当前课程知识点:声纳技术 >  第六章 声纳测速技术 >  6.2 矢量速度的测量 >  6.2.1 学习视频

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本知识点讲解了本舰静止、本舰运动两种条件下的位变率法,以及被动声纳测速的收听法。


下一节:6.2.2 学习课件

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6.2.1 学习视频课程教案、知识点、字幕

大家好

本次课我们学习矢量速度的测量

本次课我们学习矢量速度的测量

位变率法

在导语中我们指出

径向速度和切向速度分别是

目标距离的变化率

和方位角的变化率

相应的测速方法称为位变率法

本次课我们就来学习

位变率法的基本原理

由于舰艇的运动不容易突变

在不太长的探测时间内

我们可以看作匀速运动

因此

位变率法实际上是

基于两次测量目标方位的过程中

目标速度不变

包括航向和大小

这样的基本假设进行的

也就是说测量目标的平均变化率

我们从本舰静止和本舰运动两种情况下

讨论位变率法

然后

简要分析一下

用于被动声纳测速的收听法

首先来学习本舰静止的情况

例如岸用声纳或舰艇不动时

在学习之前

需要提醒大家注意的是

本节内容涉及到一些

看似复杂的公式推导

希望大家把注意力集中在

理解其意义和过程上

而不要放在具体的公式上

我们不要求记住这些复杂的公式

该图为本舰静止时位变率法

的测速原理图

设正北方向为N

目标沿航向角β航行

要测量的是目标的速度v和航向角β

需要注意的是

各个方位角及航向角

均以正北方向为基准

顺时针为正

因此角度是有符号的

当目标在B1点时

不论是主动声纳

还是被动声纳

都可以通过一定的方法和手段

测得此时的目标距离R1和方位角α1

同理

当目标航行到到B2点时

可测得距离R2和方位角α2

因此

目标的径向速度vr等于R1-R2/T

其中T为目标从B1航行至B2的时间

同理

切向速度为vt=R1 (α2+|α1 |)/T

由于方位角α1是负的

所以可以变为R1 (α2-α1)/T=R1 Ω

这里的Ω称为目标角速度

可以看出

切向速度是使目标

由方位角α1转动到方位角α2的速度

而径向速度是使目标

从距本舰R1处

移动到距离本舰R2处的速度

因此我们得到

目标速度的模为|v|=√(vr^2+vt^2 )

进一步展开为该式

作一条正北方向的延长线作为辅助线

该线与R1的夹角正好等于α1

则目标航向角β=180°-|α1 |-arctan vt/vr

进一步展开如该式

其中R1 R2 α1 α2

均为已知的可测量

也就是说

可以通过两次测量

目标的距离和方位角

进而计算出目标的速度矢量

也就是说

位变率测速法是在

测距和测向的基础上进行的

但是早期被动声纳由于无法测距

因此只能测量目标的切向速度

需要借助其它辅助手段

进行径向速度的测量

比如与主动声纳配合使用

接下来我们学习本舰运动时的情况

当目标舰和本舰都运动时

要测量目标速度

比本舰不运动时要复杂一些

但也仍然是利用几何关系就能得到

如图为本舰运动时

位变率法的测速原理图

本舰在A1点时

目标舰在B1点处

此时测得的目标距离为R1

方位角为α1

目标以航向角β 速度v

经时间T到达B2点

与此同时

本舰以航向角ϕ

航速v0到达A2

在A2点处测得目标距离为R2

方位角为α2

现在需要测出目标速度的

大小B1B2/T和目标航向角β

首先来看B1B2

我们来构造一个三角形

沿着B2点做一条

平行于A1A2的虚线

并且从B1点开始做一条

与该虚线相垂直的虚线

从而构成一个

以B1B2为斜边的三角形

短直边等于P1-P2

长直边等于P'1+R0+P'2

进而就能得到B1B2的表达式

沿着B1点做一条平行于

A1A2的虚线

其与正北方向的夹角也为φ

则有β=φ+arctan短直边比长直边

现在的关键是求P1 P2 P'1 和P'2

在图中蓝色三角形内

可以分别得出 P1 和P'1

在黄色三角形内

可以得出P2和P'2

将其带入B1B2和航向角β的

表达式就可以得出其最终表达式

其中φ和R0是本舰航向角和航行距离

R1 R2 α1 α2分别是

两次测量得到的目标方位和距离

位变率法是除收听法外

早期声纳测速的最广泛使用的一种方法

其优点是简单 可靠

不需要增加特殊设备

缺点是不能进行快速测定

即不能测量目标的实时速度

这是因为用位变率法测速时

两点时间间隔T不能取太小

否则两次测得的目标方位角太接近

容易造成测速误差

早期声纳测距除了位变率法外

收听法是早期被动声纳的

另一种主要测速方法

并且仍然是现代潜艇的一种

主要测速方法之一

它是通过收听目标舰的噪声

主要是螺旋桨的噪声

来判断目标的运动速度

因为螺旋桨在水中转动的时候

由于周期性冲击作用

使舰艇噪声幅度强烈地受到

螺旋桨转动频率的调制

所以听到的每秒节拍数

就是螺旋桨的转速

同时根据舰艇噪声所判断的

螺旋桨形式以及螺距就可以算出航速

螺距即螺旋桨转动一周的推进距离

我们举例说明

设目标螺旋桨转动频率Ω=4Hz

螺距l=3m

则其航速v=4转/秒

乘以3米=43200米/小时

在实际运用时不须临时计算

而是用查表法求目标航速

有经验的声纳员可以

很准确的直接估算出这个数值

收听法简单 易行

其主要缺点首先是

仅能够测得目标速度的数值大小

而不知道速度方向

然后是完全依靠人的听觉来测定

有较大的误差

只能大概知道目标螺旋桨转速为几赫兹

而且人容易疲劳

不能长期工作

本次课我们学习了

两种早期声纳的测速方法

位变率法和收听法

分别在本舰静止和本舰运动

两种情况下

从几何关系分析了

位变率法的基本原理

都是通过两次测量目标的

距离和方位角来进行测距的

可以测量目标的速度矢量

而收听法

是通过收听目标舰的噪声

来计算目标速度的大小

其最大的优点就是隐蔽性好

本次课就学到这里

再见

声纳技术课程列表:

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- 人民海军71周年宣传视频

第一章 绪论

-学习本课程的参考书目和其它资源

-课程知识图谱

-1.1 从美人鱼看什么是声纳

--1.1.1 学习视频

--1.1.2 学习课件

--1.1.3 本节小测验

-1.2 声纳的发展简史

--1.2.1 学习视频

--1.2.2 学习课件

--1.2.3 本节小测验

-【院士论坛】李启虎:声呐技术助推海洋强国梦

-【必须要面对的问题】“纳”还是“呐”

-1.3 从一艘潜艇看声纳的分类

--1.3.1 学习视频

--1.3.2 学习课件

--1.3.3 本节小测验

-1.4 声纳方程

--1.4.1 学习视频

--1.4.2 学习课件

--1.4.3 本章小测验

--【学习小窍门】声纳参数的记忆方法

-【选学内容】声纳方程复习视频

-1.5 声纳系统的战术和技术指标

--1.5.1 学习视频

-教材电子版

-【讨论】声纳的应用和发展

-【拓展讨论】水下通信

-【好文分享】反水下作战技术发展浅析——科学总在不断进步中

第二章 主动声纳信号

-2.1 初识声纳信号

--2.1.1 学习视频

--2.1.2 学习课件

--2.1.3 本节小测验

--【讨论】声纳和雷达

-2.2 主动声纳信号的描述

--2.2.1 学习视频

--2.2.2 学习课件

--2.2.3 本节小测验

--【 补充资料】关于傅里叶变换的“神解释”

-2.3 从汽笛声看多普勒频移

--2.3.1 学习视频

--2.3.2 学习课件

--2.3.3 本节小测验

--【讨论】多普勒的应用

-2.4 从分辨力的角度看模糊函数

--2.4.1 学习视频

--2.4.2 学习课件

--2.4.3 本节小测验

-2.5 常用主动声纳信号之CW信号分析

--2.5.1 学习视频

--2.5.2 学习课件

--2.5.3本节小测验

-2.6 常用主动声纳信号之LFM信号分析

--2.6.1 学习视频

--2.6.2 学习课件

--2.6.3 本节小测验

-【补充讲解】双曲线调频信号

-教材电子版

-【学习资料】本章知识导图

-【人物故事】傅里叶的坎坷人生——坚持成就梦想

第三章 声纳定向技术

-3.1 振幅测向——最大值测向

--3.1.1 学习视频

--3.1.2 学习课件

--3.1.3 本节小测验

--【讨论】最大值测向的应用

-3.2 振幅测向——振幅差值法测向

--3.2.1 学习视频

--3.2.2 学习课件

--3.2.3 本节小测验

-3.3 相位法测向

--3.3.1 学习视频

--3.3.2 学习课件

--3.3.3 本节小测验

--【讨论】二元测向的应用

-3.4 相位法测向的多值性问题

--3.4.1 学习视频

--3.4.2 学习课件

--3.4.3 本节小测验

-教材电子版

第四章 声纳的波束形成技术

-4.1 从手电筒操作看波束形成的原理

--4.1.1 学习视频

--4.1.2 学习课件

--4.1.3 本节小测验

-4.2 加权和加档

--4.2.1 学习视频

--4.2.2 学习课件

--4.2.3 本节小测验

-4.3 直线单波束的指向性

--4.3.1 学习视频

--4.3.2 学习课件

--4.3.3 本节小测验

-4.4 直线多波束的相关问题

--4.4.1 学习视频

--4.4.2 学习课件

--4.4.3 本节小测验

-4.5 波束形成器

--4.5.1 学习视频

--4.5.2 学习课件

--4.5.3 本节小测验

--补充讲解-波束形成器

-教材电子版

-【补充学习资料】学员作业展示

-【网红小课堂】李永乐老师讲压电效应

-【看视频答问题】请解释一下视频中的问题答案

第五章 声纳测距技术

-5.1 测距导语

--5.1.1 学习视频

--5.1.2 学习课件

--5.1.3 本节小测验

-5.2 脉冲测距法

--5.2.1 学习视频

--5.2.2 学习课件

--5.2.3 本节小测验

--【讨论】长脉冲or短脉冲?

-5.3 调频信号测距法

--5.3.1 学习视频

--5.3.2 本节课件

--5.3.3 本节小测验

-5.4 调频信号测距法——动目标测距

--5.4.1 学习视频

--5.4.2 学习课件

--5.4.3 本节小测验

-5.5 潜艇侧面为什么有三个阵

--5.5.1 学习视频

--5.5.2 学习课件

--5.5.3 本节小测验

-【选学内容】5.6相位测距法

--5.1.1 学习视频

--5.6.2 学习课件

-教材电子版

第六章 声纳测速技术

-6.1 测速导语

--6.1.1 学习视频

--6.1.2 学习课件

--6.1.3 本节小测验

-6.2 矢量速度的测量

--6.2.1 学习视频

--6.2.2 学习课件

--6.2.3 本节小测验

--【讨论】位变率法的应用

-6.3 又见脉冲——脉冲测速法

--6.3.1 学习视频

--6.3.2 本节课件

--6.3.3 本节小测验

--补充讲解——三种测速方法对比

-6.4 目标多普勒测速法

--6.4.1 学习视频

--6.4.2 本节课件

--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

--6.5.1 学习视频

--6.5.2 本节课件

--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

--6.6.1 学习视频

--6.6.3 本节小测验

--6.6.2 本节课件

-6.7 相关测速

--6.7.1 学习视频

--6.7.2 学习课件

--6.7.3 本节小测验

-教材电子版

第七章 声纳信号的发送与接收

-7.1 声纳发射机

--7.1.1 学习视频

--7.1.2 学习课件

--7.1.3 本节小测验

-7.2 声纳接收机

--7.2.1 学习视频

--7.2.2 学习课件

--7.2.3 本节小测验

-7.3 设备会说谎吗?

--7.3.1 学习视频

--7.3.2 学习课件

--7.3.3 本节小测验

-7.4 相控发射

--7.4.1 学习视频

--7.4.2 学习课件

--7.4.3 本节小测验

--【讨论】相控雷达和相控声纳

-【选学内容】7.5 匹配滤波器的原理

--7.5.1 学习视频

--7.5.2 学习课件

-【选学内容】7.6 主动声纳信号的匹配滤波

--7.6.1 学习视频

--7.6.2 学习课件

-教材电子版——声纳信号的发射与接收部分

-教材电子版——声纳信号处理部分

第八章 航空声纳系统

-8.1 航空声纳浮标系统

--8.1.1 学习视频

--8.1.2 学习课件

--8.1.3 本节小测验

--【装备发展】——美国声纳浮标装备的前世今生

-8.2 航空吊放声纳系统

--8.2.1 学习视频

--8.2.2 学习课件

--8.2.3 本节小测验

-【好文分享】直-9反潜直升机及发展

-【拓展讨论】航空反潜的手段

说出你的想法

-思政讨论:“无暇号”和中国渔船

视频资料分享与学生视频介绍展示

-视频1——声纳浮标的工作过程

-视频2——二战反潜

-视频3——P-8A介绍

-向自己的家人介绍声纳系统——小猪佩奇版

-向自己的家长介绍声纳系统——萌宠提问版

-向自己的家人介绍声纳系统——亲子感动版

-向自己的家人介绍声纳系统——家有乌龟版

-向自己的家人介绍声纳系统——人工智能对话版

-向自己的家人介绍声纳系统——妈妈给我当学生

期末考试

-期末考试

6.2.1 学习视频笔记与讨论

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