紧凑型数字扫描声呐的工作原理是什么

更新时间：2026-01-08

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紧凑型数字扫描声呐的工作原理，核心是以数字化信号处理为核心，结合电子扫描技术，在紧凑硬件结构内完成水下声波的发射、回波接收、信号解析与实时成像，全程无需或仅需简化的机械转动，具体可分为发射、传播与反射、接收与数字化、信号处理、成像输出五个核心步骤：

数字化声波发射
设备的数字信号发生器（集成在 DSP 芯片中）会生成预设频率的电信号，通常支持CHIRP（线性调频）信号或脉冲信号。
电信号经功率放大器放大后，传输给换能器阵列（由多个压电陶瓷换能器单元组成），换能器通过逆压电效应，将电信号转换为特定频率的声波（常用 50kHz–600kHz 频段），向水下定向发射。
得益于电子扫描技术，换能器阵列可通过控制各单元的信号相位差，实现波束的电子偏转，无需机械转动即可覆盖特定扇形或 360° 全向扫描范围。
声波水下传播与反射
发射的声波以球面波形式在水下传播，当遇到水下目标（如礁石、管道、生物）或海底地形时，声波会发生反射，形成回波信号；未被反射的声波则继续传播直至能量衰减。
声波传播的时间、强度变化，与目标的距离、材质、大小直接相关 —— 距离越远，回波往返时间越长；目标材质密度越高，回波强度越大。
回波接收与数字化转换
换能器阵列通过正压电效应接收回波声波，将声波振动重新转换为微弱的模拟电信号。
模拟电信号经前置放大器放大后，送入模数转换器（ADC），被转换为数字信号。这一步是 “数字声呐" 的关键，相比传统模拟声呐，数字化处理能大幅提升信号的抗干扰能力与解析精度。
数字信号处理（核心环节）
数字化的回波信号被传输至 DSP 芯片，进行一系列实时处理，核心操作包括：

时间增益补偿（TGC）：补偿声波在传播过程中的能量衰减，确保远距离回波信号也能被清晰识别。
滤波降噪：过滤水体噪声、环境干扰信号，提取有效回波信息。
波束合成：对换能器阵列各单元的信号进行相位校准与叠加，增强目标方向的信号强度，提升角分辨率。
距离与方位计算：根据声波往返时间（结合水下声速≈1500m/s）计算目标距离，结合电子扫描的波束方向确定目标方位。

成像输出与数据传输
处理后的信号数据，会被转换为可视化图像或结构化数据：

对于 2D 扫描模式，生成灰度或彩色的扇扫 / 全景图像，图像中像素的亮度对应回波强度，像素位置对应目标的距离与方位。
对于 3D 扫描模式，生成点云数据，每个点包含三维坐标（X/Y/Z）与回波强度信息，可直接导入第三方软件进行建模与分析。
最终图像或数据，通过标准化接口（如以太网、RS-485）传输至上位机（如 ROV 控制台、无人船中控系统），实现实时监控、存储或进一步分析。

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