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雷达利用电磁波、声呐利用超声波进行测距,它们的运作机制是怎么样的?它们如何扫描整个空域或海域?它们的探测精度处于什么样的水平?限制它们探测范围的因素又是什么?为何在水下使用声呐而不是雷达?

雷达利用电磁波、声呐利用超声波进行测距,它们的运作机制是怎么样的?它们如何扫描整个空域或海域?它们的探测精度处于什么样的水平?限制它们探测范围的因素又是什么?为何在水下使用声呐而不是雷达?

2018-10-17 14:52:02.69 回答数:1


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对雷达的认识很少,说说声纳吧。最后一个问题是回答前几个问题的前提,信号在介质中传播会被介质吸收,能量本身会衰减,可以粗略地用阻力类比,光、电信号在水下环境中衰减特别严重,可以理解为液体对光电而言阻力很大,传播不了多远能量就耗净了。电磁波在大气中的衰减仅为1.5~3dB/Mm,而在海水中的衰减是0.2~10dB/m。长波比短波的衰减要弱很多,但即便是超长波,在水下也仅仅能传播100~200米,所以可以说声纳是在水下进行探测、通信等等活动的唯一手段。第一个问题,声纳探测常用的声信号频率在2-5kHz左右,原因是高频信号在水下衰减很快,(以球面波为例,与频率的平方正相关)而超声波的频率超过20k。声纳可以分为主动声纳和被动声纳,主动声纳主要由信号源,换能器,水听器等几个部分组成,信号源产生电信号,经由换能器将电信号转化为声信号发出,通过海水介质传播,到达目标表面反射,回到发射端水听器,再由换能器将声信号转换为电信号。传播过程中会碰到鱼群、介质上下边界等等非目标物体产生回波,水听器也能听到环境中本身存在的噪声,这些统称为噪声,要想从噪声中分辨出想要的信号就需要滤波,将不需要的声波过滤,要想过滤噪声就需要提高信噪比,因为知道发射波的波形,所以常用的手段是匹配滤波。根据声纳方程,模糊函数等可求出目标的距离,方向,速度等信息,当然也有毛子上世纪点出的矢量水听器,直接能给出方向速度等信息。主动发出的声波也会被目标接收到,这跟主动雷达是一样的,在对抗中开启主动声纳一般就意味着短兵相接。不过水下对抗一般都不是单挑,可以放出无人潜航器前出侦查。被动声纳相较主动声纳少了一个发射机,只能被动接收目标发出的信号。类似于指纹,每一艘水面舰艇或者水下潜器都有其独特的声纹特征,因此利用被动声纳探测需要建立庞大的声纹数据库,这也就是中俄军演的时候日本军舰要靠上来偷窥的原因。被动声纳接收到声波后需要检测其中是否包含需要的信号,这个时候又需要增加信噪比了,可以比对多个探测单元接收到的信号,寻找其中相同的信号做拷贝相关增大信噪比,再与检测阈值对比看是否存在预警信号,再用滤波器滤出有用的信号与声纹数据库对比检索目标信息。被动声纳最大的优点就是安静隐蔽,缺点就是探测距离小。噪声和功率的矛盾就是限制探测距离的主要原因。探测海域,以海底地形为例,通常用的是条带多波束探测技术。未完待续

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