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速度型水声传感器的频率响应特性
电子技术应用
孟燕雨1,罗明2
1.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所;2.天海融合防务装备技术股份有限公司
摘要: 声纳技术是人类探索海洋的主要手段,而水声传感器是声纳装置的重要组成部分。水声传感器分为标量和矢量水声传感器。矢量传感器可以弥补标量传感器获取声场信息不完整的不足,可以实现对水中声压和介质振速的精确测量从而确定目标方位等。主要对速度型矢量水声传感器的频率响应特性进行了研究,讨论高保真和高增益下速度型水声振幅模型、响应比及频率响应特性,提出频响设计原则,最后概括速度型水声传感器的应用。水声传感器是水下探测、定位和通信的重要手段。研究有助于开发高灵敏度和更好低频特性的速度型水声传感器,从而极大提升传统水声传感器的作用距离。远声场传感器的研制,提升诸如潜艇、UUV等水下目标的探测距离,将有利于从根本改变目前我国水声探测网络的格局,具有重要军事意义。
中图分类号:TB5 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245407
中文引用格式: 孟燕雨,罗明. 速度型水声传感器的频率响应特性[J]. 电子技术应用,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

探索海洋对于认识海洋与发展海洋至关重要。无论是海洋开发和利用,还是军事安全与对抗,都以水下信息化为基础,并且对水下信息的高精度感知、远距离传输以及快速性和多样性的要求越来越高[1-3]。迄今所熟知的各种能量,如声、光、电磁等形式中,声波在海洋中有最佳的远距离传播性能。因而,水声就成为海洋中信息传播的主要载体[4-5]。声纳技术基于声波在水中的传播与反射性能,通过声电信息转换和处理实现导航与测距的技术,也用于对水下物体(存在性质、运动、位置)的检测,是人们探索海洋的重要手段[6-9]。

水声传感器是声纳装置的重要组成部分。声波兼有标量场和矢量场,它们都含有目标和环境的信息。按照检测的声学物理量的不同,水声传感器可以分为标量和矢量两种类型[10]。传统的标量水声传感器仅获取声场的标量信息,即声压信息。目前,标量水声传感器生产技术成熟、工程应用较多,但是不能进行目标方向识别。矢量水声传感器用来测量水下声场矢量(声压梯度、质点振速、加速度、位移或声强等),弥补了传统标量水声传感器不能完整获得声场信息的不足,可以实现对水中声压和介质振速的精确测量从而确定目标方位等[11-14]。矢量水声传感器可分为三大类:水声加速度类传感器、水声速度类传感器和水声位移类传感器。目前,我国主流采用的水声探测技术是加速度类与速度类两种技术合成方法,水声探测距离为10~30 km,而欧美则采用加速度类、速度类、位移类三种技术分离的方法,水声探测距离为100~300 km。本文研究速度型水声传感器的频率响应特征,从而提高水声传感器的灵敏度以及低频特性[15-16]。


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作者信息:

孟燕雨1,罗明2

(1.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所,北京 100083;

2.天海融合防务装备技术股份有限公司,上海 201612)


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