教案20(无线电导航系统 )

1、一、导航概述二、导航设备 课题二十、无线电导航系统课题二十、无线电导航系统 一、导航概述一、导航概述 导航设备就是引导船舶航行的设备，天文导航方法，在我国古代叫做“牵星过洋术”。到了800多年前的宋代，出现了磁罗经，导航方法有了新的发展。 不同阶段或区域，对航行安全要求也因环境不同而各异,但都是为了保证最小航行交通冲突，最有效地利用日益拥挤的航路，保证航行安全，提高交通运输效益，节约能源。按照导航系统的功能划分大致有以下几类：1、自主导航 自主导航系统适于上述五种航路的任何一种，它基本上是一种单纯的导航系统，其主要特征是仅向用户提供位置、航速、航向和时间信息，也可包括海图航迹显示，不需通信系统

2、。适应于任何海面、湖面和内河上航行的船舶，从大型远洋货轮到私人游艇。2、港口管理和进港引导 这种系统主要用在港口/码头的船舶调度管理、进港船舶引导，以确保港口/码头航行的安全和秩序。该系统需要双向数据/话音通信，以便于领航员引导船舶；港区情境/海图显示，以表明停泊的船舶和可利用的进港航线，避免冲撞。这种系统对导航系统的精度要求高， 要采用差分GPS和其他增强技术。3、航路交通管理系统 主要用于近海和内陆河航路上的船舶导航和管理，通常需要卫星通讯系统支持。4、跟踪监视系统 这类系统主要用于海上巡逻艇、缉私艇及各种游艇，特别是私人游艇以防盗。根据具体的使用对象，有些系统需要给出导航参量和双向数据、

3、话音通讯，如缉私艇。而有时则不需要给出导航参量，如用于私人游艇防盗，仅需要单向数据通讯，一旦发生被盗，游艇上的导航系统 不断把自己的位置和航向送到有关中心，以便于跟踪。5、紧急救援系统 系统也包括两栖飞机，直升机和陆地车辆。它适应于所有五类航路，用于搜寻和救援各种海面、湖面、内河上的遇险、遇难船舶和人员。这类系统需要双向数据/话音通信，要求 响应时间快、定位精度高。6、GPS/声纳组合用于水下机器人导航 该类组合系统可用于水下管道铺设和维修（需要视觉系统），水文测量以及其它海下作业，如用于港口/码头水下勘测，以便于进场航道阻塞物清除，保证航道畅通，也可用于远洋捕捞， 渔船作业引导等。7、其它应

4、用 所采用的导航技术主要有：GPS、 声纳技术、航海图、 无线电导航技术、 图象匹配技术。二、导航设备（1）灯塔（2）无线电导航（3）船用磁罗经（4）陀螺罗经（5）船用计程仪（6）声纳（7）船载航行记录仪（1）灯塔位于显要位置处的灯塔应注意其建筑造位于显要位置处的灯塔应注意其建筑造型，使其成为港口景点之一。型，使其成为港口景点之一。大连红白塔 青岛灯塔 韩国蔚山新 港比萨灯塔日照灯塔虽然现代科技发达，但并不能完全代替灯塔的作用虽然现代科技发达，但并不能完全代替灯塔的作用 设置航标的目的在于标明航道的界限，针对暗藏的设置航标的目的在于标明航道的界限，针对暗藏的危险障碍物，如岩礁、浅滩、拦门沙和航

5、道弯段等，给予危险障碍物，如岩礁、浅滩、拦门沙和航道弯段等，给予警示和引导，使船舶得以安全而迅速地到达目的地。警示和引导，使船舶得以安全而迅速地到达目的地。 灯塔是航标之一，用以引导远处船舶接近港口，灯塔是航标之一，用以引导远处船舶接近港口，或用以指示礁石、浅滩等危及航行的障碍物。或用以指示礁石、浅滩等危及航行的障碍物。 港口导航设施包含内容较为广泛，大致分为常规的、港口导航设施包含内容较为广泛，大致分为常规的、电子的和卫星导助航设施。常规导助航标志也称为航标，电子的和卫星导助航设施。常规导助航标志也称为航标，有浮标、固定标、导标和灯塔等。电子导航设施即船舶通有浮标、固定标、导标和灯塔等。电子

6、导航设施即船舶通航服务站航服务站(VTS)(VTS)，卫星导航，卫星导航(GPS)(GPS)系统是先进的导航设施，系统是先进的导航设施，它是在陆上和船上分别设有接收和发射装置，通过人造卫它是在陆上和船上分别设有接收和发射装置，通过人造卫星传递信息，从而及时、准确地控制船位，使船舶安全进星传递信息，从而及时、准确地控制船位，使船舶安全进出港口。出港口。A AE EH HB BL L灯塔设计灯塔设计 由于地球表面为一曲面，故塔身须有充分的高度，使由于地球表面为一曲面，故塔身须有充分的高度，使灯光能为相当远距离的航船所察见，一般视距为灯光能为相当远距离的航船所察见，一般视距为151525 n 25

7、n mile. mile. 灯光也不宜过高，以免受到高出云雾的遮蔽。灯光也不宜过高，以免受到高出云雾的遮蔽。重庆规划为导航建世界第一航标塔重庆规划为导航建世界第一航标塔 “第一塔第一塔” 俯瞰主城美景俯瞰主城美景规划中的规划中的“第一塔第一塔”与江北嘴的大与江北嘴的大剧院、科技馆和朝天门港相协调，剧院、科技馆和朝天门港相协调，无疑会带来较大的旅游经济效益。无疑会带来较大的旅游经济效益。游客在游客在“第一塔第一塔”上俯瞰重庆主城，上俯瞰重庆主城，肯定会让游客感到无比新奇。肯定会让游客感到无比新奇。船舶云集船舶云集 导航功能明显导航功能明显三峡水库蓄水后，重庆主城的长江和嘉陵江航道都位于回水区内，

8、航运条件更三峡水库蓄水后，重庆主城的长江和嘉陵江航道都位于回水区内，航运条件更加优越，船舶数量越来越多，水上浮标已不能完全满足安全航行需要。而加优越，船舶数量越来越多，水上浮标已不能完全满足安全航行需要。而“第第一塔一塔”将具备明显的导航功能，同时将具备明显的导航功能，同时“第一塔第一塔”发射的无线电将覆盖广阔水域。发射的无线电将覆盖广阔水域。重庆正规划建设重庆正规划建设“世界第一航标塔世界第一航标塔”，首要功能是，首要功能是导航导航，其次是，其次是景观效应景观效应。位于江北嘴位于江北嘴 将设观光电梯将设观光电梯这座灯塔将位于长江与嘉陵江交汇的江北嘴水域。目前已进入操作阶段，这座灯塔将位于长江

9、与嘉陵江交汇的江北嘴水域。目前已进入操作阶段，高度肯定将超过目前世界上最高的航标塔，并将设观光电梯。高度肯定将超过目前世界上最高的航标塔，并将设观光电梯。 根据灯塔根据灯塔的大小和所的大小和所在地点的特在地点的特点，灯塔可点，灯塔可以是有人看以是有人看守的，也可守的，也可以是无人看以是无人看守的。重要守的。重要灯塔宜有人灯塔宜有人看守。看守。大型灯塔地点合适时，可以和大型灯塔地点合适时，可以和VTSVTS结合建设。结合建设。船舶通航服务站(VTS)VTS: vessel traffic servicesVTS: vessel traffic services 船舶通航服务站，又称船舶通航服务站

10、，又称航管站航管站，主要由岸，主要由岸上雷达系统上雷达系统( (包括电视扫描光栅显示器包括电视扫描光栅显示器) )和无线甚和无线甚高频高频(VHF)(VHF)电话岸台组成。船舶通航服务站是港口电话岸台组成。船舶通航服务站是港口现代化的重要标志之一，可大大减少事故率。现代化的重要标志之一，可大大减少事故率。 雷达系统可以在各种气候条件下发现并测雷达系统可以在各种气候条件下发现并测定水上船舶的位置。因此，如果在雷达屏幕上显定水上船舶的位置。因此，如果在雷达屏幕上显示出航道、锚地等地图形状示出航道、锚地等地图形状( (视频地图视频地图) )，则可方，则可方便地观测到船舶在雷达覆盖区内的移动状态，并便

11、地观测到船舶在雷达覆盖区内的移动状态，并通过计算机测定船舶的航向及航速。通过计算机测定船舶的航向及航速。 船舶通航服务站一般具有以下功能船舶通航服务站一般具有以下功能：（1 1）监视进港航道、锚地、调头区的船舶动态；）监视进港航道、锚地、调头区的船舶动态； （2 2）在视线不良或雾天通过甚高频无线电话向船舶）在视线不良或雾天通过甚高频无线电话向船舶提供导航信息，如船位、航向、航速及到达转向提供导航信息，如船位、航向、航速及到达转向点距离、偏离航道轴线情况及周围相关目标动态点距离、偏离航道轴线情况及周围相关目标动态等；等； （3 3）在恶劣气候或台风季节，监视抛锚船舶的锚位）在恶劣气候或台风季节

12、，监视抛锚船舶的锚位移动并及时发出警告；移动并及时发出警告；（4 4）监视水上航行危险区或禁止抛锚区，遇有危险）监视水上航行危险区或禁止抛锚区，遇有危险状态或违章现象及时发出警告。状态或违章现象及时发出警告。（2）无线电导航 利用无线电引导飞行器沿规定航线、在规定时间达到目的地的航行技术。利用无线电波的传播特性可测定飞行器的导航参量（方位、距离和速度），算出与规定航线的偏差，由驾驶员或自动驾驶仪操纵飞行器消除偏差以保持正确航线。（1）发展历史 20世纪2030年代，无线电测向是航海和航空仅有的一种导航手段，而且一直沿用至今。不过它后来已成为一种辅助手段。第二次世界大战期间，无线电导航技术迅速发

13、展，出现了各种导航系统。雷达也开始在舰船和飞机上用作导航手段。飞机着陆开始使用雷达和仪表着陆系统。60年代出现子午仪卫星导航系统。70年代微波着陆引导系统研制成功。80年代，同步测距全球定位系统研制成功。无线电导航在军事和民用方面有着广阔的应用前景。 （2）无线电导航原理 无线电导航主要利用电磁波传播的基本特性：电磁波在在均匀理想媒质中，沿直线（或最短路径）传播;电磁波在自由空间的传播速度是恒定的;电磁波在传播路线上遇到障碍物或在不连续媒质的界面上时会发生反射。 无线电导航就是利用上述特性，通过无线电波的接收、发射和处理，导航设备能测量出所在载体相对于导航台的方向、距离、距离差、速度等导航参量

14、（几何参量）。通过测量无线电导航台发射信号(无线电电磁波)的时间、相位、幅度、频率参量，可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量，从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现对运动载体的定位和导航。 （3）优缺点）优缺点 无线电导航: 优点：不受时间、天气限制，精度高，作用距离远方,定位时间短，设备简单可靠； 缺点：必须辐射和接收无线电波而易被发现和干扰，需要载体外的导航台支持，一旦导航台失效，与之对应的导航设备无法使用；同时，易发生故障。（4）分类）分类无线电导航根据运载工具的不同有不同的分类:船舶无线电导航和飞行器导航。 船舶无线电导航，又称无线电航海，是利用无线电

15、波测定船位和引导船舶沿预定航线航行的技术。 飞行器导航指利用无线电引导飞行器沿规定航线安全达到目的地的技术。利用无线电波，可以测定飞行器的方位、距离、速度等参数，计算出与规定航线的偏差，再由驾驶员或自动驾驶仪进行操作消除偏差。 SOLAS公约规定，1600总吨以上的国际海域航行船舶，必须安装无线电测向仪，测量遇险船舶发射的SOS求救信号的传播方向，进行搜索救助。 无线电测向仪是最早的一种无线电导航设备。它以岸上两个以上全方向发射的无线电指向标台或无线广播电台的来波方向，来决定船位，也可用于测定发射无线电波的目标所在方位。无线电测向仪由于其作用距离和定位精度等方面远远不如其它一些无线电导航设备，

16、当前在航海中已退居辅助地位，但其测定无线电发射台方位的能力仍然是独一无二的。2、无线电测向仪的组成（1）无线电测向仪分类 按照天线形状，分为单环旋转式和双环固定式。 按测向方式，分为耳听式、目测式和耳听目测式三种。 按接收通道分类，分为单通道测向仪和双通道测向仪。（2）无线电测向仪的组成 接收天线、本机和电源三部分组成。无线电测向仪工作原理框图船用磁罗经分类磁罗经结构磁罗经的安装磁罗经的检查l 按用途分类：l 标准罗经：安装在驾驶台顶的露天甲板上，因安装位置较高，受船磁影响小，故称为标准罗经。l 操舵罗经：安装在驾驶室内，用于读取船舶航向。l 应急罗经：安装在船尾应急舵前面，用于应急时操舵用。

17、l 救生艇罗经：供操纵救生艇时使用。 2、按罗盘直径分类： 有190mm ， 165mm 和 130mm三种。3、按有无液体分类： 液体罗经：罗盆内充满液体，罗经性能优良，故被广泛使用； 干罗经：罗盘支在轴针上，当船舶摇摆时罗盘稳定性能差，该种罗经已被淘汰。组成：组成：罗经盆，罗经柜，自差校正器1.罗盆(compass bowl) 罗经盆由罗盆本体与罗盘组成 罗盆本体罗盆盆体一般用铜材料制造。注液孔:用以消除罗盆内气泡。基线：首基线用于读取船航向。罗盆液体：多用酒精（45）和蒸馏水（55）的混合液体， 酒精的作用是降低冰点（-26）还有使用煤油和防冻液作为罗盆液体。 采取防止液体热膨胀冷缩措施

18、1)罗盆底部为铜皱片2)罗盆分为上下两室由毛细管连通，通过罗盆内的压力来调节。 为保持罗盆的稳定性1) 降低罗盆的重心，在罗盆底部加配重。2) 罗盆架在常平环上。 罗盘（compass card）罗盘是指示方向的灵敏部件.罗盘组成：刻度盘，浮室，磁钢和轴帽1) 刻度盘由铜片,环氧玻璃布等非磁性材制作,上面刻有0360度刻度和方向点。2) 浮室：为水密空气室以增加罗盘浮力减小轴针与轴帽之间的摩擦力。3) 轴帽：轴帽中心处嵌有宝石，轴针尖端由铱金等硬金属制成，以减小与轴帽间的摩擦力。4) 磁钢：磁钢轴线与刻度盘0180度对称平行罗盘磁钢有条形磁棒和环形磁钢两种类型。2.罗经柜罗经柜 (binnac

19、le stand) 罗经柜由非磁性材料制作，用于放置罗盆和自差校正器。 1.磁罗经安装位置应满足的条件:l 罗经应安装在船首尾面内，否则因船铁不对称，易使罗经产生较大的剩余自差；l 船舶上特别是顶甲板上的钢铁器件应尽量远离罗经，至少大于1米以上；1) 罗经周围应是开敞的，以便于观测方位。 2、罗经的安装首先用尺测量将罗经 安放在船首尾面内利用方位圈，借助位 于船首尾内的桅杆和 烟囱等目标，校对罗 经的基线是否准确罗经基线误差小于0.5烟囱磁罗经桅杆1.罗盘灵敏度l 该项检查实际上是检查轴针与轴帽间摩擦力的大小；l 检查方法：用小磁铁将罗盘从原平衡位置向左和向右分别引偏23度，然后移去小磁铁，视

20、罗盘是否恢复原位；1) 要求与原航向读数相差小于0.2度。2、排除罗盆气泡1） 气泡产生的原因： a. 因胶皮垫圈老化导致罗盆密封处漏水； b. 浮室漏水。2） 罗盆内有气泡，会影响观测航向和方位，应及时予以排除。3） 消除气泡方法： a. 先鉴别罗盆内是何种液体； b. 配制相同的液体； c. 注液孔朝上，用注射器注入液体，直至气泡完全消除为止。 5.自差校正器的检查l 硬铁校正器：应无锈，磁棒的极性应与标记相符；l 软铁校正器：应不含永久性磁性； 软铁球：将球贴近罗经柜原位转动，若基线所指的度数发生了变化，说明软铁球含有永久性磁性。 佛氏铁：船位于东或西航向上，将佛氏铁分段正反向放入筒中，

21、若航向发生变化，说明佛氏铁含有永久磁性。 可采用敲击，加热的方法退磁。（4） 陀螺罗经陀螺罗经（4） 陀螺罗经陀螺罗经一一 、陀螺罗经的典型产品、陀螺罗经的典型产品安许茨系列：安许茨系列：（ANSCHUTZ-德国）德国）标准标准4、6、14、20型、型、22型型普拉特：（普拉特：（PLATH-德国）德国）PLATH-C型型航海航海I型（中国）型（中国）北辰（日本）北辰（日本）CMZ-300、CMZ-500型型二二 、 安许茨系列罗经主要共性：安许茨系列罗经主要共性：v灵敏部分为双转子陀螺球、灵敏部分为双转子陀螺球、采用液浮和辅助支承；采用液浮和辅助支承；v利用陀螺球重心下移产生利用陀螺球重心下

22、移产生水平轴控制力矩；水平轴控制力矩；v利用液体阻尼器产生利用液体阻尼器产生水平轴阻尼力矩。水平轴阻尼力矩。 安许茨安许茨4型罗经主罗经结构型罗经主罗经结构主罗经组成：主罗经组成：灵敏部分（灵敏部分（Sensitive element)灵敏部分起找北指北作用，由陀螺仪及其控制设灵敏部分起找北指北作用，由陀螺仪及其控制设备和阻尼设备组成。备和阻尼设备组成。 随动部分（随动部分（Follow-up element)在船上为了消除附加的干扰力矩对灵敏部分的影响，在船上为了消除附加的干扰力矩对灵敏部分的影响，在主罗经的结构中增设了随动部分，借助于随动系在主罗经的结构中增设了随动部分，借助于随动系统使其

23、跟踪灵敏部分运动，带动航向刻庋盘上的统使其跟踪灵敏部分运动，带动航向刻庋盘上的0 到到180 的刻度线与陀螺球主轴南北线始终保持一致；的刻度线与陀螺球主轴南北线始终保持一致；并把灵敏部分支承在固定部分上。并把灵敏部分支承在固定部分上。固定部分（固定部分（Fixed element)固定部分是与船舶甲板固定的部分；提供灵敏都固定部分是与船舶甲板固定的部分；提供灵敏都分正常工作的外部条件。分正常工作的外部条件。 灵敏部分（陀螺球）：灵敏部分（陀螺球）：1、球、球 壳：壳：绝缘硬橡胶绝缘硬橡胶随动部分：随动部分：1、组成：、组成： 随动球、中心导杆、蜘蛛架、随动球、中心导杆、蜘蛛架、汇电环、方位齿轮

24、和方位刻度盘。汇电环、方位齿轮和方位刻度盘。2、作用：、作用： 跟踪陀螺球航向，在刻度盘上指跟踪陀螺球航向，在刻度盘上指示航向，并给陀螺球供电。示航向，并给陀螺球供电。A.随动球：随动球：(out-sphere)B.中心导杆和蜘蛛架：中心导杆和蜘蛛架： 电刷电刷蜘蛛架蜘蛛架中心导杆中心导杆C.方位刻度盘与齿轮：方位刻度盘与齿轮：刻度盘刻度盘方位齿轮方位齿轮方位电机方位电机固定部分（固定部分（fixed element）：）：组成：贮液缸、罗经桌、平衡环系统、罗经箱。组成：贮液缸、罗经桌、平衡环系统、罗经箱。陀陀 螺螺 马马 达达液液 体体 阻阻 尼尼 器器电电 磁磁 上上 托托 线线 圈圈润滑

25、油润滑油灯型支架灯型支架（5 5）船用计程仪）船用计程仪电磁计程仪多普勒计程仪 声相关计程仪 计程仪是测定船舶航速和累计航程的导航仪器。电磁计程仪一、定义一、定义 利用电磁感应原理来测量船舶航行时对利用电磁感应原理来测量船舶航行时对水的速度，并累计航程的计程仪。水的速度，并累计航程的计程仪。 工作原理工作原理： 传感器横向安置，当船舶以航速传感器横向安置，当船舶以航速V航航行时，因海水导电，故两电极间的海水行时，因海水导电，故两电极间的海水相当于无数根导体，沿船速相反方向移相当于无数根导体，沿船速相反方向移动，切割传感器产生的磁力线，在两电动，切割传感器产生的磁力线，在两电极间产生感应电势：极

26、间产生感应电势： Eg = BLV10-8(V) B磁感应强度；磁感应强度；L两电极间距离；两电极间距离； V 航速航速 即即 V = k Eg 四、维护四、维护1、长时间停泊，应经常给传感器通电，、长时间停泊，应经常给传感器通电，以防止海水中的生物寄生在传感器上。以防止海水中的生物寄生在传感器上。2、船舶坞修时传感器表面保持清洁，可、船舶坞修时传感器表面保持清洁，可用肥皂水或四碌化碳清洗。用肥皂水或四碌化碳清洗。 多普勒计程仪多普勒计程仪一、定义：一、定义： 用多普勒效应测量船速，累计航程的计程仪。用多普勒效应测量船速，累计航程的计程仪。二、多普勒效应：二、多普勒效应： 在声声源和接收者间有

27、相对运动时，接在声声源和接收者间有相对运动时，接收者收到的频率与声源发射频率不同的现象。收者收到的频率与声源发射频率不同的现象。 三、多普勒频移三、多普勒频移接收频接收频 f 与发射频率与发射频率f0 的差值，即的差值，即0fff0fCVf 多普勒频移(f)与f0 ，声速C和声源与接受点之间相对运动速度V的相对运动速度关系为：一、定义一、定义 声相关计程仪是应用相关技术处理水声信息测声相关计程仪是应用相关技术处理水声信息测量船速并累计航程的计程仪。量船速并累计航程的计程仪。二、特点二、特点 1、不同于多普勒计程仪，垂直方向发射，接收、不同于多普勒计程仪，垂直方向发射，接收超声波信号，超声波信号

28、， 2、测速精度不受海水声速、测速精度不受海水声速C 变化的影响，变化的影响， 3、除用作计程仪外，还可兼做测深仪用、除用作计程仪外，还可兼做测深仪用三、工作原理三、工作原理 t= t1， 发射换能器发射的超声波脉发射换能器发射的超声波脉冲经海底冲经海底A点反射，被前向接收换能器收到。点反射，被前向接收换能器收到。经过时间间隔经过时间间隔 ，船航行了船航行了S/2，在t= t2时，时，A点点的回波被后向接收换能器收到，因均为的回波被后向接收换能器收到，因均为A点点的回波且两回波通过的路径完全一致，故两的回波且两回波通过的路径完全一致，故两信号的波形也相同，两信号是相关的，唯一信号的波形也相同，

29、两信号是相关的，唯一区别是时间上相差了时间区别是时间上相差了时间 ，即，即vsvs212sv21（6）声纳 声纳是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。1、简介 到目前为止，声波还是唯一能在深海作远距离传输的能量形式。于是探测水下目标的技术声呐技术便应运而生。 声呐技术至今已有100年历史，它是1906年由英国海军的刘易斯尼克森所发明。他

30、发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置，主要用来侦测冰山。这种技术，到第一次世界大战时被应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇。 目前，声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。 和许多科学技术的发展一样，社会的需要和科技的进步促进了声呐技术的发展。 2、工作的原理、工作的原理 在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件的只有声波。这是由于其他探测手段的

31、作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体；电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声波更有效的手段。 3、结构与分类结构与分类 声呐装置一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成。基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一

32、基阵之分。电子机柜一般有发射、接收、显示和控制等分系统。辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声呐基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、 吊放、投放等装置，以及声呐导流罩等。 换能器是声呐中的重要器件，它是声能与其它形式的能如机械能、电能、磁能等相互转换的装置。它有两个用途：一是在水下发射声波，称为“发射换能器”，相当于空气中的扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相当于空气中的传声器（俗称“麦克风”或“话筒”）。换能器在实际使用时往往同时用于发射和接收声波，专门用于接收的换能器又称为“水听器”。换能器的工作原理是利用某些材料在电场或磁场的作用下发生伸缩

33、的压电效应或磁致伸缩效应。 声呐的分类可按其工作方式，按装备对象，按战术用途、按基阵携带方式和技术特点等分类方法分成为各种不同的声呐。例如按工作方式可分为主动声呐和被动声呐；按装备对象可分为水面舰艇声呐、潜艇声呐、航空声呐、便携式声呐和海岸声呐等。 主动声呐：主动声呐：主动声呐技术是指声呐主动发射声波“照射”目标，而后接收水中目标反射的回波以测定目标的参数。大多数采用脉冲体制，也有采用连续波体制的。它由简单的回声探测仪器演变而来，它主动地发射超声波，然后收测回波进行计算，适用于探测冰山、暗礁、沉船、海深、鱼群、水雷和关闭了发动机的隐蔽的潜艇； 被动声呐：被动声呐：被动声呐技术是指声呐被动接收舰

34、船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号，以测定目标的方位。它由简单的水听器演变而来，它收听目标发出的噪声，判断出目标的位置和某些特性，特别适用于不能发声暴露自己而又要探测敌舰活动的潜艇。 4、安装及运用、安装及运用安装及运用安装及运用 传统上潜艇安装声呐的主要位置是在最前端的位置，由于现代潜艇非常依赖被动声呐的探测效果，巨大的收音装置不仅仅让潜艇的直径水涨船高，原先在这个位置上的鱼雷管也得乖乖让出位置而退到两旁去。 其他安装在潜艇上的声呐型态还包括安装在艇身其他位置的被动声呐听音装置，利用不同位置收到的同一讯号，经过电脑处理和运算之后，就可以迅速的进行粗浅的定位，对于艇身较大的潜艇来说

35、比较有利，因为测量的基线较长，准确度较高。 另外一种声呐称为“拖曳声纳”，因为这种声呐装置在使用时，以缆线与潜艇连接，声呐的本体则远远的拖在潜艇的后面进行探测，拖曳声呐的使用大幅强化潜艇对于全方位与不同深度的侦测能力，尤其是潜艇的尾端。这是因为潜艇的尾端同时也是动力输出的部分，由于水流的声音的干扰，位于前方的声呐无法听到这个区域的讯号而形成一个盲区。使用拖曳声呐之后就能够消除这个盲区，找出躲在这个区域的目标。 有趣的是，声呐并非人类的专利，不少动物都有它们自己的“声呐”。蝙蝠就用喉头发射每秒10-20次的超声脉冲而用耳朵接收其回波，借助这种“主动声呐”它可以探查到很细小的昆虫及0.1mm粗细的

36、金属丝障碍物。而飞蛾等昆虫也具有“被动声呐”，能清晰地听到40m以外的蝙蝠超声，因而往往得以逃避攻击。然而有的蝙蝠能使用超出昆虫侦听范围的高频超声或低频超声，从而使捕捉昆虫的命中率仍然很高。看来，动物也和人类一样进行着“声呐战”！海豚和鲸等海洋哺乳动物则拥有“水下声呐”，它们能产生一种十分确定的讯号探寻食物和相互通迅。 海豚声呐的灵敏度很高，能发现几米以外直径02mm的金属丝和直径lmm的尼龙绳，能区别开只相差200卜s时间的两个信号，能发现几百米外的鱼群，能遮住眼睛在插满竹竿的水池子中灵活迅速地穿行而不会碰到竹竿；海豚声呐的“目标识别”能力很强，不但能识别不同的鱼类，区分开黄铜、铝、电木、塑

37、料等不同的物质材料，还能区分开自己发声的回波和人们录下它的声音而重放的声波；海豚声呐的抗干扰能力也是惊人的，如果有噪声干扰，它会提高叫声的强度盖过噪声，以使自己的判断不受影响；而且，海豚声呐还具有感情表达能力，已经证实海豚是一种有“语言”的动物，它们的“交谈”正是通过其声呐系统。尤其是仅存于世的四种淡水豚中最珍贵的一种我国长江中下游的白鳍豚，它的声呐系统“分工”明确，有为定位用的，有为通讯用的，有为报警用的，并有通过调频来调制位相的特殊功能。 多种鲸类都用声来探测和通信，它们使用的频率比海豚的低得多，作用距离也远得多。其他海洋哺乳动物，如海豹、海狮等也都会发射出声呐信号，进行探测。 终身在极度

38、黑暗的大洋深处生活的动物是不得不采用声呐等各种手段来搜寻猎物和防避攻击的，它们的声呐的性能是人类现代技术所远不能及的。解开这些动物声呐的谜，一直是现代声呐技术的重要研究课题。 5、影响的因素 影响声呐工作性能的因素除声呐本身的技术状况外，外界条件的影响很严重。比较直接的因素有传播衰减、多路径效应、混响干扰、海洋噪声、自噪声、目标反射特征或辐射噪声强度等，它们大多与海洋环境因素有关。例如，声波在传播途中受海水介质不均匀分布和海面、海底的影响和制约，会产生折射、散射、反射和干涉，会产生声线弯曲、信号起伏和畸变，造成传播途径的改变，以及出现声阴区，严重影响声呐的作用距离和测量精度。现代声呐根据海区声

39、速-深度变化形成的传播条件，可适当选择基阵工作深度和俯仰角，利用声波的不同传播途径(直达声、海底反射声、会聚区、深海声道)来克服水声传播条件的不利影响，提高声呐探测距离。又如，运载平台的自噪声主要与航速有关，航速越大自噪声越大，声呐作用距离就越近，反之则越远；目标反射本领越大，被对方主动声呐发现的距离就越远；目标辐射噪声强度越大，被对方被动声呐发现的距离就越远。 （7）船载航行数据记录仪）船载航行数据记录仪1、 VDR 概述概述（VDRVoyage Data Recorder）以安全并可恢复的方式实时记录并保存船舶发生事故以安全并可恢复的方式实时记录并保存船舶发生事故前后一段时间内的船舶位置、

40、动态、物理状况、命令前后一段时间内的船舶位置、动态、物理状况、命令和操纵手段等信息，并将最新一段数据保存且存于最和操纵手段等信息，并将最新一段数据保存且存于最终存储器中的仪器。终存储器中的仪器。什么是什么是 VDR黑匣子黑匣子一、一、VDR 使用的意义使用的意义1. 有助于准确分析海事原因，划分事故责任有助于准确分析海事原因，划分事故责任2. 在船舶综合管理、提高安全防范能力、提高海上在船舶综合管理、提高安全防范能力、提高海上 救助水平等方面具有重要意义救助水平等方面具有重要意义二、二、VDR 的发展方向的发展方向实时传输系统实时传输系统1. 直接了解掌握船舶相关的信息直接了解掌握船舶相关的信

41、息2. 控制中心给予船舶日常工作、维修等指导控制中心给予船舶日常工作、维修等指导3. 指挥协助船舶避免海难措施及海难信息的及时准确获取指挥协助船舶避免海难措施及海难信息的及时准确获取三、三、VDR 系统的组成系统的组成1. 主机：定时或操作发生时，循环收取数据并统一格式主机：定时或操作发生时，循环收取数据并统一格式 存入主机存储器和最终存储器存入主机存储器和最终存储器 （黑匣子）（黑匣子）2. 传感器：传感器：GPS、AIS、测深仪、主机数据、水密门检测等，、测深仪、主机数据、水密门检测等， 向数据采集模块提供各种有关数据向数据采集模块提供各种有关数据3. 信息再现设备：将记录的信息回放再现信

42、息再现设备：将记录的信息回放再现4. 最终存储器最终存储器 船舶船舶 “黑匣子黑匣子” 数据同步记录介质、最终记录介质数据同步记录介质、最终记录介质 作用：作用：记录船舶发生海难和受损前后一段时间内船舶记录船舶发生海难和受损前后一段时间内船舶 航行状态、驾控人员操作处理情况，作为事故航行状态、驾控人员操作处理情况，作为事故 调查、判断原因的重要依据调查、判断原因的重要依据“黑匣子黑匣子” 制造：制造：抗压力、抗海水腐蚀、抗高温等特殊材料制成，抗压力、抗海水腐蚀、抗高温等特殊材料制成， 失事后生存可能性最大，外观失事后生存可能性最大，外观橘黄色橘黄色 安装：安装：1）外甲板易于操作和日常维护）外

43、甲板易于操作和日常维护 2）远离燃油等其它潜在火灾源）远离燃油等其它潜在火灾源 3）适合遥控潜水器或潜水员回收）适合遥控潜水器或潜水员回收 种类：种类：1）自浮式：浸水改变压力自行弹离船体上浮水面）自浮式：浸水改变压力自行弹离船体上浮水面 2）固定式：）固定式： 均需水下定位标帮助定位均需水下定位标帮助定位2、VDR 的主要功能及技术指标的主要功能及技术指标一、一、VDR 的主要功能的主要功能1. 船舶航行数据的记录功能船舶航行数据的记录功能 1）VDR 的船舶固定数据的船舶固定数据Name of ship ； IMO number ； call sign ； registration No.

44、 ；port of registry ；type of ship ；date of building ；length overall ； breadth of vessel ；depth of vessel ； gross tonnage ； net tonnage ；type of main engine ； number of main engine ；revolutions of main engine ； kind of propellers ；name and address of registered ship-owner ；name and address of ship manager/operator ；2）VDR 的船舶动态信息和操作信息的船舶动态信息和操作信息 VDR 船舶动态信息船舶动态信息 时间、船位、航速、主机转数、实际舵角及可选时间、船位、航速、主机转数、实际舵角及可选 数据：雷达数据、水深、船体开口状况、水密门数据：雷达数据、水深、船体开口状况、水密门 和防火门状况、加速度和船体应力、风速和风向和防火门状况、加速度和船体应力、风速和风向 VDR 船舶操作信息船舶操作信息 操作时间