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技术，使潜艇的探测越来越难，潜艇已构成了最(2)

2013-07-13 01:01
　　3 参量阵声纳特性的应用
　　3.1 远距离探测
　　通常的参量阵是用一个特制的发射换能器向介质中发射两个原波．由于介质的非线性，通过互相作用．产生了新的频率成分——差频波的辐射源，这些辐射源向水中辐射声波。于是差频波超声发射的方向与原波一起向前传播。由于水介质的吸收．在传播过程中原波振幅不断减小而最终消失．这样在发射方向上差频波将达到较大的值，也就是说当原波被衰减完时，差频波达到最大，就大大的延长了声纳的探测距离。有些国家的声纳探测距离已经达到300km。
　　3.2 准确目标识别
　　差频波在传播的过程中，只在轴向最大，而在其它方向上，由于非同相叠加，故很小，最终又能形成很好的指向性。对目标的分辨率高，能够准确的识别潜艇。
　　我们以圆环形活塞压电换能器为例来讨论。对于原波频率为ω1和ω2两个正弦波来说．假定换能器初始辐射波是两个不同频率的基波众所周知上式右边第二项是圆形活塞的指向性函数，而右边第一项就是虚拟的二次声源阵所产生的指向性，因此参量阵的指向性函数用这公式计算，可以证实参量阵的指向性很强，且波束很窄。例如，对于平均原波频率为100KHz的原波，如果使之在水中产生差频为10KHz的参量波，则其波束宽度只有2.20左右，而换能器直径只要15cm。可见，它是一种低频超指向声源。如12kHz的正弦脉冲信号对海中目标的分辨率可达到5cm，100kHz的频率其测深精度可达0.02m±0.02%。这就大大的提高了海水中探测的准确率。有实验用常规声呐和参量阵声呐对在250米远处的长度为2米的潜艇模型进行了360o范围内的模拟探测试验。两种声呐的基阵孔径都是23厘米，开角分别为28o和3o，信号都是15千赫填充的3.5毫秒脉冲。试验结果参量阵声呐的混响级约低l2分贝，因此，全方位的检测概率大大高于常规声呐。[6]
　　3.3 宽带特性
　　另外一个特点它是一个宽带声源，例如当原波的频率只变化10%，则差频波就可能变化若干个倍频程，，可根据实际海域情况来选择最佳的工作频率，达到最佳的探测效果。因此它有很大的信息容量，有可能获得很高的信号处理增益。
　　4 参量阵声纳系统的构成
　　这里我们提出了一个参量阵声纳的简单系统架构，如图2所示，这里只考虑双频参量阵。
　　其中GPS全球定位系统主要用于声纳探测点的自动定位。声纳工作时,GPS同时工作给计算机发送位置信息，计算机以固定时间间隔给信号产生电路发送启动发射信号,并同时触发内部定时器和GPS定位系统,信号产生电路接收到启动信号后立即产生双频电信号，经放大后由换能器转换成声波后向水中发射声波,并接收反射回来的声回波脉冲信号,并由换能器转换成电信号，信号经放大、滤波整形后进行数据采集，在数据采集中主要进行相关运算，检出需要的波，如果是近距离则会有三种波即两个原波（f1、f2）和差频波f3，如果是远距离则只会有差频波。把数据给单片机进行处理。它通过单片机的外部中断接口输入到单片机中,单片机收到该信号后即刻中断计时器,记录计时器的计时值,并调用距离计算中断处理程序计算出探测目标距离数据；将数据传送给计算机,供图像处理软件形成潜艇图像并显示。
　　5 结论
　　综上所述，参量阵声纳在水下反潜战中具有较大的优势，这是因为参量阵声纳：
　　（1）可获得低频窄波束。低频损失波因其波长较长,衰减小于高频损失波，作用距离大，大大提高探测距离。且原波的频率高，换能器可有较高的空化阀。
　　（2）具有低频宽带特性，可以获得较高的信号处理增益。几乎没有旁瓣，可以提高设备精度。

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　　（3）由于换能器只要发射频率很高的原波，因此体积小、重量轻。
　　由于参量阵声纳的小尺寸和窄波束以及其低频宽带特性决定了参量阵声纳在现代水下反潜作战中的应用前景广阔,由于参量阵声纳强大的穿透能力，在反水雷尤其是沉底雷作战中也将发挥重要的作用，而为了提高参量阵声纳的探测效率,未来结合相控阵技术和多换能器组成的参量阵声纳阵必将使水下反潜战的探测技术上升到一个新的高度。