稀疏成份分析及在雷达成像处理中的应用
稀疏成份分析是一种新兴的信号分析方法。它以过完备词典为基础，能从有限的观测数据中获得信号的稀疏表示，有效地挖掘信号的自然属性和本质的驱动源，提高变换域的分辨率，为信号处理提供了有力的工具。作为信号处理的重要组成部分，雷达成像技术无论在军事还是民用上都有巨大的应用潜力。雷达成像本质上就是一个信号表示过程，由于高频区雷达目标散射行为具有局部特性，用稀疏成份分析方法能提高雷达图像的质量，有利于图像分析和目标识别。针对雷达成像的应用背景，本文研究了稀疏成份分析中稀疏性度量函数构造的一般准则等理论问题，以及基于稀疏成份分析的雷达成像算法，包括一维距离像、二维逆合成孔径雷达成像和多频段雷达信号综合技术等。研究了稀疏成份分析中度量函数的构造和算法分析等理论问题。利用稀疏成份分析方法研究了高分辨一维距离像稀疏表示的原子构造与相关算法，并对算法的参数估计性能进行了理论分析。研究了基于稀疏成份分析的逆合成孔径雷达成像算法。根据雷达目标散射信号的稀疏表示模型，研究了多频段多分辨雷达信号综合技术。根据雷达目标的理想点散射体模型和几何绕射模型，分析了多频段雷达回波观测信号的联系与差别，并利用稀疏成份分析方法提出了高分辨一维距离像的多频段信号综合成像技术。针对多频段窄带组网雷达检测海上目标的应用背景，根据雷达目标在低分辨回波中的稀疏分布特性和海杂波的分布特性，提出了多雷达距离分辨率匹配处理技术，提高了雷达回波的距离分辨率并实现了多雷达距离分辨率的匹配统一，为多频段窄带雷达信号综合提供了统一的基础。
防患于未然，车载阵列雷达在道路塌陷灾害预警探测中的技术应用
(大连中睿科技发展有限公司)
The Applications of Vehicle-mounted Array Radar for
Early-warning Detection of Road Cave-in
摘要：近年来，许多城市发生了道路塌陷灾害，造成重大的生命财产损失和严重的社会影响。本论文针对城市道路塌陷灾害的预警探测需求，研制出具有自主知识产权的车载阵列雷达系统，可以对道路病害进行可视化探测与精确定位。该雷达系统已成功地应用于多个城市的道路塌陷灾害预警探测，并形成了一套探测道路塌陷灾害的技术方法。
关键词：道路病害；病害预警探测；车载阵列雷达
一、引言
近年来，全国范围的城市道路塌陷灾害频繁爆发，大范围、高频次、导致多人死伤的恶性塌陷事故接连发生，造成重大的生命财产损失和严重社会影响，直接威胁到城市公众安全，灾害治理已经刻不容缓。目前，城市道路塌陷灾害的发生已经遍及全国各个省市，从北京、上海、广州、深圳这样的一线城市，到哈尔滨、长春、大连、太原、西安、武汉、长沙、福州、厦门这样的二线城市，以及兰州、银川、乌鲁木齐这样的西部边远城市均有发生，甚至张家口、邯郸、宣城、荆州、湘潭、娄底、固原、库尔勒这样的中小城市也同样面临着不断发生塌陷灾害的严重威胁。
调查研究表明，绝大多数的城市道路塌陷与地下管线直接相关，是典型的地下管线次生灾害。统计显示，大多数的地下空洞塌陷发生在地表以下0~3m范围内[1]。各种诱因导致地下管线损坏或直接使管线周围土体松散，在各种流水因素作用下发生土体流失，在管线周围产生空洞，空洞逐步发展扩大并最终导致路面塌陷发生灾害。这些引起空洞塌陷灾害的诱因包括[2][3]：地下管线老化渗漏、管线施工回填不实、地表水下渗冲刷、地下水位下降、地铁施工扰动、地下人防等设施老化坍塌、湿陷性黄土垮塌、溶洞垮塌等。
科学研究和对塌陷灾害的调查分析表明，采用先进的高科技物探设备定期对城市道路进行普查探测，提前发现隐伏在地下的空洞，提前预警并采取排险措施，才能防患于未然，避免塌陷事故发生。
二、车载阵列雷达系统
在城市中开展道路下方隐伏空洞探测作业，由于道路交通繁忙，周边环境干扰大，常用的工程物探方法如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等，应用效果差，成本高，速度慢，难以在城市中大范围应用。探地雷达具有效率高、抗干扰、精度高、现场作业方便等特点，是城市道路塌陷灾害普查探测的首选技术。国内外的工程实践表明，探地雷达已成为探测道路下方隐伏病害唯一现实可行的技术手段，适用于脱空、空洞、土体疏松、富水等多种道路病害检测[4][5]。
由于我国城市众多，城市面积普遍较大、城市地下地质情况和地下构筑物比较复杂，常规的单（双）通道探地雷达和人工探测作业方式在灾害普查探测效率和探测成果可靠性方面存在一定局限性，探测效率低、工作量大，不能满足城市大里程、大面积道路探测需要，亟需快速高效的车载多通道阵列雷达系统。
针对上述需求，我们研制了一套车载阵列雷达系统（如图1所示），该设备以多通道超宽带探地雷达技术和大型天线阵列技术为核心，专门针对大范围、大里程的公路和城市道路塌陷灾害普查探测进行了创新设计。
图1车载式道路病害灾害预警雷达系统
天线阵列中包括5个400MHz天线、2个200MHz天线和1个100MHz天线（如图2所示），兼顾了雷达的探测深度和分辨率。雷达系统的探测宽度为3.75m，探测深度范围为0~10m，行进速度为10~20km/h。探测精度可达厘米级，可以对城市道路进行地毯式、全覆盖普查探测。雷达系统对地下病害体进行多通道同步联合扫描和测量，最大限度地获取病害体的空间信息和病害特征，极大地提高了雷达探测和识别的质量与效率。同时，多通道数据之间的相关性使得雷达图像的判读更加准确可靠。
图2天线阵列排列示意图
该车载雷达系统集成了8通道探地雷达天线阵列、3G天线、激光线扫描工业相机、RTK精确定位系统、控制中心、红外高清摄像系统、DMI测距仪等（如图3所示），将阵列雷达数据、经纬度坐标信息、现场视频场景和道路表面高清图像等多种数据同步采集，融合进入系统数据库，形成一个多信息综合采集平台，快速高效地对道路病害灾害进行可视化探测与精确定位，可广泛应用于各类道路病害灾害普查探测。得益于这一开创性的探测技术平台和全新的普查探测作业模式，物探工程师能够在一个集成统一的界面上，利用多通道雷达获取每一个地下空洞异常，确定其精确坐标位置，观察该处的现场环境和道路表面情况，通过多种信息综合分析和判断，迅速得出可靠结论。
图3车载雷达系统组成
自主研发的车载道路病害灾害预警雷达系统已经取得国家知识产权局授予的产品技术与利和软件著作权[6][7]，并形成完整的企业知识产权体系。2015年，该系统通过住房和城乡建设部的科技成果评估。
三、技术方法
车载阵列雷达的道路塌陷病害探测技术方法分为普查探测、疑似点筛选、疑似点复核、管线会签和验证五个步骤。
（1）普查探测
车载雷达系统对指定作业区域进行普查探测，在DMI的触发下，同步采集并保存多种传感器数据。
（2）疑似点筛选
疑似点筛选时，平台软件读取数据库，将多通道雷达数据、影像数据和地图同步联动显示。多通道雷达数据处理的步骤通常包括零点调节、频域滤波、增益调整、背景去除等，根据病害的回波特征筛选出病害疑似点，并结合各通道雷达数据的相关性分析出病害疑似点的规模。根据疑似点的经纬度坐标和周边的影像，确定疑似点在道路的具体位置。确定疑似点时还要参考影像排除干扰，如路面颠簸、钢板、地下人行通道、隧道、过街天桥等。
（3）疑似点复核
用常规的单通道探地雷达对筛选出的异常点进行复核。复核时，使用多种中心频率的天线对异常区域进行多条测线加密探测。并通过雷达图像和周边井盖，确定疑似点周围的管线分布，排除地下管沟、井室等造成的误判。对疑似点进行复核后，确定异常区域的位置、规模和埋深。
（4）管线会签
城市地下分布众多管线，分属不同的专业部门管理，涉及供水、排水、电力、燃气、供热、通信信息、广播电视、公安交通等管线权属单位。为了避免验证时破坏管线，在施工前做好会签手续。由市政部门组织各家管线权属单位对各个病害异常点进行管线会签，核实疑似点周边管线的分布。
（5）验证
通过钻孔或开挖方法进行验证。
四、案例
车载阵列雷达系统已在沈阳、大连、厦门、广州、深圳、南京、镇江、长春、石家庄等城市成功进行了工程应用。
4.1 厦门市思明区道路塌陷灾害普查探测
2015年5月-9月，厦门市思明区采用车载阵列雷达系统对辖区内的主要道路进行了塌陷灾害普查探测，完成测线里程约200公里，通过探测发现多处空洞灾害点，有效预警了道路塌陷灾害，经工程处治后避免了塌陷事故的发生。
图4是在厦门西堤路探测到的一处大型空洞，钻孔验证后进行了开挖回填处治，及时排出了险情。
图4 厦门西堤路空洞
4.2 广州市天河区道路塌陷灾害普查探测
2015年4月，车载阵列雷达系统在广州市天河区进行了道路塌陷灾害普查探测，发现了多处空洞灾害点。图5是天河区科韵路探测到一处大型空洞，灾害面积达30平方米，洞底深度3.2米，洞顶距离表面仅0.3米，随时会发生坍塌。通过钻孔、钎探和电子内窥镜等方式对病害点检查评估后，相关部门对该位置进行了注浆排险作业，避免了事故的发生。
图5 广州科韵路空洞
4.3 长春市地铁沿线道路塌陷灾害普查探测
由于地铁施工造成地层扰动，长春地铁沿线发生过多起道路塌陷事故。2016年3月，车载阵列雷达系统对长春市在建的地铁1号线和2号线沿线（人民大街、吉林大路和解放大路）进行了道路塌陷灾害普查探测，在普查探测中发现了多处病害疑似点。长春市市政设施维护管理中心道路路灯部召集各管线权属单位对各个病害异常点进行管线会签，核实疑似点周边管线的分布（图6）。通过钻孔或开挖验证（图7），查明了多处空洞和疏松道路病害点，病害点的分布如图8所示。
图6 管线会签图
图7 钻孔现场
图8 长春道路病害点分布图
案例1：
该灾害点位于吉林大路与临河二条交汇处东侧东向外侧慢车道，雷达车普查探测发现该处雷达扫描图像存在显著空洞异常反应，经现场复核探测、钻探验证和钻孔内窥镜录像（图9），确认该处为典型地下隐伏空洞灾害，灾害部位南北向长2.5米，东西向宽2米，空洞埋深0.42米。经探查，该灾害点下方1.7米处为一根混凝土排水管，管体接入灾害点旁边的排水井，开井盖检查发现，管体接入部位周围存在流土堆积现象，判断为附近路面集水井水体侵入灾害部位冲刷土体，经旁边排水井流失，形成空洞。相关部门立即对灾害部位空洞进行开挖回填处治，并整修了排水井。
图9 钻孔内窥镜录像截屏
案例2：
图10是该雷达系统在解放大路东侧起点处西向外侧慢车道发现的一处富水空洞。普查探测中发现该处雷达扫描图像存在显著空洞异常反应和水体反应，经现场复核探测、钻探验证和钻孔内窥镜录像，确认该处为严重水浸地下隐伏空洞灾害，灾害部位东西向长4米，南北向宽2米，空洞埋深0.35米。经探查，该灾害点下方2米处为一根自来水管，管体严重漏水冲刷灾害部位土体后集中流入旁边路面集水井，水冲刷流失量大，水流清澈，钻探表明灾害部位土体已完全冲刷，仅余碎石，形成充水空洞。该处经泄露自来水较长时间冲刷，塌陷风险极大。相关部门立即对该灾害部位的自来水管进行抢修，并及时回填处置了该处空洞。
图10 长春解放大路空洞
五、结论
车载阵列雷达是预警探测城市道路塌陷灾害的首选技术装备，在工程实践当中，制定合理作业流程和作业方法，充分发挥其技术优势和效率，可以准确可靠地探测发现地下隐伏空洞，及时预警，切实防范和减少道路塌陷灾害事故的发生。
参考文献
[1]杨彩侠.城市道路路面塌陷成因初探. 山西建筑,2013, 39(15):113-114.
[2]宋谷长,叶远春, 刘庆仁.北京市城市道路塌陷成因及对策分析. 城市道桥与防洪,2011, 8:250-252.
[3]周正刚.城市道路塌陷原因分析及预防措施. 路桥工程，2015,5(11).
[4]Ryoji Hirata, AkioMatstyama. Anintroduction and a case study of the vehicle for exploring structures underroad using GPR, Near Surface Geophysics Asia Pacific Conference, July 17-19,2013, Beijing, China.
[5]薛建,曾昭发, 王者江,刘明辉. 探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法.物探与化探, 2010,34(5):617-621.
[6]大连中睿科技发展有限公司. 车载道路灾害、病害预警雷达系统（VGPR-20）,专利公开号CN302973058S .公开日:2014-10-22.
[7]大连中睿科技发展有限公司. 一种车载道路灾害病害预警雷达系统,专利公开号: CN203870250U. 公开日:2014-10-08.
波长越大，精度越低，距离越远（还有利于反隐形）。
波长越小，精度越高，距离越短（但可以用功率补上）。
A 侦查和监视手段在军事高技术方面的应用
现代科学技术特别是高技术的发展，使军事侦察与监视的技术水平和能力有了极大提高。现代侦察设备器材或侦察探测系统有可见光、微波、红外、声学侦察探测设备；并可部署在地面、海上、水下和空中、太空。利用高性能的侦察探测系统可进行全时域、大空域及覆盖全侦察与监视，可迅速、准确、全面掌握敌方情况。世界各国都非常重视现代侦察监视技术的发展，现代侦察监视技术已成为军事高技术重要领域。
一、侦察与监视技术的基本概念
侦察是军队为获取军事斗争特别是战争所需敌方或有关战区的情况而采取的措施，是实施正确指挥、取得作战胜利的重要保障。侦察监视技术是指发现、识别、监视、跟踪目标并对目标进行定位所采用的技术。现代侦察与监视系统是根据现代战争的需要，把各种高新技术设备有机结合起来，以实现各种侦察目的的情报保障系统。直接目的探测目标，分发现、识别、监视、跟踪及对目标定位。
1、发现：依据目标与周围背景的某些不连续性，将目标提取出来，确定某个地方有目标。
2、识别：确定目标的真假和区分真目标的类型。
3、监视：严密注视目标的动静。通常隐蔽地实现。
4、跟踪：对目标的连续不断的监视。
5、定位：按照一定的精度探测确定出目标的位置，即方位、高度和距离。
侦察监视技术就是指发现、识别、监视、跟踪目标并对目标进行定位所采用的技术。
理论上，自然界中任何实物目标及其所产生的现象总会有一定的特征，并与其所处的背景有差异。目标与背景之间的任何差异，如外貌形状差异，或在声、光、电、磁、热、力学等物理特性方面的差异，都可直接由人的感官或借助一些技术手段加以区别，这就是目标可以被探测到的基本依据。侦察监视系统根据目标的特征信息，包括声、光、电、磁、热、力学等特征信息，完成任务。
二、现代侦察技术有多种分类方法，通常分为以下三类：
1、战略侦察、战役侦察和战术侦察：目标性质、范围、情报使用和所引起的作用不同；
2、侦察设备的运载工具及其使用：地（水）面、水下、空中和空间四个侦察系统；
3、根据遥感设备的不同：可见光、多光谱、红外、微波、声学侦察等。
三、现代高技术战争中的侦察监视技术的应用
（一）可见光侦察
1、什么是可见光？
正常人眼可见的光。
2、什么是有色物体？
物体对可见光有反射特性。
3、可见光：波长0.4～0.76微米电磁波作用于视网膜上感光细胞，引起视觉。对可见光能感觉光的不同颜色，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。色光呈现不同色彩，因为波长不同，当眼睛同时受到各种颜色光的同时作用时，产生白光感觉，白光是复合光。
4、电磁波：电磁波根据波长或频率不同分无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、 X射线、 Y射线等。
同一物体对不同波长电磁波反射能力不相同；不同物体对同波长电磁波反射能力也不相同。物体对可见光不同的反射特性决定了它们本身的颜色。
电磁波波长不同，在大气中传输能力不同。大气中水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等气体分子对不同波段的电磁波有不同程度的吸收作用(选择性吸收)，使有些波段电磁波被削弱，有些波段完全消失。大气吸收较少的波段(大气透过率较高)称“大气窗口”。目前知道大气窗口有：
0.3～1.3微米：该窗口包括全部可见光、部分紫外光和部分近红外波段，属于目标的反射光谱。照相及扫描方式的侦察器材都采用此“窗口”，是目前侦察领域应用最为广泛的一个窗口。
1.4～2.5微米：属于近红外波段，也是目标的反射光谱，但不能为常用胶卷所感光。在侦察中目前该窗口很少利用。
3～5微米：属于中红外波段，既是目标的反射光谱，也是目标的辐射光谱。
8～14微米：属于中远红外波段，是目标本身热辐射波段，该窗口目前利用也较为广泛。
大于1.5厘米：属于微波波段，是微波雷达应用最为广泛的窗口。
即使处在大气窗口中的电磁波，传播过程中也要受到大气分子的散射，散射程度与波长的四次方成反比，即波长愈短，散射愈多。
根据目标在可见光波段的物理特征，主要侦察器材有各种光学观察器材、照相侦察器材、电视侦察器材、微光夜视侦察器材和激光侦察器材等。
（二）红外侦察
1、什么是红外侦察？
根据物体在红外波段的热辐射，侦察、探测目标。
2、什么是热辐射？
任何物体温度高于绝对零度时，不断以电磁波形式向外释放能量，称热辐射。
同一物体不同温度时，热辐射能量按波长的分布也不同。温度高，热辐射总能量增大，能量多数分布在波长短的一侧。温度愈高，峰值波长愈短。一般军事目标温度在-15℃～37℃之间，辐射波长约为9～10微米，处于红外波段。多数目标在常温下的热辐射波长都在红外波段，即使夜间，也能通过接收物体红外辐射来进行侦察。
红外线：可见光红光外端，波长0.76～1000微米电磁波。红外线分近红外（0.76～3微米）、中红外（3～6微米）、中远红外（6～20微米）和远红外（20～1000微米），其中近、中、中远红外波段被各类红外侦察器材所利用。
红外侦察设备主要分成像红外探测器和不成像红外探测器两种。成像红外探测器主要有红外照相机、红外夜视仪、热成像夜视仪等，不成像红外探测器主要有红外预警探测器。
（1）红外照相机
红外照相机与普通可见光照相机成像方式一样，不同的是要采用只能透过红外辐射的特制镜头，而且要采用对红外辐射敏感的专门的红外胶卷。红外胶卷有两类：红外黑白胶卷和红外彩色胶卷。根据所拍摄的红外黑白照片的色调变化或红外彩色照片的色彩变化，就能识别伪装，发现隐蔽的目标。与可见光照相相比还有个优点是能在夜间或浓雾等不良条件下拍摄远距离的景像，目前只能制造出对近红外区敏感的红外胶卷，而常温下物体近红外辐射能力很弱，所以夜间照相时必须用强光源照射目标。
（2）红外扫描装置
因为目前只能制造对近红外辐射敏感的红外照相胶卷，而军事目标中的中、远红外辐射能力却很强，很难对这些目标进行照相侦察，于是出现热敏照相。常用红外扫描装置，利用光学扫描技术和对中、远红外辐射敏感的半导体材料，将地物辐射的红外能量转变成电信号，进行处理放大后再转变成可见光图像。
（3）红外传感器
红外传感器是无源被动式红外探测器。当目标经过时，红外探测头吸收目标发出的红外辐射，能发现视角扇面内20米至50米以内的目标。
（三）雷达侦察
1、什么是雷达侦察？
利用雷达波发现、探测物体。
2、雷达侦察特点？
探测距离远、测定目标速度快、精度高、全天候使用、易电子干扰。
3、雷达侦察设备种类？
雷达侦察是利用物体对无线电波的反射特性来发现目标和测定目标状态（距离、高度、方位角和运动速度）的一种侦察。具有探测距离远、测定目标速度快、精度高、能全天候使用等特点，在战场上应用十分广泛，成为现代战争的一种重要侦察手段。
雷达种类繁多，用途各异，根据任务或用途的不同，可分为：
1、警戒、引导雷达
对空情报雷达；对海警戒雷达；机载预警雷达；超视距雷达；弹道导弹预警雷达。
2、武器控制雷达
炮瞄雷达；导弹制导雷达；鱼雷攻击雷达；机载截击雷达；机载轰炸雷达；末制导雷达；弹道导弹跟踪雷达。
3、用于侦察的雷达
战场侦察雷达；炮位侦察校射雷达；活动目标侦察；侦察与地形显示雷达。
4、航行保障雷达
航行雷达；航海雷达；地形跟随与地物回避雷达；着陆（舰）雷达。
（四）电子侦察
1、什么是电子侦察？
接收无线电信号：接收无线电通信信号、接收雷达信号。
2、接收无线电通信信号：测向、侦听。
3、电子侦察特点：隐蔽、被动、距离不小于被侦察设备工作距离。
电子侦察一般分两大类，一类是无线电探测；一类是侦察雷达。
无线电侦察是使用无线电收信器材，截收和破译敌方无线电通信信号，查明敌方无线电通信设备的配置等情况。具有侦察距离远，速度快，工作隐蔽，受环境、地形、气候等自然条件影响小的特点。包括侦听和测向定位两个方面。
1、无线电通信侦听
无线电通信侦听主要是运用电波传播、信号及联络三个规律来实施侦察。无线电通信侦听设备主要是无线电接收机。
（1）信号规律及侦听
无线电波所传播的信号，必然由通信双方按一定的规则制定信号的形式。
从信号的调制上看，为使无线电通信的每一个信号都能代表某一信息，必须对发射的无线电波进行某种调制。调制的方法通常有调辐、调频、调相等。用不同的方法调制的信号将具有不同的频谱特性，因此在接收时必须采用与之对应的不同的解调方法。
从信号的组合上看，各种无线电通信信号的组合形式虽然不同，但都由电流脉冲的有无、长短和大小表示，它们同样存在着变化规律。同样的电码组合，在各种文字中可表示不同的含义。
从波形上看，无线电波也有不同的形式，如连续波、断续波、矩形波等。通过对不同的波形及波纹的分析，可以查明敌方通信信号的技术规格、调制方式、排列方式和组合规律等技术参数。
（2）联络规律及侦听
在无线电通信中，除发射载有信息的无线电波外，还必须相互规定呼号、频率、联络时间等通信诸元和勤务用语。
2、无线电测向
无线电通信测向是指利用无线电定向接收设备（又称无线电测向仪）来确定正在工作的无线电发射台方位的工作过程。通过测向能确定通信电台的方位。无线电通信测向的种类较多：
——按显示方法不同可分为听觉测向和视觉测向；
——按使用方式不同可分为固定测向、半固定测向和移动式测向；
——按测向机的用途分空中测向、海上测向和地面测向；
——按适用波长不同分长波测向、中波测向、短波测向和超短波测向等。
（五）多光谱侦察
什么是多光谱侦察？同时、分别在各个不同的光谱带上对同一目标进行照相或扫瞄，获得的图像。
主要特点？识别针对单一光谱侦察的伪装，工作范围受限，一般0.35～0.9微米波段，至多不超过1.35微米。
多光谱侦察是把目标发射和反射的各种波长的电磁波划分成若干窄的波段，在同一时间内，用几台仪器分别在各个不同的光谱带上对同一目标进行照相或扫瞄，将所得图像或信号进行加工处理，分析比较，就可以从物体光谱和辐射能量的差异上区分目标。在多光谱侦察获得的图像上，生长旺盛的活体植物呈现红色，伪装用的砍伐植物呈蓝色，涂绿漆的金属物体呈现黑色。
多光谱照相机由于受感光胶片光谱响应的限制，其工作范围一般在0.35～0.9微米波段，至多不超过1.35微米。
（六）声学侦察
声波特点？弹性波，声波在不同的介质中的传播速度不同。
声波用途？传声，反射。
水中声波传输特点？透射与绕射；反射与折射；散射与混响；衰减；声道。
声学侦察设备主要有声响传感器、炮兵声测仪、水下探测设备等。
声波是一种弹性波，声波在不同的介质中的传播速度不同。空气声波传播速度每秒340米左右。
1、声响传感器
声响传感器使用很普遍，它的探测器是一个传声器，是一种声电转换器。工作原理与麦克风相同。最大优点是分辨力强。处理后能重现目标运动时所发出的声响特征。如果运动目标是人员，则不仅可以直接听到声音，还能根据话音察明其国籍、身份和谈话内容；如果运动目标是车辆，则可根据声响判断车辆的种类。同时它还能排除自然干扰。声响传感器的探测范围也较大，对人正常对话40米，对运动车辆达数百米。
2、声纳
声纳是利用水声传播特性对水中目标进行传感探测的技术设备。海洋中使用的声波，水中传播速度达每秒1450米以上。声波在水中的传播速度受温度、盐度及海水静压力（即深度）的影响，温度越高，声速越大；盐度及静压力的增加，也会引起声速的增大。
声波在海洋中传播主要有以下特点：透射与绕射；反射与折射；散射与混响；衰减；声道。
声纳用于搜索、测定、识别和跟踪潜艇和其他水中目标。声纳按工作方式分被动式声纳和主动式声纳。
被动式声纳又称噪声声纳。主要搜索来自目标的声波，特点是隐蔽性、保密性好，识别目标能力强，侦察距离远，但不能侦察静止无声的目标，也不能测出目标距离。
主动式声纳又称回声声纳，可以探测静止无声的目标，并能测出其方位和距离。但容易被敌方侦听而暴露自己，且探测距离短。
声纳的类型根据使用对象不同，分水面舰艇声纳、潜艇声纳、航空声纳和海岸声纳等。
我们通常说，雷达所起的作用和眼睛很相似，当然，它不是大自然的杰作，它的信息载体是无线电波。事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，传播的速度都是光速，只是它们各自占据的波段不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息（目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等）。
预警雷达属于一种远距离搜索雷达，一般都采用12兆瓦以上的超高发射功率、高几十米、宽几百米以上的电动扫描天线阵列，工作频率在超高频和甚高频波段，用以减少大气吸收的损耗。因此作用距离可达几千千米，再配上相应的高性能计算机数据处理系统，能在搜索的同时跟踪100～200个目标，主要用来发现远、中、近程弹道导弹，测定其瞬间位置、速度、发射点和弹着点等关键参数，能为最高军事机关提供导弹预警情报。
7010超远程相控阵预警雷达和110单脉冲跟踪雷达就是其中的两种。110超远程跟踪雷达可以探测到2000千米距离的空间目标。7010超远程预警雷达则采用固定平面阵天线，可搜索距离3000千米。两部雷达都曾对“天空实验室”与“宇宙-1401”陨落过程进行跟踪与落点预报。
