就是條狀了。所以，聲納在不同位置掃描同一目的能夠呈現(xiàn)不同的外形，因此在實(shí)踐運(yùn)用中，可以嘗試從不同方向探測(cè)同一目的，從而得到可靠的斷定根據(jù)。當(dāng)然，還有其他情況也會(huì)呵斥目的外形與預(yù)期不符的，比如目的物體損毀、被泥土掩埋，或是被其他物體遮擋，這時(shí)，就需求操作人員根據(jù)閱歷來進(jìn)展判別了。

〔四〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理二彩色圖像聲納聲納原理第二個(gè)結(jié)論是聲納圖像更進(jìn)一步的判讀，就是丈量目的尺寸。要得到第二個(gè)結(jié)論，首先要滿足第一個(gè)結(jié)論，即首先要確認(rèn)目的。只需確認(rèn)目的后，第二個(gè)結(jié)論才有意義。確認(rèn)目的有很多手段，可以根據(jù)聲納圖像上的外形判別，也可以利用水下電視、潛水員等輔助手段確認(rèn)。確認(rèn)目的后，即可對(duì)感興趣的尺寸進(jìn)展丈量。丈量目的尺寸需求滿足一個(gè)要求，即聲納頭形狀的穩(wěn)定。DFIS-I彩色圖像聲納是一種機(jī)械式掃描聲納，延續(xù)的目的圖像的構(gòu)成依托的是聲納頭上換能器的轉(zhuǎn)動(dòng)，假設(shè)聲納頭是猛烈運(yùn)動(dòng)的，目的圖像就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，從而導(dǎo)致無法判圖，更無從丈量尺寸了。普通情況下，聲納頭是安裝到艦船、ROV、潛器等平臺(tái)上固定運(yùn)用的，并且要求平臺(tái)盡量平穩(wěn)低速行駛，甚至是靜泊不動(dòng)的，這樣，聲納頭是相對(duì)穩(wěn)定的，可以得到無變形的聲納圖像。還有一種情況是聲納頭安裝到拖魚上運(yùn)用，此時(shí)要求運(yùn)用水域有一定流速，或是作業(yè)船只帶有一定航速，這樣拖魚在水流作用下可以使聲納頭堅(jiān)持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定，從而得到無變形或變形不大的聲納圖像。

〔四〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理二彩色圖像聲納聲納原理第三個(gè)結(jié)論的根底依然是目的確實(shí)認(rèn)，只需確認(rèn)目的了，才干根據(jù)聲納圖像進(jìn)展判別。有的操作人員往往忽視這個(gè)結(jié)論，其實(shí)目的與聲納的相對(duì)位置關(guān)系是很重要的一個(gè)判別，由于這通常是后續(xù)作業(yè)的根底。我們利用聲納探測(cè)、察看目的，一是要找到目的，獲取目的現(xiàn)有的形狀信息，二是為針對(duì)目的的后續(xù)作業(yè)做預(yù)備。很多情況下，目的都是要打撈、清理或者是繼續(xù)在其根底上進(jìn)展其他作業(yè)活動(dòng)的，相對(duì)位置關(guān)系的判別，可以為后續(xù)任務(wù)提供重要的根據(jù)。最后一個(gè)結(jié)論，能夠很難直接得出，由于從聲納圖像上無法直觀的看出，DFIS-I彩色圖像聲納只能對(duì)換能器旋轉(zhuǎn)方向上的尺度進(jìn)展丈量，我們可以從聲納圖像上量出水池的長和寬，但是無法量出水池的深度。那么淺水區(qū)和深水區(qū)的結(jié)論是怎樣來的呢？這里其實(shí)就要考量操作人員對(duì)聲納的任務(wù)原理的了解、周圍環(huán)境的分析以及聲納運(yùn)用的閱歷的積累程度了。調(diào)查圖3，可以看到，聲納頭周圍有一個(gè)不規(guī)那么的圈狀區(qū)域是黑色的，沒有任何目的反射信號(hào)，這是由于聲納換能器的盲區(qū)呵斥的，而在水池的另一頭，也有一片方形的區(qū)域是沒有任何目的反射信號(hào)的，這是什么緣由呵斥的呢？其實(shí)假設(shè)深知聲納任務(wù)原理富有閱歷的操作人員，立馬就能判別，是那一側(cè)的水池底部向下凹陷了，聲納發(fā)射的聲波打不到池底〔聲波被平坦部分的池底擋住了〕，從而構(gòu)成陰影，故而可以推斷，聲納頭所在的一側(cè)是淺水區(qū)，而另一側(cè)是深水區(qū)。這個(gè)結(jié)論說穿了其實(shí)很簡單，但從這個(gè)結(jié)論，我們可以得到很多啟示：聲納實(shí)際和任務(wù)原理是根底，一定要掌握牢靠，但要靈敏運(yùn)用；更重要的是，要學(xué)會(huì)利用實(shí)際、環(huán)境和閱歷來做出合理的推斷，從而將聲納的運(yùn)用發(fā)揚(yáng)到極致。

〔四〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理二彩色圖像聲納圖像根底很多情況下，聲納圖像會(huì)很類似于該物體的光學(xué)圖像。其他情況下，聲納圖像能夠很難闡明，并且和預(yù)期的光學(xué)圖像有差別。掃描產(chǎn)生的聲納圖像不同于人眼看到或是照相機(jī)拍攝的光學(xué)圖像。由于產(chǎn)生聲納圖像的超聲信號(hào)的物理性質(zhì)，導(dǎo)致聲納圖像的分辨率總是低于光學(xué)圖像。通常，粗糙不平的物體在很多方向上反射聲波較好，因此它們是很好的聲納目的。平滑有角的外表會(huì)在某個(gè)特定方向上呵斥很強(qiáng)的反射，但其他方向上能夠根本沒反射。有些物體，諸如平滑的平面，聲納能夠難以發(fā)現(xiàn)。它們能夠構(gòu)成完美的鏡像〔因此叫做鏡面反射〕，把聲納脈沖反射到預(yù)料之外的方向上。在察看者的視角里，就像是在窗戶里看到東西一樣。人眼每天都會(huì)看到反射的倒影，但是當(dāng)同樣的情況出如今聲納圖像里，也會(huì)感到吃驚。就像通常的視覺一樣，它對(duì)于從不同位置掃描物體很有用，可以協(xié)助識(shí)別它們。從一個(gè)方向識(shí)別不了的目的，能夠很隨便的就從其他方向識(shí)別出來了。有一點(diǎn)值得留意的是，聲納圖像上的目的間隔都是斜距。通常，目的的相對(duì)高度是不知道的，僅知道其到換能器的間隔。這意味著，顯示在屏幕上一樣位置的兩個(gè)目的能夠位于不同的深度度。舉個(gè)例子，他能夠看到一個(gè)目的在海底，但是另一個(gè)目的漂浮在海面的同一位置。經(jīng)過分析陰影，可以預(yù)估海底目的的物體高度。

〔四〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理二彩色圖像聲納圖像根底

〔五〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理短發(fā)射脈沖約30°高約1.9°寬二彩色圖像聲納圖像根底

〔五〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理二彩色圖像聲納圖像根底

〔五〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理換能器轉(zhuǎn)動(dòng)掃描二彩色圖像聲納圖像根底

〔五〕彩色圖像聲納設(shè)備的任務(wù)原理換能器轉(zhuǎn)動(dòng)掃描目的陰影目的回波沒有回波海底回波一樣斜距不同高度的目的在聲納圖像上顯示在同一位置利用陰影長度估算目的高度二彩色圖像聲納聲納圖像案例分析彩色圖像聲納設(shè)備的運(yùn)用中，聲納操作人員的作用很重要，其不僅要根據(jù)實(shí)踐情況隨時(shí)操控聲納設(shè)備，還要根據(jù)聲納圖像得出結(jié)論。聲納只是一種設(shè)備，功能性能是一定的，但是在不同閱歷的操作人員手中，發(fā)揚(yáng)的作用卻不同。操作人員應(yīng)立足于設(shè)備，積極開動(dòng)腦筋，發(fā)揚(yáng)想象力，不斷的發(fā)掘設(shè)備的潛力，開發(fā)出更多的運(yùn)用方法。下面的案例分析，僅作為學(xué)員了解聲納任務(wù)流程，學(xué)習(xí)判圖方法的簡單講解，實(shí)踐閱歷的積累還要靠操作人員在運(yùn)用過程中不斷的探求?！参濉嘲咐治鰪U棄油井潛水員

2003年4月，利用彩色圖像聲納進(jìn)展油井的搜索和引導(dǎo)潛水員定位深圳西麗水庫堤壩檢查經(jīng)過軟件上標(biāo)尺可以很方便地用鼠標(biāo)得出各邊的長度，因此可以很容易地完成丈量堤壩坡比任務(wù)，直觀地反映出堤壩護(hù)坡的石塊堆積情況。以下圖是監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的堤壩塌陷部位的圖像由圖中可察看到堤壩水下發(fā)生坍塌，詳細(xì)位置及范圍、深度可由圖中標(biāo)尺直接計(jì)算出來。檢測(cè)目的：檢查橋閘護(hù)坦有無凸出物、水流沖刷呵斥的溝壑。檢測(cè)方法，先以彩色圖像聲納進(jìn)展大范圍檢測(cè)，再以水下電視確認(rèn)。左圖為聲納在護(hù)坦上檢測(cè)到的圖像。從中可以看到有一明顯的不明突起物。然后用水下電視進(jìn)展水下拍攝，發(fā)現(xiàn)是一塊施工時(shí)期留下的大石塊。右圖是水下電視圖像截圖。潮陽海門灣橋閘下游護(hù)坦檢測(cè)聲納設(shè)備在底坎附近的掃描圖像(圖中亮顯部分為鐵架等雜物)水下電視察看到的底坎附近堆積的鋼架等雜物小灣電站導(dǎo)流底孔閘門檢測(cè)聲納掃描到閘門口的外形構(gòu)造水庫閘門檢測(cè)二彩色圖像聲納●彩色圖像聲納應(yīng)存放在溫度適宜、空氣枯燥、通風(fēng)良好的