声纳(声控导航和测距)利用声音传播来探测、导航或在水面下通信。这篇文章将详细讨论声纳的含义，它的类型，架构，如何工作，应用，优缺点。
声纳是什么
声纳是年代一样OperatedN航空一个ndR该系统利用水声能量来确定水下目标的存在和性质。
图1 -声纳介绍
声呐系统在水中传输声脉冲，接收反射声波，并记录和处理用于各种用途。接收到的信号可能是海洋船只(船舶或任何其他船只)的回声或噪音，海洋动物的声音等。声纳专门用于编制海图和海底测绘，如图2所示。
图2 -海底测绘图像
声纳类型
两种类型包括:
- 主动声纳
- 被动声纳
主动声纳
主动声纳通过发射一个定义明确的信号，称为“ping”。由压电或磁致伸缩材料制成的换能器，将电脉冲转换为声音信号，并将其传输到水中。188bet登入官网如果目标物体在传输信号的路径中，声音信号从目标物体上反弹，并返回一个“回声”到接收器，换能器将其转换回电信号。188bet登入官网
声音脉冲的发射和接收之间的时间有助于确定物体的范围和方向。其原理图如图3 (a)所示。接收到的信号经过空间采样、滤波和时频处理，以获得视觉格式的最终输出。
图3 - (a)主动声纳(b)被动声纳
被动声纳
这是基于对移动物体或海洋船只发出的声音的探测。水生动物，船只，潜艇发出独特的声音。这些来自不同目标物体的声音被用来检测和估计目标物体。被动声纳不能确定目标物体的范围，除非它与其他设备一起使用。
接收到的信号使用LOFAR(低频分析和记录)和DEMON(噪声上的包络调制解调)等技术进行处理。被动探测在海洋生物研究中被广泛应用。
声纳结构
它由以下组件组成:
- 发射机
- 接收机
- 传感器
- 同步器
- 控制单元
- 显示装置
图4声纳系统组成
发射机
它用电信号刺激传感器。188bet登入官网这些信号被转换成声能，声波在水下辐射出去。发射的信号击中目标物体并反射回来。
接收机
被称为“回声”的反射信号被接收器捕获，并将声波转换回电信号。188bet登入官网该单元还对接收到的信号进行过滤，以便进一步处理。脉冲压缩技术被纳入以提高距离分辨率。
传感器
它是系统的关键组成部分。换能器是由具有产生电势能力的压电材料制成的。当电压加到换能器上时，换能器振荡产生声脉冲。
相反，当压力施加在换能器上时，它会产生电信号。188bet登入官网传感器上的压力是由接收到的信号产生的。把电能转换成声能再转换回来的过程叫做“转导”。188bet登入官网
同步器
它有助于协调传输和接收，以一致地操作一个系统。
控制单元
它控制着整个系统。这个单元有助于信号的传输、处理和接收。
显示装置
它以可视化格式显示处理过的数据。显示器是扫描图像或PPI(计划位置指示器)图像。
声纳是如何工作的
首先，让我们考虑主动声纳的操作。在主动声纳的情况下，声信号是由发射机在水中辐射。当信号击中目标时，它被反射回接收器。然后对信号进行处理，并估计“目标”的范围。
如。如果声波从传输到接收到“回声”的时间间隔是6秒，则估计声音传播到目标物体需要3秒，返回需要3秒。声音在水中的平均速度是1500米每秒，这意味着物体是3秒x 1500米/秒或4500米远。
图5 -使用水听器的被动检测
被动声呐系统由多个水听器组成，它们充当接收传感器。这些传感器捕捉目标物体的声音。每个传感器记录声波的强度以及接收声波的时间延迟。
对记录的数据进行分析，并考虑在与声波反射点接近的位置上记录最大振幅和最小延迟的传感器。被动探测的性能在很大程度上取决于水下环境。图5(上图)显示了使用水听器进行被动检测的示意图。
声纳的应用
声控导航与测距的应用包括:
- 这项技术被用于水深测量研究，包括海底测绘。
- 它主要用于水下监视。
- 广泛应用于军事领域。
- 它也用于渔业。
- 有了这项技术，水下通信更容易了。
- 用于天气预报和地球物理研究。
声纳的优势
声控导航和测距的优点是:
- 声波在水中的衰减较小。
- 该系统的实现成本并不高。
- 可靠性和准确度高。
声纳的缺点
声控导航和测距的缺点包括:
- 散射是干扰的主要来源。
- 对海洋生物构成威胁。
- 声纳波束大，定向分辨率差。
- 混响的影响影响系统的性能。
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