当前课程知识点:声纳技术 > 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
本知识点主要介绍声纳发射机的组成和主要技术指标。
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
-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