[發(fā)明專利]一種用于水下三維定位的標(biāo)量、矢量水聽器復(fù)合線列陣

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210703935.0
• 申請(qǐng)日: 2022-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN114879204A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佟昊陽;何濤;徐平;趙涵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
• 主分類號(hào): G01S15/88
• 分類號(hào): G01S15/88;G01S7/521
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33230
• 代理人: 宋飛燕

本發(fā)明屬于聲學(xué)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種用于水下三維定位的標(biāo)量、矢量水聽器復(fù)合線列陣，包括復(fù)合線列陣，所述復(fù)合線列陣包括矢量水聽器、聲信標(biāo)一、聲信標(biāo)二和標(biāo)量線列陣，所述標(biāo)量線列陣一端設(shè)置有聲信標(biāo)一，標(biāo)量線列陣另一端設(shè)置有矢量水聽器，所述矢量水聽器一端設(shè)置有聲信標(biāo)二，所述聲信標(biāo)二一端連接有配重塊，聲信標(biāo)一和聲信標(biāo)二配合外部海船上安裝的超短基線，用于對(duì)復(fù)合線列陣姿態(tài)進(jìn)行修正，本發(fā)明使用標(biāo)量線陣和矢量水聽器陣元結(jié)合的方式，利用矢量水聽器在水平方向的指向性特性填補(bǔ)了標(biāo)量線列陣水平指向性難以分離干擾的不足，也利用了標(biāo)量線列陣在水中測(cè)量的穩(wěn)定性彌補(bǔ)矢量水聽器穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，提高了校準(zhǔn)測(cè)量的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲學(xué)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種用于水下三維定位的標(biāo)量、矢量水聽器復(fù)合線列陣。

背景技術(shù)

隨著聲納技術(shù)的進(jìn)步，水下聲納的探測(cè)能力在提高的同時(shí)，其結(jié)構(gòu)組成也愈發(fā)復(fù)雜。從單換能器到多換能器，從全向發(fā)射到波束形成，聲納發(fā)射系統(tǒng)的軟、硬件的技術(shù)組成也區(qū)域多樣化。功能提升的同時(shí)，也使得在不同的環(huán)境中聲納的性能更容易發(fā)生變化。首先，聲納換能器的性能本身會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生變化，而目前的聲納裝備一般以多元基陣為主，聲納工作時(shí)需要通過基陣內(nèi)各陣元互相配合來達(dá)到性能要求。在這種情況下，即使各陣元換能器的性能變化很小，陣元換能器性能的變化疊加后可能會(huì)造成聲納性能的明顯變化。其次，當(dāng)換能器安裝到潛艇上的聲納導(dǎo)流罩內(nèi)的聲基陣架上后，由于其聲納的實(shí)際工作環(huán)境與理論設(shè)計(jì)和驗(yàn)收測(cè)量環(huán)境的不同，將導(dǎo)致設(shè)計(jì)參數(shù)和驗(yàn)收測(cè)量參數(shù)與實(shí)際使用時(shí)的性能參數(shù)有所不同。此外，受惡劣的海洋環(huán)境以及潛艇上安裝位置的其它結(jié)構(gòu)等影響，安裝到潛艇上的聲納導(dǎo)流罩內(nèi)的換能器受基陣架及導(dǎo)流罩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的散反射影響；同時(shí)，基元經(jīng)過一段時(shí)間后，其聲性能將會(huì)有所下降，當(dāng)聲納設(shè)備水下聲學(xué)部件因損壞或失效而更換性能完好的換能器基元后，聲納設(shè)備的性能參數(shù)也將會(huì)發(fā)生變化。以上因素對(duì)聲納性能的影響都是在聲納設(shè)備被安裝、使用過一段時(shí)間后發(fā)生的，這就產(chǎn)生了對(duì)水下聲納設(shè)備在線校準(zhǔn)的需求。其中聲納的發(fā)射聲源級(jí)是評(píng)價(jià)主動(dòng)聲納性能的重要技術(shù)指標(biāo)，精確校準(zhǔn)聲納的發(fā)射聲源級(jí)對(duì)我國國防建設(shè)、海洋環(huán)境開發(fā)等方面有著重要意義。

線列陣是測(cè)量聲納發(fā)射聲源級(jí)的主要設(shè)備，傳統(tǒng)的接收線列陣可以通過多陣元測(cè)量降低背景噪聲的影響提高信噪比、通過信號(hào)處理手段分離海面反射波的干擾，但由于線列陣的結(jié)構(gòu)限制只能在垂直平面控制接收的指向性，在水平平面上線列陣則是全指向性。這樣就導(dǎo)致了在處理測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，若存在與測(cè)量目標(biāo)同深度的干擾聲源，會(huì)出現(xiàn)無法將干擾聲源同目標(biāo)聲源分離的情況。此外，由于海底暗涌湍急、海浪較大，會(huì)極大的影響線列陣在海底的測(cè)量姿態(tài)，也會(huì)帶來較大的測(cè)量不確定度分量。為了提高校準(zhǔn)測(cè)量的準(zhǔn)確度就需要改進(jìn)校準(zhǔn)試驗(yàn)中使用的接收線列陣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于水下三維定位的標(biāo)量、矢量水聽器復(fù)合線列陣。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于水下三維定位的標(biāo)量、矢量水聽器復(fù)合線列陣，包括復(fù)合線列陣，所述復(fù)合線列陣包括矢量水聽器、聲信標(biāo)一、聲信標(biāo)二和標(biāo)量線列陣，所述標(biāo)量線列陣一端設(shè)置有聲信標(biāo)一，標(biāo)量線列陣另一端設(shè)置有矢量水聽器，所述矢量水聽器一端設(shè)置有聲信標(biāo)二，所述聲信標(biāo)二一端連接有配重塊，聲信標(biāo)一和聲信標(biāo)二配合外部海船上安裝的超短基線，用于對(duì)復(fù)合線列陣姿態(tài)進(jìn)行修正。

進(jìn)一步地，所述聲信標(biāo)一和聲信標(biāo)二分置于標(biāo)量線列陣兩側(cè)，通過超短基線對(duì)聲信標(biāo)一和聲信標(biāo)二進(jìn)行定位，以超短基線為原點(diǎn)，x軸、y軸和水平方向互相垂直的兩條直線重合，z軸與垂直方向重合建立坐標(biāo)系，若定位到的聲信標(biāo)位置坐標(biāo)分別為(x₁， y₁，z₁)和(x₂，y₂，z₂)，則復(fù)合線列陣與垂直方向間的夾角α應(yīng)為：

校準(zhǔn)過程中，α應(yīng)不大于復(fù)合線列陣的主瓣寬度，為達(dá)成校準(zhǔn)目標(biāo)，需要設(shè)置配重塊，且校準(zhǔn)時(shí)間應(yīng)避開漲、落潮的高峰期，降低暗涌對(duì)復(fù)合線列陣姿態(tài)的影響。