《電子技術應用》
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速度型水聲傳感器的頻率響應特性
電子技術應用
孟燕雨1,羅明2
1.中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所;2.天海融合防務裝備技術股份有限公司
摘要: 聲納技術是人類探索海洋的主要手段,而水聲傳感器是聲納裝置的重要組成部分。水聲傳感器分為標量和矢量水聲傳感器。矢量傳感器可以彌補標量傳感器獲取聲場信息不完整的不足,可以實現(xiàn)對水中聲壓和介質(zhì)振速的精確測量從而確定目標方位等。主要對速度型矢量水聲傳感器的頻率響應特性進行了研究,討論高保真和高增益下速度型水聲振幅模型、響應比及頻率響應特性,提出頻響設計原則,最后概括速度型水聲傳感器的應用。水聲傳感器是水下探測、定位和通信的重要手段。研究有助于開發(fā)高靈敏度和更好低頻特性的速度型水聲傳感器,從而極大提升傳統(tǒng)水聲傳感器的作用距離。遠聲場傳感器的研制,提升諸如潛艇、UUV等水下目標的探測距離,將有利于從根本改變目前我國水聲探測網(wǎng)絡的格局,具有重要軍事意義。
中圖分類號:TB5 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245407
中文引用格式: 孟燕雨,羅明. 速度型水聲傳感器的頻率響應特性[J]. 電子技術應用,2024,50(12):65-69.
英文引用格式: Meng Yanyu,Luo Ming. Frequency response characteristics of velocity type underwater acoustic sensor[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(12):65-69.
Frequency response characteristics of velocity type underwater acoustic sensor
Meng Yanyu1,Luo Ming2
1.The Sixth Research Institute of China Electronics Corporation; 2.Bestway Marine & Energy Technology Co., Ltd.
Abstract: Sonar technology is the main method of the ocean exploration, and underwater acoustic sensor is an important part of sonar equipment. Underwater acoustic sensors are divided into scalar and vector underwater acoustic sensors. The vector sensor can make up for the incomplete sound field information obtained by the scalar sensor, and can accurately measure the sound pressure in water and the vibration velocity to determine the target orientation, etc. This paper mainly studies the frequency response characteristics of velocity vector underwater acoustic sensor, discusses the amplitude model, response ratio and frequency response characteristics of velocity type underwater acoustic sensor under high fidelity and high gain, puts forward the design principles of frequency response, and finally summarizes the application of velocity underwater acoustic sensor. Underwater acoustic sensor is an important means of underwater detection, positioning and communication. The research helps to the development of velocity acoustic sensors with high sensitivity and better low frequency characteristics, so as to greatly improve the operating range of traditional acoustic sensors. The development of far-sound-field sensor helps to improve the detection range of underwater targets such as submarines and UUV, which will fundamentally change the pattern of China's underwater acoustic detection network with important military significance.
Key words : velocity type underwater acoustic sensor;amplitude model;response ratio;frequency response

引言

探索海洋對于認識海洋與發(fā)展海洋至關重要。無論是海洋開發(fā)和利用,還是軍事安全與對抗,都以水下信息化為基礎,并且對水下信息的高精度感知、遠距離傳輸以及快速性和多樣性的要求越來越高[1-3]。迄今所熟知的各種能量,如聲、光、電磁等形式中,聲波在海洋中有最佳的遠距離傳播性能。因而,水聲就成為海洋中信息傳播的主要載體[4-5]。聲納技術基于聲波在水中的傳播與反射性能,通過聲電信息轉換和處理實現(xiàn)導航與測距的技術,也用于對水下物體(存在性質(zhì)、運動、位置)的檢測,是人們探索海洋的重要手段[6-9]。

水聲傳感器是聲納裝置的重要組成部分。聲波兼有標量場和矢量場,它們都含有目標和環(huán)境的信息。按照檢測的聲學物理量的不同,水聲傳感器可以分為標量和矢量兩種類型[10]。傳統(tǒng)的標量水聲傳感器僅獲取聲場的標量信息,即聲壓信息。目前,標量水聲傳感器生產(chǎn)技術成熟、工程應用較多,但是不能進行目標方向識別。矢量水聲傳感器用來測量水下聲場矢量(聲壓梯度、質(zhì)點振速、加速度、位移或聲強等),彌補了傳統(tǒng)標量水聲傳感器不能完整獲得聲場信息的不足,可以實現(xiàn)對水中聲壓和介質(zhì)振速的精確測量從而確定目標方位等[11-14]。矢量水聲傳感器可分為三大類:水聲加速度類傳感器、水聲速度類傳感器和水聲位移類傳感器。目前,我國主流采用的水聲探測技術是加速度類與速度類兩種技術合成方法,水聲探測距離為10~30 km,而歐美則采用加速度類、速度類、位移類三種技術分離的方法,水聲探測距離為100~300 km。本文研究速度型水聲傳感器的頻率響應特征,從而提高水聲傳感器的靈敏度以及低頻特性[15-16]。


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作者信息:

孟燕雨1,羅明2

(1.中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所,北京 100083;

2.天海融合防務裝備技術股份有限公司,上海 201612)


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