[發(fā)明專利]一種基于平行多波束聲納的船舶吃水檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510363477.0
• 申請(qǐng)日: 2015-06-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105292396B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許楓;閆路;劉佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): B63B39/12
• 分類號(hào): B63B39/12
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,王敬波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陣列信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于平行多波束聲納的船舶吃水檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

在內(nèi)河航道中，有些船舶為了經(jīng)濟(jì)利益，使得船舶的實(shí)際吃水深度超過(guò)航道維護(hù)水深，而不采取減載措施，此行為稱為船舶“超吃水”。這些“超吃水”船舶冒險(xiǎn)通過(guò)一些淺險(xiǎn)航段時(shí)，給船員、航道和壩體建筑安全帶來(lái)較大威脅，引起糾紛事件，影響正常通航調(diào)度工作的開(kāi)展，危害極其嚴(yán)重。

聲納技術(shù)是目前最有效的水下探測(cè)技術(shù)，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外運(yùn)用聲納技術(shù)檢測(cè)船舶吃水深度的常用方法有：側(cè)壁固定法、水底固定法、雙測(cè)深儀檢測(cè)法、換能器陣檢測(cè)法和側(cè)掃聲納圖像處理檢測(cè)法。但是上述方法存在一定的不足，如側(cè)壁固定法要求信號(hào)發(fā)射器和接收器具有較高的靈敏度，在水中安裝時(shí)要求精度高，且安裝難度大；水底固定法中由于聲納安裝在河床底部，泥沙淤積對(duì)其具有一定的影響；雙測(cè)深儀檢測(cè)法中當(dāng)船舶距離信號(hào)發(fā)射器較近時(shí)，測(cè)量誤差較大等。所以，上述五種方法在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服已有的船舶吃水深度檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中所存在的局限性，從而提供了一種基于平行多波束聲納的船舶吃水檢測(cè)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于平行多波束聲納的船舶吃水檢測(cè)方法，所述平行多波束聲納在河岸兩側(cè)分別安裝有一套；該方法包括：

步驟1)、根據(jù)所述平行多波束聲納的探測(cè)距離與測(cè)量精度，為所述平行多波束聲納設(shè)定參數(shù)，所述參數(shù)包括波束寬度、基陣的孔徑長(zhǎng)度；

步驟2)、由步驟1)所設(shè)定的參數(shù)確定聲納系統(tǒng)中基陣的長(zhǎng)度以及基陣中陣元的分布；

步驟3)、聲納系統(tǒng)向所經(jīng)船舶發(fā)射波束；

步驟4)、在聲納系統(tǒng)中選擇不同的陣元，形成多個(gè)平行波束，反射信號(hào)被平行多波束所接收；

步驟5)、根據(jù)波束接收反射信號(hào)的強(qiáng)度，測(cè)量出船底所對(duì)應(yīng)的平行波束的中心位置，進(jìn)而計(jì)算出船舶的吃水深度。

上述技術(shù)方案中，所述波束寬度的計(jì)算公式為：

R＝BW*X；

其中，BW為波束寬度，單位為弧度；R為垂直線分辨率，X為船舶的最大探測(cè)距離；

基陣的孔徑長(zhǎng)度的計(jì)算公式為：

其中，為半波束寬度，λ為波長(zhǎng)，M為陣元個(gè)數(shù)，d為相鄰陣元間距，為波束偏置角，基陣的孔徑長(zhǎng)度為陣元個(gè)數(shù)M與相鄰陣元間距d的乘積。

上述技術(shù)方案中，所述步驟5)包括：

若第1,2,…,n個(gè)平行波束均能接收到較強(qiáng)的回波信號(hào)，而第n+1個(gè)平行波束接收的回波信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前n個(gè)平行波束的回波強(qiáng)度，則認(rèn)為第n+1個(gè)波束達(dá)到了船舶的底部；由第n+1個(gè)波束的中心位置距離基陣頂端的距離Z_n+1得到船底距離聲納基陣頂端的高度h，結(jié)合聲納基陣的頂端距離水面的高度H，計(jì)算出船舶的吃水深度H+h。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明的方法能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量出船舶的吃水深度，適合于對(duì)各種船型的測(cè)量；

2、本發(fā)明的方法安裝簡(jiǎn)單方便，成本較低，且易于修理維護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1是聲納系統(tǒng)的安裝示意圖；

圖2(a)為選擇第1-10號(hào)陣元所形成的平行接收波束示意圖；

圖2(b)為選擇第2-11號(hào)陣元所形成的平行接收波束示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明的基于平行多波束聲納的船舶吃水檢測(cè)方法通過(guò)安裝在船閘附近的河岸上的聲納裝置系統(tǒng)向所經(jīng)船舶發(fā)射波束，聲信號(hào)經(jīng)船舶的平行反射，被聲納系統(tǒng)裝置采用平行多波束接收，根據(jù)波束接收反射信號(hào)的強(qiáng)度，測(cè)量出船底所對(duì)應(yīng)的波束的中心位置，進(jìn)而計(jì)算出船舶的吃水深度。

圖1為聲納系統(tǒng)的安裝示意圖，如圖所示，在靠近船閘的河岸兩側(cè)分別安裝一套聲納系統(tǒng)，每一套聲納系統(tǒng)中的聲納基陣的頂端距離水面的高度記為H，該高度值可根據(jù)每天的水位監(jiān)測(cè)獲取。

將聲納系統(tǒng)安裝后，本發(fā)明的方法包括以下步驟：

步驟1)、根據(jù)聲納系統(tǒng)的探測(cè)距離與測(cè)量精度，為聲納系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)。

聲納系統(tǒng)中所要設(shè)定的參數(shù)包括：波束寬度、基陣的孔徑長(zhǎng)度；其中，所述波束寬度的計(jì)算公式為：

其中，BW為波束寬度，單位為弧度，即角度分辨率；為半波束寬度，λ為波長(zhǎng)，M為陣元個(gè)數(shù)，d為相鄰陣元間距，為波束偏置角。