聲吶相關(guān)實(shí)驗(yàn)

1、專業(yè)實(shí)驗(yàn)聲學(xué)部分實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1側(cè)掃聲吶實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諅?cè)掃聲吶的工作原理。學(xué)習(xí)側(cè)掃聲吶的使用方法。測(cè)量校區(qū)附近特定水域的地形地貌，并分析。一、實(shí)驗(yàn)原理側(cè)掃聲吶原理側(cè)掃聲吶的基本工作原理與側(cè)視雷達(dá)類似，側(cè)掃聲吶左右各安裝一條換 能器線陣，首先發(fā)射一個(gè)短促的聲脈沖，聲波按球面波方式向外傳播，碰到 海底或水中物體會(huì)產(chǎn)生散射，其中的反向散射波（也叫回波）會(huì)按原傳播路 線返回?fù)Q能器被換能器接收，經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換成一系列電脈沖。一般情況下，硬的、粗糙的、凸起的海底，回波強(qiáng)；軟的、平滑的、凹 陷的海底回波弱，被遮擋的海底不產(chǎn)生回波，距離越遠(yuǎn)回波越弱。將每一發(fā)射周期的接收數(shù)據(jù)一線接一線地縱向排列，顯示在顯示器上，

2、 就構(gòu)成了二維海底地貌聲圖。聲圖平面和海底平面成逐點(diǎn)映射關(guān)系，聲圖的 亮度包涵了海底的特征。2點(diǎn)位于聲吶的正下方，回波是很強(qiáng)的正發(fā)射波；4、 5、6回波較強(qiáng)，6的回波先到換能器，然后是第5點(diǎn)，第6點(diǎn)。6、7點(diǎn)沒(méi)有 回波，產(chǎn)生陰影區(qū)。側(cè)掃聲吶有三個(gè)突出的特點(diǎn)：一是分辨率高，二是能得到連續(xù)的二維海底圖像，三是價(jià)格較低。 但 3) 其應(yīng)用主要有海洋測(cè)繪和海洋地質(zhì)調(diào)查海洋測(cè)繪側(cè)掃聲吶可以顯示微地貌形態(tài)和分布，可以得到連續(xù)的有一定寬度的二 維海底聲圖，而且還可能做到全覆蓋不漏測(cè)，這是測(cè)深儀和條帶測(cè)深儀所不 能替代的，所以港口、重要航道、重要海區(qū)，都要經(jīng)過(guò)側(cè)掃聲吶測(cè)量。海洋地質(zhì)調(diào)查側(cè)掃聲吶的海底聲圖可以顯

3、示出地質(zhì)形態(tài)構(gòu)造和底質(zhì)的大概分類，尤其 是巨型側(cè)掃聲吶，可以顯示出洋脊和海底火山，是研究地球大地構(gòu)造和板塊運(yùn)動(dòng)的有力手段。側(cè)掃聲吶參數(shù)說(shuō)明、工作頻率側(cè)掃聲吶一般工作在50 kHz-1. 2 MHz較低的工作頻率可以有較大的探 測(cè)距離，而較高的工作頻率能在有限長(zhǎng)度的傳感器尺寸下得到高的角度分辨 力。一般100 kHz左右的聲吶作用距離可達(dá)600 m, 500 kHz左右的聲吶工作 距離為150 m左右。2）、傳播損失=瀏地火一】制g血（導(dǎo)傳播損失TL （dB:水聲傳播損失主要計(jì)及球面拓展損失和吸收損失。TL =201gr + 10ar -3（dB），設(shè)最大探測(cè)距離150 m，當(dāng)頻率較高時(shí)，海水的

4、吸收 衰減比較大，根據(jù)Fisher-Simmons吸收系數(shù)計(jì)算公式圖表查得:頻率為455 kHz 時(shí)，a =120 dB/km，所以傳播損失雙程 2TL -120 dB （455 kHz）。3）、脈沖寬度一般設(shè)計(jì)為50-20034）、指向性DI:換能陣列設(shè)計(jì)為一發(fā)多收，即用一個(gè)指向性較寬的發(fā)射波束照射目標(biāo)， 用多個(gè)平行窄指向性接收波束接受目標(biāo)回波。5）、脈沖類型側(cè)掃聲吶發(fā)射脈沖形式主要有CW脈沖（單頻矩形脈沖信號(hào)）和Chirp脈 沖（調(diào)頻脈沖）兩種。CW信號(hào)波形為正弦波形，其頻率和脈沖持續(xù)時(shí)間（T） 固定（通常為0.1 ms-10ms，則相鄰兩信號(hào)可被區(qū)分開(kāi)的最小距離為CT/2（C為 聲速），

5、即該信號(hào)類型決定了系統(tǒng)空間分辨率。當(dāng)前側(cè)掃系統(tǒng)大多采用Chirp 信號(hào)，該信號(hào)是一種頻率隨時(shí)間線性增加（線性調(diào)頻）的余弦波。二、設(shè)備、儀器以及量具三、實(shí)驗(yàn)步驟1、對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行電路連接，如圖所示。 -0R-2、連接GPS設(shè)備3、確保starfish電路和通信接口連接無(wú)誤，并用額外的繩子系在starfish 上（確保設(shè)備不會(huì)脫落，同時(shí)保護(hù)設(shè)備自身的纜線）。4、用竹竿（避免河岸或欄桿對(duì)纜線和繩子的直接摩擦）把starfish放入水 中。5、打開(kāi)電腦程序，完成相應(yīng)設(shè)置獲取GPS信號(hào)，平穩(wěn)地拖動(dòng)starfish在 水中滑行，同時(shí)電腦程序開(kāi)始掃描，開(kāi)始保存視頻。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)2數(shù)字成像聲吶實(shí)驗(yàn)一、

6、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握數(shù)字成像聲吶的工作原理。學(xué)習(xí)數(shù)字成像聲吶的使用方法。測(cè)量校區(qū)附近特定水域的水體情況。二、實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字成像聲吶的簡(jiǎn)介本聲吶為多頻聲吶，僅用這一個(gè)儀器就可以生成非常精細(xì)的全范圍圖像， 881A是一個(gè)可編程的多頻教字成像聲吶，可以使用默認(rèn)操作頻率設(shè)置或根據(jù)自 己的情況自定義配置。本聲吶具有高性能，低成本、低功耗、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)， 可以完美適用于不同尺寸和功能的ROV，也可以適用于AUV或UUV。數(shù)字成像聲吶的功能數(shù)字成像聲吶能夠把水中的物體投影成像在地面上，根據(jù)圖像的明暗可以判 斷物體的位置及尺寸。本聲吶掃描頻率可調(diào)，可以設(shè)置其掃描范圍在1-200米直接變化，根據(jù)需要 對(duì)周圍水環(huán)境進(jìn)行

7、掃描和成像。ElEhnnVertica Seo (Cliaiuage)u&e this mode tbr creating inultiple vertical protiles. of t服* X 0(1Warer11DtrbBnelineBottom(m)FieqiifracyPulsf L*Dgtb g Polar XlndfPnh-e Length(網(wǎng)SfrtQi Sidesraii11GQ004迎in21000I il20in3ldOO !：201041碩I !；加in5IdlXl。登6031106730_260.-n胡6750.2IM3。1. 2160:H40i，22011050，

8、.-5L260-606750.2520，: 1806750.242021010067502MO2-!l1503100.1fiooh：l200引00.1im瑚軟件使用：軟件需要設(shè)置的部分在下表中列出了。需要針對(duì)實(shí)際位置來(lái)設(shè)定參數(shù)。SOFTWARE SPECIFICATIONS:Win881A.exeWINDOWS OPERATING SYSTEMWWMtoWBXP, VMa.7, % 10MODESSector, Polar and Side ScanRANGE SCALES1 m.2 m. 3 m. 4m, 5m. 10 m. 20 m. 30 m. 0 m.SO m . 60 m p SD

9、m . 1Q0mP 150 皿 200 mTRAIN ANGLESContlriuau? rotaiion, 3。ineremerilaSECTOR SIZE.SECTOR MODE POLAR MODE(F 1SO： 3- incrementsCT - 3573. 3= Incremeiils. nr Continuaus rolalionSTEP SIZESSiq(0.3, W甲Jium (0.6n)h F耕眼口.9”，F(xiàn)ag(i,2njhFastestGRID TYPESPolar and rectangularfile format(HlenameyBlaRECOMMENDED MIN

10、IMUM COMPUTER REQUIREMENTS:100 MHz Penlium16 MB RAM1 G6 Hard DiskBOD x 600 x 256 cck)ur graphics三、設(shè)備、儀器以及量具四、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接數(shù)字成像聲吶與電腦，連接數(shù)字成像聲吶與電源（確保電路和通 信接口連接無(wú)誤及掃描鏡頭無(wú)遮擋，并用額外的繩子系在數(shù)字成像聲 吶設(shè)備上）。2、選定有可識(shí)別對(duì)象的掃描范圍（選擇識(shí)別的對(duì)象最好是表面粗糙形狀 特殊易識(shí)別的物體），選定位置后，用竹竿將數(shù)字成像聲吶平穩(wěn)地放入水中并固定不動(dòng)。3、打開(kāi)軟件，對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)置，分析并保存掃描圖像。五、實(shí)驗(yàn)圖像分析實(shí)驗(yàn)3水下定位及通信實(shí)驗(yàn)

11、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆粘袒€水下定位的工作原理。掌握水下通信的方式。在特定水域進(jìn)行定位并驗(yàn)證通信功能。二、實(shí)驗(yàn)原理超短基線水下定位系統(tǒng)原理超短基線定位系統(tǒng)由發(fā)射基陣、應(yīng)答器和接收基陣組成。收發(fā)基陣安裝在同 一個(gè)探頭上，應(yīng)答器固定在水下拖體上。系統(tǒng)通過(guò)測(cè)定聲單元的相位差來(lái)確定換能器到目標(biāo)的相對(duì)方位角；換能器與 目標(biāo)的距離通過(guò)測(cè)定聲波傳播的時(shí)間（聲頭和應(yīng)答器可以通過(guò)詢問(wèn)和應(yīng)答方式測(cè) 量往返時(shí)間，也可以由電纜連接測(cè)量單程時(shí)間），再用聲速剖面修正波束線，最 終確定聲基陣與水下拖體目標(biāo)的相對(duì)距離，從而確定目標(biāo)的相對(duì)位置要確定目標(biāo)的絕對(duì)位置，還需要知道聲基陣的位置、姿態(tài)以及船艏方向，這 些參數(shù)可以由GPS、運(yùn)動(dòng)傳感器（MRU）或電羅經(jīng)提供。然后是確定目標(biāo)在聲 頭坐標(biāo)系中的位置。GPS基陣探親占更基陣坐標(biāo)系x口應(yīng)零器水聲通信原理水聲通信，簡(jiǎn)而言之就是利用水為傳播媒介，通過(guò)聲音吧信息傳輸?shù)侥繕?biāo)地， 并在目標(biāo)地將信息還原的一個(gè)過(guò)程。信源轉(zhuǎn)換器將信息轉(zhuǎn)換成發(fā)送器能識(shí)別和接受的信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸給發(fā)