第3章聲探測(cè)技術(shù)56437３.５自然風(fēng)對(duì)聲探測(cè)的影響及其修正３.６雙子陣定位理論３.７聲探測(cè)數(shù)據(jù)的后置處理３.８聲探測(cè)技術(shù)在軍事中的應(yīng)用返回3.1聲傳播特性3.1聲傳播特性由大學(xué)物理知識(shí)可知,聲波是一種機(jī)械波,它是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播。傳播的介質(zhì)可以是空氣,也可以是水或大地等。當(dāng)距離大于聲源尺寸時(shí),聲源可以被看作點(diǎn)聲源,聲波可以被看作球面波。在三維空間中,聲波傳播的波動(dòng)方程為3.1.1聲壓、聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)聲音為縱波,其傳播引起空氣的疏密變化,從而引起氣壓的變化。該壓力與大氣壓的差值即為聲壓。當(dāng)聲波的位移為下一頁(yè)返回3.1聲傳播特性3.1.2聲傳播速度及其溫濕度的影響聲音在傳播過(guò)程中,聲速與媒介溫度有關(guān)。理想的干潔空氣中聲音傳播速度與溫度的關(guān)系如下3.1.3空氣中聲波的衰減空氣中,水和其他灰塵對(duì)聲波的影響表現(xiàn)為使聲波衰減,由于水分子的熱交換引起空氣對(duì)聲音的吸收,使聲音傳播時(shí)發(fā)生衰減,傳聲器接收到的聲能E呈指數(shù)衰減:上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1聲傳播特性3.1.4多普勒效應(yīng)當(dāng)聲源或聽(tīng)者,或兩者相對(duì)于空氣運(yùn)動(dòng)時(shí),聽(tīng)者聽(tīng)到的音調(diào)(即頻率),和聲源與聽(tīng)者都處于靜止時(shí)所聽(tīng)到的音調(diào)一般是不同的,這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)。作為特例,速度的方向在聲源和聽(tīng)者連線上,vL和vS分別表示聽(tīng)者和聲源相對(duì)于空氣的速度,取由聽(tīng)者到聲源的方向作為vL和vS的正方向,則聽(tīng)者聽(tīng)到的頻率與聲源頻率的關(guān)系為上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1聲傳播特性3.1.5風(fēng)對(duì)聲音傳播的影響在靜止等溫的空氣中,點(diǎn)聲源S(xs,ys,zs)發(fā)出的聲波是以球面波形式向外傳播,其各時(shí)刻的波陣面是一系列以聲速增大的同心球,即t時(shí)刻波陣面滿足上一頁(yè)返回3.2聲探測(cè)系統(tǒng)3.2.1傳聲器及其陣列1.傳聲器的種類及其特性將聲信號(hào)(機(jī)械能)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號(hào)(電能)的換能器為傳聲器,即麥克風(fēng)。傳聲器根據(jù)其原理可分為動(dòng)圈式、壓電式、電容式和駐極體式四種類型。下一頁(yè)返回3.2聲探測(cè)系統(tǒng)2.傳聲器的方向性單個(gè)傳聲器對(duì)于低頻聲信號(hào)是無(wú)方向性的,只有對(duì)10kHz以上的信號(hào)才呈現(xiàn)一定的方向性,且頻率越高,方向性越強(qiáng)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定向,一般采用導(dǎo)向筒、合成波束方向圖和利用幾何關(guān)系三種方法,后兩種方法需要采用傳聲器陣列才能實(shí)現(xiàn)定向。(1)采用導(dǎo)向筒采用導(dǎo)向筒是在傳聲器前加一個(gè)導(dǎo)向筒,利用導(dǎo)向筒的內(nèi)壁吸收其他方向的聲波,實(shí)現(xiàn)方向性。但加了導(dǎo)向筒使其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大,而且聲波衰減較大,同時(shí)方向性也不夠好,難以滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求。(2)采用合成波束方向圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2聲探測(cè)系統(tǒng)采用合成波束方向圖是利用聲波到達(dá)傳聲器陣列的各傳聲器的時(shí)間差(時(shí)延)與方向有關(guān),通過(guò)對(duì)各路信號(hào)加不同延遲后疊加,使其中一個(gè)方向的信號(hào)得到最大的增強(qiáng),而其他方向的信號(hào)增強(qiáng)較小甚至相互抵消,形成波束方向圖的方向性。(3)利用幾何關(guān)系利用幾何關(guān)系也是利用聲波到達(dá)傳聲器陣列的各傳聲器的時(shí)間差(時(shí)延)與方向有關(guān),通過(guò)幾何關(guān)系求解目標(biāo)的位置。3.傳聲器陣列利用幾何關(guān)系定位時(shí),傳聲器陣列可分為線陣、面陣和立體陣三種。對(duì)于固定式陣列來(lái)說(shuō),線陣只能對(duì)陣列所在直線為界的半個(gè)平面進(jìn)行定位,否則沒(méi)有唯一解。面陣可以在整個(gè)平面對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位,也可以對(duì)陣列所在平面為界的半個(gè)空間進(jìn)行定位。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2聲探測(cè)系統(tǒng)立體陣則可以對(duì)整個(gè)空間定位,但其算法要復(fù)雜些。3.2.2恒流源供電電路與前置放大器聲測(cè)電路的精度是影響智能雷彈對(duì)目標(biāo)定位的主要因素。陣列所用電容測(cè)量傳聲器,既可以直接加極化電壓而工作,也可以用恒流源驅(qū)動(dòng)。恒流源驅(qū)動(dòng)可以避免信號(hào)的傳輸線損耗和降低傳輸線噪聲,消除由于引線而帶來(lái)噪聲和產(chǎn)生信號(hào)衰減。為了保證各路信號(hào)的線路延遲量一致,各陣元傳輸線長(zhǎng)度應(yīng)完全一致。傳聲器電路結(jié)構(gòu)和恒流源原理電路如圖3-2所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2聲探測(cè)系統(tǒng)3.2.3程控放大電路程控放大器是陣列聲測(cè)系統(tǒng)中決定模擬電路響應(yīng)聲音強(qiáng)度范圍的部件,利用程控放大器可以使得對(duì)于低至60dB、高至130dB的聲壓信號(hào),得到幅度接近-5V~+5V范圍的電壓輸出信號(hào),從而保證對(duì)大范圍內(nèi)的聲音具有足夠高的響應(yīng)信噪比。廣泛采用的程控放大器有壓控放大器、電壓反饋型放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換(DAC)器件組成的放大器和專用程控放大器電路。利用DAC器件構(gòu)成的放大器,信號(hào)的輸入/輸出關(guān)系與輸入數(shù)字成正比,當(dāng)把輸入信號(hào)接入DAC的參考端時(shí),由于DAC內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電路采用CMOS器件,使得可以通過(guò)交流電流形成乘法式關(guān)系:上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2聲探測(cè)系統(tǒng)全集成程控放大器集譯碼器、多路開(kāi)關(guān)、電阻網(wǎng)絡(luò)和放大器于一體,提供多擋增益選擇。其中Burr-Brown公司的3606等程控放大器其增益為對(duì)數(shù)形式,有1、2、4、8、16、32、64、128、256、512和1024共11擋,由4-bit增益控制,如圖3-4所示。3.2.4濾波電路濾波電路是模擬信號(hào)處理的重要部件,采用硬件濾波有利于提高系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)聲源的選擇性,減小干擾聲源的影響,該系統(tǒng)中既要有較高的頻率選擇特性,即要求較高的濾波器階數(shù),又要保持足夠的通道一致性,即通道的傳遞函數(shù)的一致性誤差要小,同時(shí),要求元件數(shù)目少,便于縮小硬件尺寸和減少元件一致性誤差源數(shù)目。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2聲探測(cè)系統(tǒng)圖3-5所示的MAX260程控濾波器芯片是CMOS型器件,內(nèi)裝兩個(gè)二階濾波器,可單獨(dú)使用,也可串聯(lián)成四階濾波器使用。每個(gè)二階濾波器的3個(gè)輸出端可分別接成低通、高通或帶通。3.2.5模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路為了保證時(shí)延估計(jì)的精度,要求對(duì)各路傳聲器信號(hào)的放大和時(shí)移特性一致,應(yīng)該使系統(tǒng)采用4路完全一致的電路及完全一致的元件參數(shù)。采用頻域時(shí)延估計(jì)算法時(shí),系統(tǒng)要求的采樣率很低,可在48kHz或以下,單片多通道帶采樣/保持電路的模/數(shù)轉(zhuǎn)換的典型器件有AD7865等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2聲探測(cè)系統(tǒng)3.2.6數(shù)字信號(hào)處理電路數(shù)字信號(hào)處理電路是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別和定位計(jì)算實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵,必須采用DSPs芯片來(lái)完成。在多個(gè)廠家的DSPs產(chǎn)品中,以TI公司的TMS320系列產(chǎn)品最成熟、資料最多、應(yīng)用最廣,因此首選該系列產(chǎn)品。3.2.7輔助電路由于溫度對(duì)聲音的傳播速度影響較大,進(jìn)而給目標(biāo)定距帶來(lái)誤差,風(fēng)速也會(huì)影響聲音速度。為了提高定位精度,應(yīng)對(duì)溫度和風(fēng)速進(jìn)行精確測(cè)量。為了對(duì)聲定位系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)及必要時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài),系統(tǒng)應(yīng)留有與微機(jī)的接口。上一頁(yè)返回3.3時(shí)延估計(jì)理論對(duì)于遠(yuǎn)處的聲信號(hào)源,當(dāng)其距離遠(yuǎn)大于其自身尺寸時(shí),可以把它作為一個(gè)點(diǎn)聲源。設(shè)聲源發(fā)出的信號(hào)到達(dá)傳聲器1為s(t),經(jīng)空間某兩個(gè)傳感器測(cè)量得到的信號(hào)分別為x1(t)和x2(t),并考慮傳聲器間的距離遠(yuǎn)小于到目標(biāo)的距離(因此忽略兩個(gè)傳感器之間信號(hào)幅度的相對(duì)衰減),那么,這兩路信號(hào)可以用下面的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述3.3.1廣義互相關(guān)法用來(lái)確定兩相關(guān)信號(hào)之間的時(shí)延τ最直接的方法就是互相關(guān)函數(shù)法。下一頁(yè)返回3.3時(shí)延估計(jì)理論為了達(dá)到盡量銳化τ=D處的時(shí)延相關(guān)峰,對(duì)互相關(guān)函數(shù)法加以改進(jìn),得到了廣義互相關(guān)法。廣義互相關(guān)法是在互相關(guān)函數(shù)法的頻域上加一個(gè)廣義權(quán)函數(shù)ψg(f),即取廣義互相關(guān)函數(shù)為3.3.2相位譜分析時(shí)延估計(jì)原理如果認(rèn)為環(huán)境噪聲是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的,那么接收到的兩信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)可以用信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)表示:上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.3時(shí)延估計(jì)理論3.3.3端點(diǎn)效應(yīng)及其消除對(duì)于同時(shí)記錄的等長(zhǎng)信號(hào)x(t)和y(t)(t∈(0,tn))之間的時(shí)延估計(jì),由于y(t)滯后x(t)時(shí)間D(為了討論方便,不妨設(shè)D>0),雖然y(t)=x(t-D)(t∈(D,tn)),但y(t)≠x(t-D+tn)(t∈(0,D)),使其周期延拓后的信號(hào)形狀并不相同。因此,必然存在端點(diǎn)效應(yīng),而且隨著D的加大和y(t)與x(t-D+tn)(t∈(0,D))差異的加大,其對(duì)時(shí)延估計(jì)的影響也隨之加大。上一頁(yè)返回3.4被動(dòng)聲定位算法3.4.1線陣定位算法線陣是由布設(shè)在一條直線上的若干個(gè)傳聲器組成,用于對(duì)半個(gè)平面進(jìn)行定位(或定向)的常用陣形。若陣列能夠轉(zhuǎn)動(dòng),則可以對(duì)整個(gè)平面進(jìn)行定位(或定向)。艦艇所用的被動(dòng)聲吶系統(tǒng),由于受船寬的限制,通常采用線陣下一頁(yè)返回3.4被動(dòng)聲定位算法1.二元線陣二元線陣示意圖如圖3-6所示。圖3-6所示的二元線陣是最簡(jiǎn)單的傳聲器陣列,它只能用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)的定向。設(shè)兩傳聲器M1、M2對(duì)稱布設(shè)在x軸相距l(xiāng)的兩點(diǎn)上,其坐標(biāo)分別為-

標(biāo)位于S(x,y),距離為r,方位角為φ,則聲程差上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4被動(dòng)聲定位算法2.三元線陣三元線陣示意圖如圖3-7所示。三元線陣傳聲器陣列不僅可以定向,也可以定距。設(shè)兩傳聲器M1、M2

沿x軸對(duì)稱布設(shè)在位于原點(diǎn)(0,0)的傳聲器M0兩邊,其坐標(biāo)分別為(-l,0)、l(,0),目標(biāo)位于S(x,y),距離為r,方位角為φ,則聲程差上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4被動(dòng)聲定位算法3.多元線陣為了提高定向、定距精度,增加陣元數(shù)量是一個(gè)有效的方法。最常用的是2n+1元等距線陣。取線陣沿x軸布設(shè),中間的傳聲器M0位于原點(diǎn)(0,0),則x軸正方向第k個(gè)傳聲器Mk的坐標(biāo)為(kl,0),到目標(biāo)的距離為rk;x軸負(fù)方向第k個(gè)傳聲器M'k

的坐標(biāo)為(-kl,0),到目標(biāo)的距離為r'k。則傳聲器Mk

與Mk-1的聲程差上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4被動(dòng)聲定位算法3.4.2平面四元方陣定位算法1.基本算法設(shè)四傳聲器(M1、M2、M3、M4)構(gòu)成邊長(zhǎng)為l的平面方陣,分別對(duì)稱分布在水平面xOy的四個(gè)象限,如圖3-8所示。目標(biāo)位于S(x,y,z),方位角為φ,仰角為θ,且OS=r,SM1=r1,M2M1=d21,M3M1=d31,M4M1=d41,則有上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4被動(dòng)聲定位算法2.精度分析式(3-58)中的②、③式分別對(duì)d21

、d41

求偏導(dǎo),有上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4被動(dòng)聲定位算法3.算法的改進(jìn)雖然平面四元方陣只有3個(gè)獨(dú)立時(shí)延,但可估計(jì)的時(shí)延共有6個(gè)。對(duì)于定位計(jì)算來(lái)說(shuō),另外3個(gè)為非獨(dú)立的冗余時(shí)延。充分利用d21

、d34

、d41

、d32

、d31

、d42這6個(gè)時(shí)延,可提高定向和定距的精度。3.4.3圓陣定位算法n+1元圓陣是由半徑為a的圓周上均布的n個(gè)傳聲器Mi(i=0,1,…,n-1)和圓心O上的傳聲器M組成。目標(biāo)位于S(x,y,z),方位角為φ,仰角為θ,且OS=r,SMi=ri,聲程差上一頁(yè)返回3.5自然風(fēng)對(duì)聲探測(cè)的影響及其修正對(duì)于不同的傳聲器陣列,風(fēng)的影響是不同的,但對(duì)風(fēng)影響進(jìn)行修正的思路和方法是相同的,下面以正四元方陣為例進(jìn)行推導(dǎo)。3.5.1風(fēng)對(duì)二傳聲器聲程差的影響風(fēng)對(duì)二傳聲器聲程差的影響定位修正圖如圖3-9所示。3.5.2風(fēng)對(duì)方位角和仰角的影響由式(3-77)、式(3-78)可得,風(fēng)影響下計(jì)算的方位角φ'與實(shí)際方位角φ的關(guān)系為下一頁(yè)返回3.5自然風(fēng)對(duì)聲探測(cè)的影響及其修正3.5.3風(fēng)對(duì)方位角和仰角的修正公式由于v?c,為了計(jì)算簡(jiǎn)單,忽略二次項(xiàng)影響,此時(shí)有上一頁(yè)返回3.6雙子陣定位理論3.6.1定位原理雙子陣定位是利用兩個(gè)子陣各自算出目標(biāo)的方位(θ1,φ1)、(θ2,φ2),若兩條射線L1、L2在空間相交,則交點(diǎn)T(x,y,z)為目標(biāo)的位置;如兩條射線在空間不相交,則求出兩射線的公垂線,則公垂線P1P2的中心T(x,y,z)即為所的目標(biāo)位置。雙子陣定位示意圖如圖3-10所示。3.6.2定距誤差上面給出的定距公式,影響精度的主要因素還是時(shí)延估計(jì)誤差,其隨機(jī)誤差的均方差為返回3.7聲探測(cè)數(shù)據(jù)的后置處理由于基線短、背景噪聲干擾以及信號(hào)的多途性,而且在實(shí)際應(yīng)用中算法可能出現(xiàn)不穩(wěn)定,得到的時(shí)延估計(jì)誤值不可能完全準(zhǔn)確,預(yù)測(cè)方向和攻擊時(shí)間會(huì)產(chǎn)生較大的誤差,以至難以滿足精度要求。除了對(duì)時(shí)延估計(jì)算法進(jìn)行研究,后置智能化處理是提高測(cè)量精度的有效途徑,它利用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律,將多次測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)進(jìn)行跟蹤,可以有效地提高精度。后置處理的最典型方法是卡爾曼濾波,它是一種簡(jiǎn)要遞推算法的濾波器,可方便地在計(jì)算機(jī)上加以實(shí)現(xiàn)并滿足實(shí)時(shí)性要求。3.7.1卡爾曼濾波器卡爾曼濾波器是理想的最小平方遞歸估計(jì)器,其利用遞推算法,即后一次的估計(jì)計(jì)算利用前一次的計(jì)算結(jié)果。與其他估計(jì)算法相比較,卡爾曼濾波器具有算法簡(jiǎn)單及存儲(chǔ)量小的優(yōu)點(diǎn),所以廣泛用于近代數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中?？柭鼮V波器的工作原理圖如圖3-11所示。下一頁(yè)返回3.7聲探測(cè)數(shù)據(jù)的后置處理3.7.2數(shù)學(xué)模型目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型是機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的基本要素之一,也是一個(gè)關(guān)鍵而棘手的問(wèn)題,模型的準(zhǔn)確與否直接影響跟蹤效果。在建立模型時(shí),既要使所建立的模型符合實(shí)際,又要便于數(shù)學(xué)處理。這種數(shù)學(xué)模型應(yīng)將某一時(shí)刻的狀態(tài)變量表示為前一時(shí)刻狀態(tài)變量的函數(shù),所定義的狀態(tài)變量應(yīng)是全面反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的一組維數(shù)最少的變量。假設(shè)被跟蹤測(cè)量值為x,它的變化是勻速的,變化速度為x',x'的波動(dòng)用隨機(jī)速度擾動(dòng)Vx

表示,則CA運(yùn)動(dòng)方程為上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.7聲探測(cè)數(shù)據(jù)的后置處理3.7.3遞推算法假設(shè)系統(tǒng)的隨機(jī)速度擾動(dòng)和測(cè)量噪聲相互獨(dú)立,并且都為零均值、協(xié)方差分別為Qk()和Nk()的高斯隨機(jī)噪聲。對(duì)應(yīng)于模型表達(dá)式的卡爾曼濾波器遞推過(guò)程如下:一步預(yù)測(cè)值上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.7聲探測(cè)數(shù)據(jù)的后置處理對(duì)于式(3-95)、式(3-96)給出的運(yùn)動(dòng)方程,啟動(dòng)條件為上一頁(yè)返回3.8聲探測(cè)技術(shù)在軍事中的應(yīng)用在軍事上,聲探測(cè)的應(yīng)用可以追溯到第一次世界大戰(zhàn)以前,由于受到當(dāng)時(shí)電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)的限制,難以滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求,應(yīng)用受到很大限制。聲探測(cè)在軍事中的第一個(gè)成功應(yīng)用是聲吶系統(tǒng)。聲吶利用聲波在水中衰減小、速度較快的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出了大量的主動(dòng)、被動(dòng)的聲吶系統(tǒng)和海底預(yù)警系統(tǒng),在潛艇探測(cè)目標(biāo)、導(dǎo)航和反潛作戰(zhàn)中發(fā)揮了巨大的作用下一頁(yè)返回3.8聲探測(cè)技術(shù)在軍事中的應(yīng)用3.8.1聲吶技術(shù)在軍事上的應(yīng)用和發(fā)展1.先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)早期的聲吶接收機(jī)功能比較簡(jiǎn)單,人們對(duì)水聲環(huán)境與無(wú)線電波環(huán)境的差異認(rèn)識(shí)不深,簡(jiǎn)單地把應(yīng)用于雷達(dá)和無(wú)線電通信的信號(hào)處理技術(shù)移植到聲吶系統(tǒng)中,因此并沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的作用,而且當(dāng)時(shí)的模擬電路技術(shù)也很難實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理。近年來(lái),隨著高性能微處理器和各種專用通用高速數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn),以及各種先進(jìn)信號(hào)處理算法的開(kāi)發(fā),聲吶的效能發(fā)生了巨大的變化。聲吶系統(tǒng)的更新在很大程度上是隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)的升級(jí)而進(jìn)行的,聲吶基陣的改動(dòng)不大。美國(guó)海軍在聲吶技術(shù)的發(fā)展上,首先把大量資金用于改進(jìn)信號(hào)處理能力,其次是購(gòu)買新型聲基陣(如甚低頻主動(dòng)聲吶基陣),同時(shí)重新設(shè)計(jì)了潛艇的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.8聲探測(cè)技術(shù)在軍事中的應(yīng)用以前,各種非聲學(xué)傳感器(如雷達(dá))只是作為聲吶的補(bǔ)充或輔助設(shè)備,現(xiàn)在把這些非聲學(xué)傳感器數(shù)據(jù)和聲吶數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái),通過(guò)光纖送到潛艇的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)進(jìn)行集中處理,構(gòu)成戰(zhàn)術(shù)指揮圖,供作戰(zhàn)時(shí)參考。2.水聲通信和聲吶組網(wǎng)技術(shù)先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)顯著提高了聲吶系統(tǒng)的性能,使聲吶除了完成潛艇探測(cè)的任務(wù)外,還可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離水聲通信。西方國(guó)家推測(cè),蘇聯(lián)在冷戰(zhàn)時(shí)期就實(shí)現(xiàn)了水聲通信,但數(shù)據(jù)傳輸量很小,只是幾個(gè)簡(jiǎn)單命令。現(xiàn)在的水聲通信技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)圖像傳輸,通過(guò)編碼技術(shù)可以進(jìn)行大約100b·s-1的低速數(shù)據(jù)傳輸,今后可能提高到1000b·s-1。水聲通信技術(shù)使各種水下平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換成為可能,如通過(guò)潛艇和無(wú)人潛航器的數(shù)據(jù)交就可以構(gòu)成水下戰(zhàn)場(chǎng)的聲圖像。各種水下平臺(tái)之間共享聲吶數(shù)據(jù)已成為聲吶技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.8聲探測(cè)技術(shù)在軍事中的應(yīng)用3.被動(dòng)聲吶技術(shù)冷戰(zhàn)時(shí)期,西方海軍的主要威脅是蘇聯(lián)的核潛艇。核潛艇的核反應(yīng)堆在運(yùn)行時(shí)噪聲較大,因此那時(shí)北約主要發(fā)展用于監(jiān)聽(tīng)噪聲的被動(dòng)聲吶站,對(duì)窄帶信號(hào)的檢測(cè)成為聲吶信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)。在冷戰(zhàn)后期,北約依靠新的信號(hào)處理技術(shù)削弱了蘇聯(lián)降低潛艇噪聲所獲得的優(yōu)勢(shì)。這個(gè)時(shí)期反潛的特點(diǎn)就是大力發(fā)展被動(dòng)聲吶,包括拖曳陣和被動(dòng)聲吶浮標(biāo)。現(xiàn)在西方海軍多在第三世界國(guó)家周圍的海域活動(dòng),威脅主要來(lái)自常規(guī)潛艇。.低頻主動(dòng)聲吶技術(shù)安靜型柴電潛艇的廣泛裝備,使聲吶技術(shù)的研究熱點(diǎn)重新轉(zhuǎn)移到主動(dòng)聲吶上。但主動(dòng)聲吶有兩個(gè)缺點(diǎn):一是聲吶發(fā)射的聲波會(huì)被反潛設(shè)備接收到,使?jié)撏П┞赌繕?biāo)并遭到攻擊;二是主動(dòng)聲吶在淺海的作用距離受海床的影響。聲吶脈沖會(huì)在海底和水面之間反射,沿不同路徑返回(即多途效應(yīng))。此時(shí)會(huì)有微小的時(shí)延,在接收機(jī)上形成混響干擾,掩蓋目標(biāo)的回波。聲吶使用的脈沖序列越長(zhǎng),探測(cè)距離越遠(yuǎn),聲吶受混響的影響就越嚴(yán)重。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.8聲探測(cè)技術(shù)在軍事中的應(yīng)用5.爆炸聲回波定位技術(shù)針對(duì)安靜型柴油機(jī)潛艇給聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)帶來(lái)的威脅,美國(guó)海軍于20世紀(jì)50年代中期構(gòu)想了“朱莉”計(jì)劃?；舅悸肥?潛艇噪聲的降低將會(huì)使SOSUS聲吶系統(tǒng)失效,但可以通過(guò)增加一個(gè)信號(hào)———深水炸彈爆炸聲來(lái)解決問(wèn)題。爆炸聲將在寂靜潛伏的潛艇上產(chǎn)生回波,SOSUS系統(tǒng)的被動(dòng)聲吶陣接收回波并進(jìn)行定位。但“朱莉”系統(tǒng)只能在深度超過(guò)3500m的深海使用,否則海底反射波將淹沒(méi)潛艇的回波,因此對(duì)一些沿海海域并不適用。在20世紀(jì)七八十年代,蘇聯(lián)還開(kāi)發(fā)了一種改進(jìn)的“朱莉”系統(tǒng),使用一組爆炸聲來(lái)克服海底回波的影響。受當(dāng)時(shí)條件的限制,“朱莉”系統(tǒng)沒(méi)有復(fù)雜的信號(hào)處理功能,只是通過(guò)直達(dá)聲和潛艇回波的時(shí)延差來(lái)定位。到90年代,隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展,區(qū)分潛艇回波和海底反射波的問(wèn)題得到了解決。“朱莉”系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)是可以探測(cè)到潛艇而不會(huì)暴露反潛艦艇的位置,并可以決定是否需要以及何時(shí)對(duì)潛艇發(fā)動(dòng)攻擊。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.8聲探測(cè)技術(shù)在軍事中的應(yīng)用3.8.2反直升機(jī)智能雷彈武裝直升機(jī)以其特有的機(jī)動(dòng)性、靈活性和超低空飛行性能,成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的“空中坦克”,有著很強(qiáng)的生存能力和攻擊能力。這首先是因?yàn)樗某涂诊w行性能,使它能夠有效地利用地形地物進(jìn)行掩護(hù),躲過(guò)雷達(dá)的搜索和防空導(dǎo)彈的襲擊;其次,它有一定的裝甲防護(hù)能力,可阻擋12.7mm槍彈的射擊;最后,它較少受氣象條件的制約,能夠迅速完成諸如地面?zhèn)刹?、輸送武器裝備和兵力、攻擊敵方重要目標(biāo)和防御設(shè)施等任務(wù)。為了便于己方直升機(jī)通過(guò),可通過(guò)無(wú)線電通信遙控關(guān)閉雷彈,等直升機(jī)通過(guò)雷區(qū)后再遙控激活雷彈的預(yù)警系統(tǒng)。根據(jù)反直升機(jī)智