都卜勒聲納計程儀

都卜勒聲納計程儀（Doppler sonar log）是指用來測量艦船在水中運動速度和航程的水聲的導航設備。

基本介紹

• 中文名：都卜勒聲納計程儀
• 外文名：Doppler sonar log 
• 性質：導航設備
• 用途：測量船在水中的速度和航程的水聲
• 學科：海洋學
• 原理：都卜勒原理

簡介

都卜勒聲納計程儀的主要過程是，根據都卜勒原理，運動著的船隻以頻率f向海底發射超音波信號，當從海底反射回來的信號頻率被接收時，就會產生一個頻率差值△f，這個頻率差值△f與船運動的速度存在著線性關係。都卜勒聲納計程儀就是來測量艦船在水中運動速度和航程的水聲導航設備。這種設備從六十年代研製成功以來，時間不長，然而卻得到了廣泛的套用。這種計程儀的最突出的特點是具有很高的靈敏度，在200米左右水深範圍內測相對海底速度，能精確到0.01節。它還能同時測出縱向和橫向速度。這些特點對於大型和特種船舶是十分重要的。

主要特點

都卜勒聲納計程儀的特點有：①採用可程式序信號處理機，以增大雷達信號的處理容量、速度和靈活性，提高設備的復用性，從而使雷達能在跟蹤的同時進行搜尋並能改變或增加雷達的工作狀態，使雷達具有對付各種干擾的能力和超視距的識別目標的能力；②採用可程式序柵控行波管，使雷達能工作在不同脈衝重複頻率，具有自適應波形的能力，能根據不同的戰術狀態選用低、中或高三種脈衝重複頻率的波形，並可獲得各種工作狀態的最佳性能；③採用都卜勒波束銳化技術獲得高解析度，在空對地套用中可提供高解析度的地圖測繪和高解析度的局部放大測繪，在空對空敵情判斷狀態可分辨出密集編隊的群目標。

主要原理

都卜勒聲納計程儀的原理主要就是都卜勒原理。都卜勒雷達就是利用都卜勒效應進行定位，測速，測距等工作的雷達。所謂都卜勒效應就是，當聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度V相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發出的頻率有所不同。因為這一現象是奧地利科學家都卜勒最早發現的，所以稱之為都卜勒效應。由都卜勒效應所形成的頻率變化叫做都卜勒頻移，它與相對速度V成正比，與振動的頻率成反比。

脈衝都卜勒雷達是利用都卜勒效應製成的雷達。1842年，奧地利物理學家C·都卜勒發現波源和觀測者的相對運動會使觀測到的頻率發生變化，這種現象被稱為都卜勒效應。
脈衝都卜勒雷達的工作原理可表述如下：當雷達發射一固定頻率的脈衝波對空掃描時，如遇到活動目標，回波的頻率與發射波的頻率出現頻率差，稱為都卜勒頻率。根據都卜勒頻率的大小，可測出目標對雷達的徑向相對運動速度；根據發射脈衝和接收的時間差，可以測出目標的距離。同時用頻率過濾方法檢測目標的都卜勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，可使雷達從強雜波中分辨出目標信號。所以脈衝都卜勒雷達比普通雷達的抗雜波干擾能力強，能探測出隱蔽在背景中的活動目標。
脈衝都卜勒雷達於20世紀60年代研製成功並投入使用。20世紀70年代以來，隨著大規模積體電路和數字處理技術的發展，脈衝都卜勒雷達廣泛用於機載預警、導航、飛彈制導、衛星跟蹤、戰場偵察、靶場測量、武器火控和氣象探測等方面，成為重要的軍事裝備。裝有脈衝都卜勒雷達的預警飛機，已成為對付低空轟炸機和巡航飛彈的有效軍事裝備。此外，這種雷達還用於氣象觀測，對氣象回波進行都卜勒速度分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分布情況。

機載火控系統用的主要是脈衝都卜勒雷達。如美國戰機裝備的APG－68雷達，代表了機載脈衝都卜勒火控雷達的先進水平。它有18種工作方式，可對空中、地面和海上目標邊搜尋邊跟蹤，抗干擾性能好，當飛機在低空飛行時，還可引導飛機跟蹤地形起伏，以避免與地面相撞。這種雷達體積小，重量輕，可靠性高。

機載脈衝都卜勒雷達主要由天線、發射機、接收機、伺服系統、數位訊號處理機、雷達數據處理機和數據匯流排等組成。機載脈衝都卜勒雷達通常採用相干體制，有著極高的載頻穩定度和頻譜純度以及極低的天線旁瓣，並採取先進的數位訊號處理技術。脈衝都卜勒雷達通常採用較高以及多種的重複頻率和多種發射信號形式，以在數據處理機中利用代數方法，並可套用濾波理論在數據處理機中對目標坐標數據作進一步濾波或預測。

研究意義

都卜勒計程儀已成功套用於多種載體的導航，而其最大作用距離對於設計和使用都具有重要的意義。根據聲納方程各項的定義並根據都卜勒計程儀工作時的特點，推導出不同條件下聲納方程中各項的計算公式，從而對都卜勒計程儀的最大作用距離進行估計，最後將某型都卜勒計程儀的相關參數代入推導的公式中，並進行計算得到理論計算值。同時還計算了都卜勒計程儀在不同條件下的作用距離。

新型計程儀

此外，還有一種利用“聲相關”原理來測量艦船相對於海底速度的新型計程儀。在船底沿船長的適當位置分別裝設三聲納換能器，一個發射，兩個接收。向海底某定點發射波束，使波束經同樣長度的途徑先後為二接收器接收，因而分別獲得振幅、相位相同的反射信號。在這一時間間隔內，船剛好走過二接收器之間距離的一半。這樣就可以計算出船的航行速度。它可以測得三個自由度的對地速度，並提供深度信息，與都卜勒聲納計程儀相比大大提高了工作深度，也就是說，在深海中也可以測得艦船對海底的速度。因而，它的出現引起人們的重視。