[發(fā)明專利]一種拖曳式測掃聲吶高度姿態(tài)穩(wěn)定裝置及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210516853.5
• 申請日: 2022-05-12
• 公開（公告）號: CN114966636A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 司玉林;榮振威;蔡成業(yè);顧陽;錢鵬;張大海
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;G01S7/521;G01S15/89
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

本發(fā)明公開了一種拖曳式測掃聲吶高度姿態(tài)穩(wěn)定裝置及控制方法，包括主體支撐架，主體支撐架的下端設(shè)有用于固定側(cè)掃聲吶的連接件；主體支撐架的前部兩側(cè)對稱設(shè)有兩個前推進器，后部兩側(cè)對稱設(shè)有兩個后推進器；兩個前推進器的朝向為向前45度向下，兩個后推進器的朝向為豎直方向；主體支撐架的前端設(shè)有拖曳纜，主體支撐架的中部設(shè)有數(shù)據(jù)交換倉；數(shù)據(jù)交換倉分別與側(cè)掃聲吶、兩個前推進器和兩個后推進器電連接；拖曳纜的一端連接至數(shù)據(jù)交換艙，另一端與船上的上位機連接；上位機用于接收數(shù)據(jù)交換艙的信息數(shù)據(jù)，并輸出每個推進器的電機轉(zhuǎn)速信號和拖曳繩的拉動信號。本發(fā)明能夠根據(jù)環(huán)境和船速的變化實現(xiàn)高自主性運行，將側(cè)掃聲吶維持在其最佳工作高度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下探測與成像領(lǐng)域，尤其是涉及一種拖曳式測掃聲吶高度姿態(tài)穩(wěn)定裝置及控制方法。

背景技術(shù)

側(cè)掃聲吶能夠得到水下微地貌形態(tài)和分布。其基本工作原理與雷達相似，只是將雷達所發(fā)射的電磁波信號改成能在水下傳播的聲波，側(cè)掃聲吶左右各安裝一條換能器線陣，發(fā)射一個短促的聲脈沖，聲波按球面波方式向外傳播，碰到海底或水中物體會產(chǎn)生散射，其中的反向散射波會按原傳播路線返回換能器被換能器接收，經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換成一系列電脈沖。一般情況下，硬的、粗糙的、凸起的海底回波強；軟的、平滑的、凹陷的海底回撥弱，被遮擋的海底不產(chǎn)生回波，距離越遠回波越弱。

將每一發(fā)射周期的接收數(shù)據(jù)一線接一線地縱向排列，顯示在顯示器上，就構(gòu)成了二維海底地貌聲圖，聲圖平面和海底平面成逐點映射關(guān)系，聲圖的亮度也包含了海底的特征，回波的賦值對應(yīng)各點的亮度。隨著水下聲吶載體的不斷移動，聲吶陣在前進過程中不斷發(fā)射、接收處理，記錄逐行排列，在顯示器上每一行掃描線上逐行顯示出每次發(fā)射返回的回波數(shù)據(jù)。側(cè)掃聲吶具有精度高、距離遠、分辨率高、覆蓋能力強等優(yōu)點，側(cè)掃聲吶在海洋測繪、海洋地質(zhì)調(diào)查，海底打撈救援等方面都有重要應(yīng)用。

如公開號為CN111352115A的中國專利文獻公開了一種高分辨測深側(cè)掃聲吶，通過平行于航向且設(shè)置于電子密封艙兩側(cè)的收發(fā)合置換能器，可得到垂直于航向的聲信號范圍內(nèi)的地貌側(cè)掃腳印，從而得到地貌側(cè)掃成像；通過垂直于航向且設(shè)置于電子密封艙艏部的接收換能器陣，得到橫向排布的接收腳印，接收腳印與地貌側(cè)掃腳印的重疊部分處理后可得到地形測深成像；通過地貌側(cè)掃成像，根據(jù)亮度與陰影信息，判斷是否為目標(biāo)物；通過地形測深信息，根據(jù)其高度信息，結(jié)合地貌側(cè)掃成像中的亮度與陰影信息，可有效判斷目標(biāo)形狀大小，進而區(qū)分水下小目標(biāo)與干擾，大大減少了虛警產(chǎn)生的概率，有效提高了水下探測的作業(yè)效率。

然而，常規(guī)側(cè)掃聲吶在水下拖曳工作時，聲圖的質(zhì)量會受到側(cè)掃聲吶工作高度的影響，若離海底太近則其所探測到的區(qū)域會變得很小，若距離太遠則聲圖的分辨率會顯著降低，無法精確識別海底的地貌或其他物體。但是，由于海流和船速的影響，側(cè)掃聲吶的高度和姿態(tài)難以維持，例如當(dāng)船速突然加大時，拖曳繩會傳遞一個向前的力，從而會拉著側(cè)掃聲吶上升，而打撈或者海底探測時經(jīng)常需要在同一區(qū)域來回掉頭跑，船速會隨時變化，從而影響聲圖的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

為彌補現(xiàn)有拖曳式側(cè)掃聲吶在拖曳過程中高度不斷變化的問題，本發(fā)明提供了一種拖曳式測掃聲吶高度姿態(tài)穩(wěn)定裝置，能夠根據(jù)環(huán)境和船速的變化實現(xiàn)高自主性運行，將側(cè)掃聲吶維持在其最佳工作高度，調(diào)整速度快。

一種拖曳式測掃聲吶高度姿態(tài)穩(wěn)定裝置，包括主體支撐架，所述主體支撐架的下端設(shè)有用于固定側(cè)掃聲吶的連接件；所述主體支撐架的前部兩側(cè)對稱設(shè)有兩個前推進器，后部兩側(cè)對稱設(shè)有兩個后推進器；兩個前推進器的朝向為向前45度向下，兩個后推進器的朝向為豎直方向；

所述主體支撐架的前端設(shè)有拖曳纜，主體支撐架的中部設(shè)有數(shù)據(jù)交換倉；所述的數(shù)據(jù)交換倉分別與側(cè)掃聲吶、兩個前推進器和兩個后推進器電連接；所述拖曳纜的一端連接至數(shù)據(jù)交換艙，另一端與船上的上位機連接；所述的上位機用于接收數(shù)據(jù)交換艙的信息數(shù)據(jù)，并輸出每個推進器的電機轉(zhuǎn)速信號和拖曳繩的拉動信號。

優(yōu)選地，所述的連接件設(shè)有兩個，每個連接件包括相互匹配的第一箍帶、第二箍帶和螺栓，其中，第一箍帶與主體支撐架的下端焊接固定。