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声纳#xff0c;由于水中声速较快#xff08;1500米每秒#xff09;#xff0c;而且传播距离远#xff08;最大能到200公里#xff09;#xff0c;所以声纳这种机械波远比雷达的电磁波在水中实用。 识别结果
类似于B超#xff0c;靠回声得到一团团的…一、背景知识简介声纳由于水中声速较快1500米每秒而且传播距离远最大能到200公里所以声纳这种机械波远比雷达的电磁波在水中实用。识别结果类似于B超靠回声得到一团团的亮斑由于是径向所以一般只能获得“相对距离与相对角度”瀑布图将360度展平而得到的图像频率高频比低频精度高但是传播距离没有低频远后面讲传播损失频率会作为一个影响变量二、声纳方程声纳分为主动敲听反射和被动侦听主动声纳SE SL - 2 * TL TS - (NL - AG)被动声纳SE SL - TL - NL DI - DT其中的中间变量下面详细介绍声纳还可分为船壳舰载声纳、拖曳声纳两种。略三、中间变量相关因素与影响链条1-基础概念介绍简称英文全称中文名称概念单位SLSource Level发射声源级主动声呐发射信号在 1 米处的声压强度表征发射信号的初始能量dB re 1 μPa·mNLNoise Level接收机背景噪声级声呐接收机处的环境噪声强度包含海洋环境噪声、自噪声等dB re 1 μPaDIDirectivity Index接收机指向性指数描述声呐阵对特定方向信号的汇聚能力值越高抗干扰能力越强dB相对量DTDetection Threshold检测阈值声呐满足指定检测概率和虚警率时所需的最小信号相对噪声余量dB相对量TSTarget Strength目标强度目标对入射声波的反射能力表征目标反射声压相对于入射声压的比例dB相对量TLTransmission Loss传播损失声波从发射点到接收点的能量衰减量包含扩展损失、吸收损失等dB相对量RLReverberation Level混响级海洋中散射体反射形成的干扰声压强度是主动声呐的主要干扰源dB re 1 μPaSESignal Excess信号余量/回声余量声呐接收信号强度与检测所需强度的差值SE≥0 表示可有效探测dB相对量SenReceiver Sensitivity接收灵敏度接收机可分辨的最小输入声压强度通常以 1 μPa 为参考基准dB re 1 μPa2-相关影响链条图Mermaid 流程图代码--- config: layout: elk --- flowchart LR subgraph EnvironmentEffects[环境基础属性] A[温度 T] B[盐度 S] C[深度 D] D1[频率 f] E[带宽 B] end subgraph s1[噪声与信号参数中间层] N[环境噪声 NL (海洋环境)] O[自噪声 NS (平台噪声)] P1[干扰噪声 NJ (干扰源)] Q[信号级 S (SL-2TLTS)] R[混响级 RL] end A -- F[声速 c (T,S,D)] K[吸收系数 alpha (f,T,S,D)] B -- G[密度 rho (T,S,D)] K C -- H[压强 P (D)] K D1 -- I[脉冲宽度 τ (1/B)] K M[目标强度 TS (目标几何,f)] E -- I F -- J[传播损失 TL (c,f,D)] I -- L[混响级 RL (SL,TL,SS,V)] N -- S[总噪声 NT (NLNSNJRL)] O -- S P1 -- S R -- S Q -- T[信号余量 SE (S - NT DI - DT)] S -- T四、C实现写代码时就是怕没有参照和对比不知道自己找的公式是否正确于是一般找个典型数值表看看输出是否不离谱。发射声源级SL【查表】这部分主要是看主动声纳型号的属性查表有根据功率进行转化的但是不太准背景噪声级NL这部分涉及海面噪声、环境噪声、自噪声舰船自己发出的噪声一般进行对数求和处理。接收机指向性指数DI【查表】这部分需要根据具体型号查表得到检测阈值DT目标强度TS传播损失TL典型表格声呐频率吸收系数 αdB/km1km 传播损失球面扩展10km 传播损失柱面扩展50km 传播损失柱面扩展备注100Hz0.008dB/km20.008dB40.08dB60.4dB多为远程拖曳声呐频段吸收损失极小500Hz0.03dB/km20.03dB40.3dB61.5dB低频段适合远距离探测干扰小1kHz0.068dB/km20.068dB40.68dB63.4dB中低频交界常作为常规声呐基础频段5kHz0.35dB/km20.35dB43.5dB77.5dB中频段兼顾探测距离与分辨率10kHz0.8dB/km20.8dB48dB90dB中高频船壳声呐常用频段吸收损失开始显著20kHz2.0dB/km22.0dB50dB130dB高频段适用于中短距离精准探测50kHz7.0dB/km27.0dB77dB380dB高频多用作近程成像声呐远距离损耗剧增100kHz15.0dB/km35.0dB115dB785dB超高频仅适配近距离目标检测如避障声呐对 Francois-Garrison 公式的一个简化工程版本// 计算海水吸收系数 alpha (dB/km) // freq_hz: 频率 (Hz) // temp_c: 温度 (°C) [0, 30] 较合适 // salinity: 盐度 (‰) [30, 38] 较合适 // depth_m: 深度 (m) [0, 1000] 较合适 double seaWaterAbsorption(double freq_hz, double temp_c, double salinity, double depth_m) { if (freq_hz 0.0) return 0.0; double f freq_hz / 1000.0; // 转为 kHz double T temp_c; double S salinity; double z depth_m; // 压强 (atm) double P 1.0 z / 10.33; // 1 atm ≈ 10.33 m // ------------ Boric acid relaxation absorption (dB/km) ------------ double f1 0.78 * sqrt(S / 35.0) * exp(T / 26.0); double a1 0.106 * (f1 * f * f) / (f * f f1 * f1); // ------------ Magnesium sulfate relaxation absorption (dB/km) ------------ double f2 42.0 * exp(T / 17.0); double a2 0.52 * (S / 35.0) * (T 273.15) / 293.15 * exp(-T / 12.0) * (f2 * f * f) / (f * f f2 * f2); // ------------ Viscous (pure water) absorption (dB/km) ------------ double a3 0.00049 * (T 273.15) / 293.15 * exp(-T / 27.0) * f * f; // ------------ Pressure (depth) correction ------------ double D z / 1000.0; // 深度以 km 为单位 double a a1 a2 a3; // 经验修正随深度增加略有减小Francois-Garrison 建议的简化形式 a a * (1.0 - 0.005 * D); return a; }混响RL信号余量回声余量SE灵敏度Sen【查表】根据声纳型号查询属性五、目标识别这部分靠声音的特征、声谱来判断本博客主要讲是否能探测到这部分略。https://www.bilibili.com/video/BV1Wi4y1L7oJ如何解读声呐图像 | 声呐基础知识 | 古野科技 | 古野电气株式会社的产品网站参考声呐方程相关参数 - 知乎