当前课程知识点：声纳技术 > 第五章 声纳测距技术 > 5.2 脉冲测距法 > 5.2.1 学习视频
本知识点讲解了脉冲测距法的基本原理和两种技术指标（工作距离和距离分辨力），并对其误差进行了分析。
大家好
本次课我们学习主动测距法中的脉冲测距法
主要学习其基本原理技术指标和误差分析
首先来学习其基本原理
在导语中我们分析过
脉冲测距法的基本原理是
发射机发射一个脉冲
然后利用接收回波与
发射脉冲信号间的时间差来测距
若有一目标与换能器的距离为R
换能器发射声脉冲经目标反射后往返传播总时间为t
也就是发射脉冲和接收脉冲之间的时间差为t
单程传播时间均为t/2
那么目标距离R就等于t/2乘以声速c
因此只要测得声脉冲往返时间t
就可求得目标距离
这是脉冲测距法方框图
其中
定时器每隔T时间发出触发脉冲
其宽度为τ
使发射机工作
发射机产生的调制脉冲
通过换能器基阵转换成声脉冲
并定向辐射声波
在海水中传播遇到目标后
就有部分能量反射回来
被接收换能器基阵所接收
然后接收机对回波信号进行放大
检波等处理后
将视频脉冲信号加到显示器上
声纳人员就可以在荧光屏上
根据回波信号离发射脉冲的
延迟时间按照标尺读出目标距离
其中收发转换开关的作用是在发射时
将接收机输入端关闭
当然我们现在的声呐已经不怎么用示波管的形式
往往是利用后续的数值信号处理系统
直接以数字的形式显示出目标的距离信息
但是其基本原理是类似的
在触发接收机的同时
定时器也触发显示器的锯齿波发生器
产生锯齿电压
并加到示波管水平偏转板上
于是示波管上的光点从发射机发射脉冲信号
开始立即由左向右扫描
由于接收机的输出
包括发射机发射的脉冲和目标反射回来的脉冲
接在示波管垂直偏转板上
于是荧光屏上便出现如图所示的电压波形
第一个为发射脉冲
稍后较小的便是目标反射的回波
回波落后于主波的时间t
便是声波从发射器发出
到目标再反射回到接收器的时间
当然我们现在的声呐已经很少
用示波管读数的形式来测距
往往是经过数值信号处理系统
直接以数值形式显示出目标的距离
但是其基本机理是类似的
下面来学习脉冲测距法的主要技术指标
第一个指标是作用距离R
脉冲测距法存在一个测距模糊的问题
如图所示
当有个回波信号落在发射脉冲2之前时
我们可以确定该回波
就是脉冲1的回波
即测距不模糊
但是
当有回波落在发射脉冲2的后面时
就无法判定该回波信号是
来自发射脉冲1还是发射脉冲2
这就是测距模糊问题
换句话说
当脉冲信号往返时间大于脉冲重复周期
如t=T+△t时
显示屏上的目标信号
将会出现在第二个扫描周期内
声呐员将不能区分目标是
在距离c(T+△t)∕2还是距离c△t∕2上
为了保证不发生测距模糊
我们可以增大脉冲重复周期
保证在工作范围内所有可能的目标的回波
都在一个脉冲周期内反射回来
即最大目标距离所对应的
往返时间必须小于最小的脉冲重复周期
另外
由于脉冲测距法的收发装置可以共用
也就是说在发射脉宽τ时间内
接收机处于关闭状态
无法接收信号
因此
脉冲测距法有一个最小作用距离
即Rmin≥ct/2
小于最小作用距离的区域
无法探测
称为脉冲宽度盲区
这就解释了为什么在实际工作的时候
我们已经能够看到目标了
而声呐无法探测的问题
对于声纳测距系统而言
距离分辨力是一个非常重要的指标
是指在同一方向上
声纳能分辨两个目标的最小距离差
那么距离分辨力与什么因素有关呢
如图为由两个目标时的回波信号
假设脉宽为τ
两个目标的回波到达时间分别为t1和t2
可以看出
当t2≥t1时
可以区分出两个目标
但是当t2逐渐减小
从而使t2−t1逐渐减小到
等于脉冲宽度𝜏时
两个回波信号首尾正好相连
称为一个信号
很难区分两个目标
因此能分辨两个目标的条件为t2−t1≥τ
相应的能分辨的最小目标距离间距
△R≥1/2 ct
即距离分辨力
因此要提高距离分辨力须使脉宽τ减小
即短脉冲的距离分辨力高
总结一下
对于一个脉冲信号
其最小脉冲周期T对应于最大作用距离
即满足Tmin≥(2Rmax)/c
而脉冲宽度τ对应于
最小作用距离和距离分辨力
分别对应Rmin≥ct/2和△R≥1/2ct
最后我们进行测距误差分析
测量总是会存在误差的
对脉冲测距公式求增量可得
△R的表达式
可见其测距误差是由声速误差
和测量回波延迟时间的误差引起的
时间测量误差在脉冲测距法中不是主要因素
主要因素是声速测量误差
这是因为
首先
水中声速与水的温度 深度 盐度有关
且随时间而发生变化
直接简单实用c=1500m/s必然误差
其次
由于在垂直面内温度梯度
引起的声速梯度使声线发生弯曲
在此情况下根据信号往返时间
测出的是单程传播的声程
即图中的蓝色声线所走过的路程
而不是真正的直线距离
因此
要保证测距准确
应采取适当的方法对声速进行修正
脉冲法测距法广泛应用主动声纳系统中
主要是因为其具有简单易行
而且能对多个目标和固定目标进行测距
小结
本次课我们学习了脉冲测距法
的基本原理 技术指标和误差分析
其基本原理是
接收回波与发射脉冲的时间差来测距
在技术指标部分
掌握了为避免距离模糊
其最大可工作距离所对应的
往返时间必须不大于最小脉冲周期
而最小工作距离对应用脉冲宽度
因此在近距离处存在脉冲宽度盲区
其距离分辨率也对应于脉冲宽度
在误差分析部分
我们分析了引起声速误差原因
并指出其需要修正
具体的修正手段将在声纳测速中讲述
本次课就学到这里
再见
-1.1 从美人鱼看什么是声纳
--1.1.3 本节小测验
-1.2 声纳的发展简史
--1.2.3 本节小测验
-1.3 从一艘潜艇看声纳的分类
--1.3.3 本节小测验
-1.4 声纳方程
--1.4.3 本章小测验
-1.5 声纳系统的战术和技术指标
-2.1 初识声纳信号
--2.1.3 本节小测验
-2.2 主动声纳信号的描述
--2.2.3 本节小测验
-2.3 从汽笛声看多普勒频移
--2.3.3 本节小测验
-2.4 从分辨力的角度看模糊函数
--2.4.3 本节小测验
-2.5 常用主动声纳信号之CW信号分析
--2.5.3本节小测验
-2.6 常用主动声纳信号之LFM信号分析
--2.6.3 本节小测验
-3.1 振幅测向——最大值测向
--3.1.3 本节小测验
-3.2 振幅测向——振幅差值法测向
--3.2.3 本节小测验
-3.3 相位法测向
--3.3.3 本节小测验
-3.4 相位法测向的多值性问题
--3.4.3 本节小测验
-4.1 从手电筒操作看波束形成的原理
--4.1.3 本节小测验
-4.2 加权和加档
--4.2.3 本节小测验
-4.3 直线单波束的指向性
--4.3.3 本节小测验
-4.4 直线多波束的相关问题
--4.4.3 本节小测验
-4.5 波束形成器
--4.5.3 本节小测验
-5.1 测距导语
--5.1.3 本节小测验
-5.2 脉冲测距法
--5.2.3 本节小测验
-5.3 调频信号测距法
--5.3.3 本节小测验
-5.4 调频信号测距法——动目标测距
--5.4.3 本节小测验
-5.5 潜艇侧面为什么有三个阵
--5.5.3 本节小测验
-【选学内容】5.6相位测距法
-6.1 测速导语
--6.1.3 本节小测验
-6.2 矢量速度的测量
--6.2.3 本节小测验
-6.3 又见脉冲——脉冲测速法
--6.3.3 本节小测验
-6.4 目标多普勒测速法
--6.4.3 本节小测验
-6.5 本舰多普勒测速法——基本原理和发射波形
--6.5.3 本节小测验
-6.6 【选学内容】本舰多普勒测速法——误差分析
--6.6.3 本节小测验
-6.7 相关测速
--6.7.3 本节小测验
-7.1 声纳发射机
--7.1.3 本节小测验
-7.2 声纳接收机
--7.2.3 本节小测验
-7.3 设备会说谎吗？
--7.3.3 本节小测验
-7.4 相控发射
--7.4.3 本节小测验
-【选学内容】7.5 匹配滤波器的原理
-【选学内容】7.6 主动声纳信号的匹配滤波
-8.1 航空声纳浮标系统
--8.1.3 本节小测验
-8.2 航空吊放声纳系统
--8.2.3 本节小测验
-期末考试
