聲吶相關(guān)實驗

1、專業(yè)實驗聲學部分實驗指導實驗1側(cè)掃聲吶實驗實驗目的掌握側(cè)掃聲吶的工作原理。學習側(cè)掃聲吶的使用方法。測量校區(qū)附近特定水域的地形地貌，并分析。一、實驗原理側(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 海底或水中物體會產(chǎn)生散射，其中的反向散射波（也叫回波）會按原傳播路 線返回換能器被換能器接收，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；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映射關(guān)系，聲圖的 亮度包涵了海底的特征。2點位于聲吶的正下方，回波是很強的正發(fā)射波；4、 5、6回波較強，6的回波先到換能器，然后是第5點，第6點。6、7點沒有 回波，產(chǎn)生陰影區(qū)。側(cè)掃聲吶有三個突出的特點：一是分辨率高，二是能得到連續(xù)的二維海底圖像，三是價格較低。 但 3) 其應用主要有海洋測繪和海洋地質(zhì)調(diào)查海洋測繪側(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，這是測深儀和條帶測深儀所不 能替代的，所以港口、重要航道、重要海區(qū)，都要經(jīng)過側(cè)掃聲吶測量。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)造和板塊運動的有力手段。側(cè)掃聲吶參數(shù)說明、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 測距離，而較高的工作頻率能在有限長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（導傳播損失TL （dB:水聲傳播損失主要計及球面拓展損失和吸收損失。TL =201gr + 10ar -3（dB），設最大探測距離150 m，當頻率較高時，海水的

4、吸收 衰減比較大，根據(jù)Fisher-Simmons吸收系數(shù)計算公式圖表查得:頻率為455 kHz 時，a =120 dB/km，所以傳播損失雙程 2TL -120 dB （455 kHz）。3）、脈沖寬度一般設計為50-20034）、指向性DI:換能陣列設計為一發(fā)多收，即用一個指向性較寬的發(fā)射波束照射目標， 用多個平行窄指向性接收波束接受目標回波。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）和Chirp脈 沖（調(diào)頻脈沖）兩種。CW信號波形為正弦波形，其頻率和脈沖持續(xù)時間（T） 固定（通常為0.1 ms-10ms，則相鄰兩信號可被區(qū)分開的最小距離為CT/2（C為 聲速），

5、即該信號類型決定了系統(tǒng)空間分辨率。當前側(cè)掃系統(tǒng)大多采用Chirp 信號，該信號是一種頻率隨時間線性增加（線性調(diào)頻）的余弦波。二、設備、儀器以及量具三、實驗步驟1、對實驗系統(tǒng)進行電路連接，如圖所示。 -0R-2、連接GPS設備3、確保starfish電路和通信接口連接無誤，并用額外的繩子系在starfish 上（確保設備不會脫落，同時保護設備自身的纜線）。4、用竹竿（避免河岸或欄桿對纜線和繩子的直接摩擦）把starfish放入水 中。5、打開電腦程序，完成相應設置獲取GPS信號，平穩(wěn)地拖動starfish在 水中滑行，同時電腦程序開始掃描，開始保存視頻。四、實驗數(shù)據(jù)處理實驗2數(shù)字成像聲吶實驗一、

6、實驗目的:掌握數(shù)字成像聲吶的工作原理。學習數(shù)字成像聲吶的使用方法。測量校區(qū)附近特定水域的水體情況。二、實驗原理數(shù)字成像聲吶的簡介本聲吶為多頻聲吶，僅用這一個儀器就可以生成非常精細的全范圍圖像， 881A是一個可編程的多頻教字成像聲吶，可以使用默認操作頻率設置或根據(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、安裝簡單等優(yōu)點， 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)，可以設置其掃描范圍在1-200米直接變化，根據(jù)需要 對周圍水環(huán)境進行

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：軟件需要設置的部分在下表中列出了。需要針對實際位置來設定參數(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、設備、儀器以及量具四、實驗步驟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 信接口連接無誤及掃描鏡頭無遮擋，并用額外的繩子系在數(shù)字成像聲 吶設備上）。2、選定有可識別對象的掃描范圍（選擇識別的對象最好是表面粗糙形狀 特殊易識別的物體），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。3、打開軟件，對軟件進行設置，分析并保存掃描圖像。五、實驗圖像分析實驗3水下定位及通信實驗

11、一、實驗目的：掌握超短基線水下定位的工作原理。掌握水下通信的方式。在特定水域進行定位并驗證通信功能。二、實驗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、應答器和接收基陣組成。收發(fā)基陣安裝在同 一個探頭上，應答器固定在水下拖體上。系統(tǒng)通過測定聲單元的相位差來確定換能器到目標的相對方位角；換能器與 目標的距離通過測定聲波傳播的時間（聲頭和應答器可以通過詢問和應答方式測 量往返時間，也可以由電纜連接測量單程時間），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的相對距離，從而確定目標的相對位置要確定目標的絕對位置，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、運動傳感器（MRU）或電羅經(jīng)提供。然后是確定目標在聲 頭坐標系中的位置。GPS基陣探親占更基陣坐標系x口應零器水聲通信原理水聲通信，簡而言之就是利用水為傳播媒介，通過聲音吧信息傳輸?shù)侥繕说兀?并在目標地將信息還原的一個過程。信源轉(zhuǎn)換器將信息轉(zhuǎn)換成發(fā)送器能識別和接受的信號，并將該信號傳輸給發(fā)