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本知识点主要介绍声纳发射机的组成和主要技术指标。


下一节:7.1.2 学习课件

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7.1.1 学习视频课程教案、知识点、字幕

大家好

本次课我们来学习声纳发射机

主要学习声纳发射机的组成

和主要技术指标

首先来学习其基本组成

对于主动声纳而言

需要自身发射声波

接收并观察目标的回波来探测目标

并测定目标的位置和运动参数

因此

主动声纳需要向周围空间

提供一种特定形式的声能

因此

声纳发射机的任务首先是产生

符合要求的一定形式的大功率电信号

其次是将其送至发射换能器

转换为声信号辐射到水中去

图为一个主动声纳发射机的

基本组成框图

主要由三部分组成

第一部分是波形产生器

它的功能是根据总体指标的要求

产生具有一定形式的电信号

其工作频率 脉冲长度

和重复周期都可以选择

所发射的信号可以是

单频脉冲信号

也可以是连续调频信号

或其它形式的信号

或者几种信号的组合

第二部分是发射波束形成器

其作用是形成一个或多个

指向性发射波束

向水下空间指定的扇面

或全方位辐射声能

波束的数量取决于声纳

对目标的搜索速度和定向精度的要求

在单个换能器的情况下

没有这一部分

近代声纳多采用多元阵构成发射基阵

这部分就必不可少了

第三部分是功率放大器

由于波形产生器产生的电信号功率很小

不能够直接驱动换能器

向水中辐射足够的声波能量

所以必须将功率进行放大

并对换能器进行阻抗匹配

以便能够以足够高的效率

向水中辐射足够的声信号能量

现代主动声纳发射机的

电功率至少是千瓦量级

在远距离探测的主动声纳中

发射机电功率甚至达到兆瓦量级

上世纪50年代至60年代初

功率放大器几乎都采用电子管

随着半导体器件的发展

晶体管逐渐取代了电子管

当发射机和接收机共用一个换能器时

为了使发射机和接收机都能正常工作

必须采用收发转换开关

就工作原理而言

声纳发射机与无线电发射机

并无多大的差别

只是由于它们所利用的

能量传播介质不同

导致它们的工作负载不同

工作频率不同

所以在设计时所考虑的

问题侧重点有所差异

接下来我们学习其主要技术指标

首先看其工作频率

又称载频

是指发射机输出信号的中心频率

常记为f0

声纳的工作频段大致可分为

10Hz~1kHz

500Hz~10kHz

10kHz~100kHz和100kHz以上4个频段

主要由声波传播的衰减 目标特性

和海洋背景噪声来确定

如远距离探测选择为了减少路径损耗

一般用低频的10Hz~1kHz

鱼雷自导等一般选择30kHz

而图像声纳为了有较高的分辨率

一般在高频的100kHz以上

接着来看其脉冲重复周期

定义为相邻两个发射脉冲

前沿的间隔时间

一般用大T表示

脉冲重复周期取决于

声纳的最大作用距离

必须大于最大作用距离

所对应的往返时间

否则会产生测距模糊

声纳的脉冲重复周期一般取

几十毫秒到几十秒

同一部声纳站中

一般作用距离分好几档

所以常备有几种不同的脉冲重复周期

以供选择

以供选择

再来看声纳发射信号的脉冲宽度

定义为发射脉冲的持续时间

一般用τ来表示

脉冲宽度不仅与混响强度

及显示指示器的识别能力有关

而且还应考虑脉宽限制的盲区

和目标距离分辨率等因素

这两个公式中左式表示

脉冲宽度与最小工作距离

即与近距离盲区的关系

右式表示其与距离分辨力的关系

由这两个公式可以计算出

当要求声纳盲区不超过15m时

脉冲宽度就要小于20ms

而当要求分辨7.5m的两个水雷时

脉冲宽度就要小于10ms

主动声纳的脉冲宽度

一般取0.1毫秒到秒级

适当增加脉冲宽度将增加作用距离

主动声纳一般都具有几种不同脉冲宽度

以根据实际情况进行选择

再来看发射机的输出功率

分为电脉冲功率和平均功率两种

脉冲功率是指发射脉冲持续

时间内发射机消耗的平均功率

平均功率是指一个脉冲周期内的平均功率

脉冲功率决定着声纳站的

最大有效作用距离

可根据声纳方程来估算

通常在几瓦到几百千瓦不等

而平均功率要比脉冲功率小很多

它决定着发射机元器件的功耗

以及电源为发射机提供的功率要求

平均功率与电脉冲功率的关系为

Pav=(τ/T)P

其中q=T/τ称为脉冲占空比

q的数值往往很大

几十到几百

以便于脉冲信号对目标进行距离测量

除上述指标外

发射机的频率稳定度 频率范围

可靠性 可维修性以及工作环境要求等

也是声纳发射机的重要指标

这里就不一一赘述

小结

本次课主要学习了声纳发射机的

组成和主要技术指标

分析了信号波形发生器 发射波束形成器

以及功率放大器的主要功能和特点

然后分析了其中心频率 脉冲周期

脉冲宽度以及输出功率等主要技术指标

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

7.1.1 学习视频笔记与讨论

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