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声呐技术是指各国海军为提高声呐的探测效能而开发和应用的技术。声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备,是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。声波是人类迄今为止已知可以在海水中远程传播的能量形式,声纳(sonar)产生于第一次世纪大战期间,由声音(sound)、导航(navigation)和测距(ranging)的字头构成的缩写。它利用声波在水下的传播特性,通过电声转换和信息处理,完成对水下目标进行探测、定位和通信,判断海洋中物体的存在、位置及类型,同时也用于水下信息的传输。
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o. c, H0 d9 ?8 L B 水声换能器是声呐系统的重要部件,根据工作状态的不同,可分为两类:
+ p' g+ ?8 g" d6 ~ 一类称为发射换能器,它将电能转换为机械能,再转换为声能; 7 y9 n8 d. C+ E4 ` M% j
另一类称为接收换能器,它将声能转换为机械能,再转换为电能。 & Y0 s/ L: R! D. F* R$ o, o! M! X
实际应用中的水声换能器兼有发射和接收两种功能,现代声呐技术对水声发射换能器的要求是:低频、大功率、高效率以及能在深海中工作等特性。
1 F$ O* w( C) M2 D" t" D. p 水下声呐技术在军事、海洋测绘、海流流速测量、海洋渔业、水声通信、水下声学定位等领域有着广泛的应用,先进信号处理技术、水声通信和声呐组网技术、被动声呐技术、低频主动声呐技术、爆炸声回波定位技术是声呐技术的主要发展方向,此外,诸如水下声学成像技术、侧扫声呐技术、合成孔径声呐技术等关键技术也是国内外研究的焦点。
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5 D. C1 a# q! l 一、声呐系统分类
( C' j; z; u& T6 t: c O/ j 声呐系统可以从多种角度分类,不同的声呐按照某种分类方法属于一类,而按其他分类方法可能又属于不同的类别。下表为从不同的分类角度介绍的各种声呐的主要特点。
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& ?4 D/ b% k8 J. y; h8 T 二、典型的声呐系统
- j6 M. O) U7 [8 R) [# Y) b: Q2 A 目前典型的声呐系统包括拖曳阵声呐、船侧阵声呐、双/多基地声呐、地形地貌探测声呐、小目标成像声呐、合成孔径声呐和通信声呐等。
2 W. c6 D1 T) J1 Z. p3 Y 船侧阵声呐:是将若干个水听器沿艇身侧向排列形成两个线列阵。由于水听器安装在舰船侧面艇壳表面,所以其收放简单,但是其受到本舰艇干扰的影响较大。
0 l5 a S. b7 U# |4 {4 a 双/多基地声呐:是相对于单基地声呐命名的。双基地或者多基地声呐是主动声呐,它的接收装置和发送装置距离较远。这样的布局使得主动声呐平台可以隐蔽和安全地探测目标。
" e% T" h* Q% }& C8 q% k6 ?/ J; O 地形地貌探测声呐:海底地形图描绘了海底深度与坐标的关系,而海底地貌图则是表明海底每点的回波信号的强度。
' {/ c. ]8 J$ l5 x/ B 合成孔径声呐 (SAS):1960年前后,合成孔径的概念才被引入声呐领域,目的是提高声呐的方位分辨力。其基本原理是利用小尺寸基阵匀速直线运动来虚拟大孔径基阵。但是受环境因素,声呐载体很难实现理想的匀速直线运动,所以相关的成像算法和运动补偿技术较为复杂,是合成孔径声呐的关键技术。
; C9 F1 [1 F! [ 拖曳阵声呐:也称作拖曳线列阵声呐,将水听器线列阵拖缆拖曳于船尾,并由拖缆收放系统进行姿态控制。
! U% u9 a. Z0 W+ R- v7 D 三、典型的声呐装备 , Y! L7 T- \* B3 B2 w2 j
⑴美国AN/SQR-19型被动拖曳线列阵声呐
2 Y# v! z( W' p$ O- T6 v AN/SQR-19被动拖曳线列阵声呐是在AN/SQR-18的基础上开发的,工作始于1976年。它是由美国西屋电气公司、古尔德公司和通用电气公司协作研制的。到1982年把第一部AN/SQR-19试验样机首次安装于美国海军DD-980 (Moosbmgger) 号导弹驱逐舰上,经试验鉴定后,自1983年开始正式批准生产。1985年7月AN/SQR-19第一套生产样机正式交付使用。 / T$ p9 Z7 C9 R# @. ]
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该声呐的主要使命是对潜远距离被
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