第四章感测与侦测.ppt

海兵概 第4章 感測與偵測 4.3 聲納 4.3.1 最早的聲納 4.3.2 工作原理 4.3.4 聲納類別 4.3.3 水中聲波的傳導 4.3 聲納 Sonar 聲納一詞，是英文 SONAR 的音譯。 SONAR是 SOund Navigation And Ranging 的縮寫，意為聲音導航及測距系統。 聲納系統在許多方面與雷達系統類似，只不過它是利用水中傳遞的聲波來通信、導航、偵測、與追蹤，而雷達則是以電磁波來完成上述工作。 聲納以水為工作介質，受環境因素(鹽度、溫層 、密度等)影響極大。 4.3.1 最早的聲納 義大利人達文西 (Leonardo da Vinci, 1452-1519) 是最早記述水中聽音裝備的人。1490年，他把長管插入水中，聽到遠方船隻所發出的聲音，後來人將之稱為文西管 這種方式後為人們在第一次世界大戰時採用，多管組成的水中聽音器出現，成為聲納的前身。 4.3.2 工作原理 聲納基本上可分為被動式與主動式二種，其工作原理概略如下： 被動式：「只聽不發」 收聽水中音波，來取得目標資訊 基本上無法測得目標距離 主動式：「發波後聽」 以聲納的發波機發出音響，然後收聽該音響的回音 可以測知目標方位、距離、大小、速度等資訊 4.3.2.1 工作原理－被動式聲納系統結構 BTH寬頻顯示 頻率分析及窄頻顯示 4.3.2.2 工作原理－主動式聲納系統結構 Beam forming 顯示器 4.3.3 聲納類別 依裝設位置區分 舷裝聲納 舷外聲納 佈放聲納 依音波頻率區分 音頻 超音波 功能 目標偵測、測距、海底地形探勘、監聽等 4.3.4 水中聲波的傳導 水中聲波的傳導方式影響聲納的效能 水中聲速因溫度（T）、壓力（p）及鹽度（S）的改變而不同，可以函式 fλ = c(T,p,S) 表示。其中 T：溫度 Temperature，每昇高 10 C ? 約快 3 m/s p：壓力 Pressure，每深100公尺 ? 約快 1.7 m/s S：鹽度 Salinity，每增加 1 ppt (part per thousand) ? 約快 1.3 m/s 深速： 正深速、負深速 氣候和天氣，改變海水的温、鹽度，水中聲速因此有許多不同變化，或可被區分為不同的音速層 負深速、正深速與水面導管效應 陰影區與水中導管效應 4.4 光電 4.4.1 頻譜 4.4.2 紅外光 4.1.3 雷射光 4.4.1 頻譜 Electromagnetic Spectrum 4.4.2 紅外光 4.1.3 雷射光 LASER 兵器系統設計，唯一被選中的光電放射源 雷射，是英文 Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation 的縮寫 雷射具有頻寬 (bandwidth) 極窄，齊性 (coherence) 極高的特性 現用的雷射源有：氦-氖雷射、二氧化碳雷射、二極體雷射、染料雷射等。 4.1.3 雷射光 LASER 雷射在軍事上的使用，有下列四種類別： 作為雷達波源，探測目標 作為標定光源，導引攻擊 作為能量武器，以高能雷射摧毀目標 作為資料傳遞的媒介 雷射類別 雷射依其對眼睛及皮膚的傷害性，現行分為幾個類別 (Class)： 齊性 (coherence) 則指雷射光在頻率及相位上的單一性 深速：指水中聲波傳導的速度，因水深的加深而改變的情形。 如下一張投影片所示。 正深速：指水中聲波傳導的速度，隨深度的加深而增加。此時較淺的地方聲波傳導的速度較慢，較深的地方較快。 負深速：指水中聲波傳導的速度，隨深度的加深而減少。此時較淺的地方聲波傳導的速度較快，較深的地方較慢。 * * 第4章　感測與偵測 頻率分析器 聽音器陣列 波束處理器 寬頻顯示 窄頻顯示 音波 被動式聲納系統 現在方位 方位 時 間 目標變 動情形 分析頻寬 頻率 聲波強度 某目標最初收到的頻率 該目標後續收到的頻率 主動式聲納系統 波束處理器 換能器陣列 收發轉換器 發射機 接收機 電源 顯示器 同步器 音波發收 A-scan PPI 深同溫層 溫躍層 季節感溫層 深速圖 水中聲速因海水溫層變化情形 負深速 正深速 水面導管效應 聲波軌距：下彎 聲波軌跡：上揚 導管效應 陰影區 第4章　感測與偵測 108 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 髮絲75μ 波長 原子0.55nm 電子2.8 fm X 射線 光電 E L F V L F L F M F H F VH F UH F SH F EH F 海浬18