声呐信号形式及工作参数选择的基本原则

声呐信号的主要工作参数有三个：工作频率 $f_{0}$ 、信号时间宽度T和信号的带宽B。

1、工作频率的选择

工作频率的选择是根据介质的传播条件、环境、目标特性及指向性要求等因素来综合确定的。当工作频率提高时，由介质吸收造成的信号衰减增大，使得作用距离降低。然而工作于高频的声呐，其基阵易于实现窄带指向性，抑制噪声的能力增强。此外，高频环境噪声降低，有利于增加声呐的作用距离。因此，声呐的工作频率选择与许多因素密切有关，不同的目的会有不同的工作频率选择标准。通常，声呐的作用距离是设计者主要关心的指标，如何最大限度地增加声呐的作用距离就成为工作频率选择的主要标准。围绕这一标准，人们一般从下面两个途径进行选择。

（1）经验公式法

人们根据长期的实验及理论研究得到一个主动声呐最佳工作频率选择的经验公式为

$f_{opt}=(\frac{200}{r_{m}})^{\frac{2}{3}}$

式中，最佳工作频率 $f_{opt}$ 的单位为kHz；最大作用距离 $r_{m}$ 的单位为km。当各种声呐参数均未知时，可采用此式进行最佳工作频率的粗略估算。

（2）声呐方程计算法

与声呐的工作频率有关而又影响作用距离的因素主要有三个：介质吸收、环境噪声及声呐基阵的指向性。均衡各种因素，在确保作用距离的前提下，工作频率存在一个最佳值。在确定声呐方程中其它参数后，便可以从f~r曲线中确定最佳工作频率 $f_{opt}$ 。

2、信号时间宽度的选择

信号时间宽度T的增大一方面加大了信号的能量，有利于信号的可靠检测，另一方面可以提高声呐的频率分辨力。然而T的增大却受到下列四个因素限制：

（1）T的增大将加大检测信号的盲区范围。

（2）混响干扰的强度随T的增大而增大。

（3）T的增大将使信道的起伏影响加剧。如果信号长度T接近或超过信道的相干时间 $T_{0}$ ，将造成接收信号的畸变，降低声呐系统相干处理的增益。

（4）对于运动目标的检测，T的增大将增加设备量。这是因为随着T的增大，声呐的频率分辨力提高，为检测一定速度范围内的运动目标，声呐系统处理通道的个数将有所增加，大致为 $\frac{2v_{max}}{c}Tf_{0}$ （ $v_{max}$ 为目标最大的径向相对速度）。

3、信号带宽的选择

信号带宽B的增加，将增大声呐系统的处理增益，提高输出信号/噪声比，有利于信号检测。同时，它的增大还将提高声呐的时间分辨力。与信号长度相同，信号的带宽也不可能任意的大。这是因为：

（1）B的增大有可能破坏窄带条件（ $B/f_{0}<0.1\sim 0.3$ ），信道频散效应的影响加剧。在窄带条件下，可以近似地把水下声信道认为是相干多途信道，信道的时间及频率弥散均可忽略不计。当窄带条件破坏时，水声信道的时变、空变特性表象出来，声呐系统的处理增益降低。

（2）设备复杂性增加。带宽B的增大给换能器的制作带来困难的同时，也增加了声呐系统的吞吐的数据量。

从上述声呐参数选择的一些原则可以看出，影响声呐参数选择的因素很多，而且各种因素相互联系又相互制约，给实际设计工作带来很多的困难。另外，由于声呐工作环境的复杂性，以及人们的目的要求的多样性，可以说，没有不包含任何前提的最佳工作参数。比如，在探雷声呐工作于识别方式时，相比于作用距离，人们更关心声呐的方位分辨力，所以宁愿选择吸收衰减大的较高工作频率。而在其探测工作方式时，人们宁可牺牲一定的方位分辨力，也要提高声呐的作用距离，所以频率就低一些。总的来说，在实际工作中，要视情况具体分析，多方权衡，才能选择出最佳的工作参数来。