一種三維定位聲納的製作方法

2023-09-10 23:24:55

專利名稱：一種三維定位聲納的製作方法
技術領域：
本發明涉及海洋探測技術領域，特別涉及一種三維定位聲納。
背景技術：
聲納是海洋探測中最重要的一種設備，而安裝有聲納的長拖曳線列陣則是遠距離目標探測的重要設備。在圖1中描述了長拖曳線列陣的工作原理，其中的拖船通過光纜拖動長拖曳線列陣，並將長拖曳線列陣所接收到的信號經由光纜傳遞到拖船以實現進一步的處理。在長拖曳線列陣信號的具體處理過程中，拖曳線列陣陣元位置估計是其中的關鍵問題。
為了保證聲納的探測性能，需要對長拖曳線列陣中的聲納陣元的位置進行標定。現有技術中的相應標定設備按照工作原理可分為兩種， 一種是基於短基線的設備， 一種是基於超短基線的設備。其中，基於短基線的設備一—般是指—在拖船上安裝3個以—上的定位聲納-利用-這些-定-位聲納發送脈衝直達波，但是與聲納的安裝和布設相關的設備較為複雜且費用較高。而且由於拖船本身會隨著海流而起伏，需要實時測量拖船的姿態，因此還需要安裝有高精度的姿態測量裝置，此類裝置一般都需要上百萬左右的費用。總之，基於短基線的相關設備具有定位費用高的缺陷。而基於超短基
線的設備也是在拖船上安裝定位聲納，這些定位聲納間的距離很短，如10
釐米左右，因此要求將聲納的姿態測量得非常準確，這也就要求了在相關
的設備中需配置昂貴的姿態測量系統。例如，法國iXSEA的超短基線測量系統由於配置了昂貴的姿態測量系統，因此總體成本很高約達150萬元人民幣左右。
綜合上述說明，現有技術上用於實現基於主動聲源的拖曳陣陣元位置估計方法的相關設備都具有價格昂貴的缺陷，不利於推廣使用。

發明內容
本發明的目的是克服現有設備價格過於昂貴的缺陷，從而提供一種價格低廉、實用性高的三維定位聲納。
3為了實現上述目的，本發明提供了一種三維定位聲納，包括拖體、聲
納以及拖體支撐架；其中，
所述的拖體包括兩個同向並行放置的拖體，兩個所述拖體間通過所述 拖體支撐架連接；在所述拖體支撐架的中間位置有一個用於安裝聲納的長 杆；在兩個所述拖體的尾部分別安裝有第一聲納、第二聲納，在所述長杆 的頂端安裝有第三聲納；所述第一聲納、第二聲納以及第三聲納在同一垂 直面內，且所述第三聲納與所述第一聲納、第二聲納間具有相等的距離。
上述技術方案中，還包括迫沉翼，所述迫沉翼成非對稱翼形結構，安 裝在所述拖體支撐架上。
上述技術方案中，在所述拖體的前端還安裝有用於通訊的第四聲納和 第五聲納。
上述技術方案中，在所述拖體上安裝有用於連接所述拖體支撐架的拖 體吊板5 。
上述技術方 案中，安裝在所述拖體尾部的聲納成半球形。 上迷技術方案中，所述長杆呈"L"型，所述長杆與所述拖體平行且 頂端向後。
本發明的優點在於
1 、本發明的三維定位聲納採用雙體結構的拖體以承載拖曳陣定位聲 納，並在雙體間通過支架承載一個聲納，從而構成了三維的立體聲納，使 得本發明能夠用於拖曳陣的三維定位。
2、 本發明的三維定位聲納通過安裝迫沉翼的方式，使拖體可以有較 大的入水深度，減小了拖曳母船對通訊聲納的幹擾。
3、 本發明的三維定位聲納將位於拖體尾部的聲納設計成半球形，使 得拖體和聲納陣形成光滑的流線，減少了聲納的流噪聲，特別是後向發射 聲納的流噪聲被降低致最低，確保了聲納的工作特性。


圖1為長拖曳線列陣的工作原理示意圖； 圖2為本發明的三維定位聲納在一個實施例中的結構圖。 圖面說明
1 拖體 2第四聲納 3 迫沉翼
4 拖體支撐架 5拖體吊板 6 第一聲納
47 第二聲納 8 第三聲納 9 第五聲納
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。 在對本發明的三維定位聲納進行說明前，首先對一種利用本發明的三 維定位聲納進行拖曳陣陣元位置估計的方法加以說明，以利於對三維定位 聲納的應用背景的了解。在該方法中，將三組滿足正交條件的編碼脈衝串 分別通過位於倒T形陣上三個端點的發射換能器發出，然後由安裝在長拖 曳線列陣上的接收機獲得脈衝直達波，最後利用倒T形陣和正交編碼信號 的時空正交性，對直達波信號進行高精度時延估計，從而獲得對長拖曳線 列陣的三維陣形的精確校準。 '
從上述方法可以看出，該方法的使用需要有三個成倒T形陣的發射換 能器。因此，本發明的三維定位聲納也應當具有上述的特點。圖2為本發 明的三維定位聲納在一個實施例中的結構圖，它包括拖體1、聲納、拖體 支撐架4以及拖體吊板5。其中的拖體1包括兩個形狀大小相類似的拖體， 在每個拖體的頂端都安裝有拖體吊板5，兩個拖體間同向並行放置，並由 拖體支撐架4分別與兩個拖體的拖體吊板5相連接，從而將兩個拖體固連 在一起。而在每個拖體1上，還分別安裝有第一聲納6、第二聲納7,從 圖l的工作原理圖可以看出，與本發明配合工作的長拖曳線列陣通常位於 三維定位聲納行進方向的後側，而聲納2所發出的脈沖信號由長拖戈線列 陣接收，因此，第一聲納6、第二聲納7安裝在拖體1上時，位於拖體1 的後方。本發明的三維定位聲納除了前述的兩個分別安裝在拖體1上的聲 納外，還需要有第三個聲納，且該聲納應當與前兩個聲納的距離相同。因 此，在拖體支撐架4的正中間位置安裝有一個"L"型的長杆，在其頂端 安裝有第三聲納8，該長杆的大小和方向應使得安裝在長杆上的第三聲納 8位於前述第一聲納6、第二聲納7的垂直面上且與第一聲納6、第二聲納 7具有相同的距離。上述三個聲納所形成的聲納系統具有垂直孔徑(即聲 納陣列在垂直向有多個陣元，陣元垂直間距就是垂直孔徑)，因此可以進 行聲納垂直向的定位，從而實現拖曳陣的三維定位。
為了提高定位精度，三維定位聲納中作為聲源的三個聲納間的距離較 大，往往長於拖體l的長度，因此雙拖體形狀的定位聲納在水下拖曳時很 可能會有姿態不穩定的缺陷。此外，由於拖體l本身較重，在水下為負浮力，低速拖曳時，拖體離拖船較近，往往會處在拖船的尾流區，不利於聲 納的正常工作。基於上述兩點，在三維定位聲納上還安裝有非對稱翼形結
構的迫沉翼3，迫沉翼3安裝在拖體支撐架4上。
為了提高本發明的三維定位聲納的性能，在兩個拖體1的前端還可以 分別安裝第四聲納2、第五聲納9。這兩個聲納可以作為通訊聲納使用， 此類聲納具有收、發裝置。具有通訊聲納的三維定位聲納可以與其它聲納
節點進行通訊，從而達到多個聲納節點配合使用的目的。
由於拖體l在行進過程中，在水流的作用下很容易形成旋渦，從而給 位於拖體尾部的聲納帶來額外的流噪聲，因此在三維定位聲納的又一個實 施例中，將位於拖體尾部的聲納設計成半球形，使得拖體和聲納形成光滑 的流線，從而使得拖體尾部的導流特性好，降低了聲納的流噪聲，特別是 後向發射聲納的流噪聲，以確保聲納的工作特性。
採用本發明的三維定位聲納進行拖曳線列陣陣元位置估計時，將三維 定位聲納和帶有拖曳聲納的拖曳線列陣同時由拖船放入水下同等深度，當 拖戈線列陣工作時，三維定位聲納中的各個聲納發射頻率在20kHz-30kHz 間的脈衝信號，拖曳線列陣中的聲納陣元接收到這些信號，並對所接收到 信號的延時羞進行估計，利用不同聲源(即三維定—位聲納上的聲納——)—到達 該陣元的延時差，以及聲源到拖曳線列陣中的聲納陣元的距離來估計陣元 的位置。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。 儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理 解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案 的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1、一種三維定位聲納，其特徵在於，包括拖體(1)、聲納以及拖體支撐架(4)；其中，所述的拖體(1)包括兩個同向並行放置的拖體，兩個所述拖體間通過所述拖體支撐架(4)連接；在所述拖體支撐架(4)的中間位置有一個用於安裝聲納的長杆；在兩個所述拖體的尾部分別安裝有第一聲納(6)、第二聲納(7)，在所述長杆的頂端安裝有第三聲納(8)；所述第一聲納(6)、第二聲納(7)以及第三聲納(8)在同一垂直面內，且所述第三聲納(8)與所述第一聲納(6)、第二聲納(7)間具有相等的距離。
2、 根據權利要求1所述的三維定位聲納，其特徵在於，還包括迫沉 翼(3)，所述迫沉翼(3)成非對稱翼形結構，安裝在所述拖體支撐架(4) 上。
3、 根據權利要求1或2所述的三維定位聲納，其特徵在於，在所述 拖體(1 )的前端還安裝有用於通訊的第四聲納(2)和第五聲納(9)。
4、 根據權利要求1或2所述的三維定位聲納，其特徵在於，在，所述 拖體(U—上安裝有用—於連接所—述拖體支撐—架—(—4)的拖體吊板—(5—)。—
5、 根據權利要求1或2所述的三維定位聲納，其特徵在於，安裝在 所述拖體(1 )尾部的聲納成半球形。
6、 根據權利要求1或2所述的三維定位聲納，其特徵在於，所述長 杆呈"L，，型，所述長杆與所述拖體平行且頂端向後。
全文摘要
本發明提供一種三維定位聲納，包括拖體、聲納、拖體支撐架以及拖體吊板；其中，所述的拖體包括兩個拖體，在每個所述拖體的頂端安裝有拖體吊板，兩個所述的拖體間同向並行放置，並通過所述的拖體支撐架連接兩個拖體上的拖體吊板以實現所述拖體間的連接；所述拖體支撐架的正中間位置包括有一個長杆；在所述拖體的尾部和所述長杆的頂端分別安裝有一個聲納，所述的聲納在同一垂直面內，且安裝在所述長杆頂端的聲納與安裝在所述拖體尾部的兩個聲納具有相等的距離。本發明的三維定位聲納採用雙體結構的拖體以承載拖曳陣定位聲納，並在雙體間通過支架承載一個聲納，從而構成了三維的立體聲納，使得本發明能夠用於拖曳陣的三維定位。
文檔編號G01S7/52GK101650424SQ200810186299
公開日2010年2月17日 申請日期2008年12月26日 優先權日2007年12月28日
發明者劉紀元, 青 葉, 勇 黃 申請人:中國科學院聲學研究所