具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器及該水聽器的目標定位及判別方法
2023-04-22 17:41:26
具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器及該水聽器的目標定位及判別方法
【專利摘要】具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器及該水聽器的目標定位及判別方法,涉及一種自主定位及目標判別的磁複合三維MEMS矢量水聽器，屬於水聲傳感器【技術領域】。解決了現有單個矢量水聽器能對空間目標進行定位的精度差和目標判別不準確的問題，本發明包括3個MEMS加速度傳感器、2個聲壓水聽器、磁方位傳感器、正交調整架、信號處理電路和聲學透聲灌封材料的外殼，3個MEMS加速度傳感器、2個聲壓水聽器和磁方位傳感器均固定在正交調整架。本發明適用於進行水下目標的探測。
【專利說明】具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器及該水聽器的目標定位及判別方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自主定位及目標判別的磁複合三維MEMS矢量水聽器，屬於水聲傳感器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著水聲傳感器技術的發展，利用矢量水聽器獲取水下聲信息並進行水下目標的探測、定位方法，正逐漸成為海洋環境監視、探測及水下目標識別的一種有效手段。1997年國內首次通過技術引進，系統地開展矢量水聽器技術專題研究。1998年進行了國內首次矢量水聽器外場試驗，2000年進行了國內首次矢量水聽器海上試驗，效果良好，為矢量水聽器的工程應用做出了重要貢獻。基於MEMS技術研製的矢量水聽器正逐漸向微型化，集成化發展。利用MEMS技術研製的單矢量水聽器可以實現目標定向功能，但如何使單個矢量水聽器能更好地為對空間目標進行定位及目標判別是當前研究的重點和難點。因此，仍然存在單個矢量水聽器能更好地為對空間目標進行定位精度差和目標判別不準確的問題。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有單個矢量水聽器能對空間目標進行定位的精度差和目標判別不準確的問題，提供了具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器及該水聽器的目標定位及判別方法。
[0004]本發明所述具有定位及目標判別功能的磁複合三維矢量水聽器，該矢量水聽器包括3個MEMS加速度傳感器1、2個聲壓水聽器2、磁方位傳感器3、正交調整架4、信號處理電路5和聲學透聲灌封材料的外殼6 ；
[0005]所述正交調整架4為11根支架固定連接構成的非閉合正方體框架，該框架的每個支架上均設有圓形通孔，用於與螺栓連接，以正交調整架4的一個連接點為中心建立三維直角坐標系，3個MEMS加速度傳感器I分別通過螺栓安裝在正交調整架4的Χ0Υ、Χ0Ζ和YOZ三個平面上，且3個MEMS加速度傳感器I的敏感方向相互正交，構成三維MEMS矢量水聽器X軸振速通道、Y軸振速通道和Z軸振速通道；磁方位傳感器3通過螺栓固定在正交調整架4上，使磁方位傳感器3敏感軸初始方向與地磁北極方向夾角為零度，且與三維MEMS矢量水聽器的Y軸振速通道平行，2個聲壓水聽器2分別固定安裝在與Z軸振速通道平行的MEMS加速度傳感器I與磁方位傳感器3的內表面上，信號處理電路5通過螺栓固定在正交調整架4上且平行於YOZ平面；3個MEMS加速度傳感器I的信號輸出端均與連接信號處理電路4的一個信號輸入端連接、2個聲壓水聽器2的信號輸出端均與信號處理電路4的另一個信號輸入端連接，磁傳感器3的信號輸出端連接信號處理電路4的磁信號輸入端；向安裝有3個MEMS加速度傳感器1、2個聲壓傳感器3、磁方位傳感器3和信號處理電路5的正交調整架4灌築聲學透聲灌封材料構成圓筒形外殼6。
[0006]上述水聽器的目標判別與定位方法，該方法的具體步驟為:[0007]步驟一、採用3個MEMS加速度傳感器I輸出相互正交的三個方向的聲信號信息vx、vy和Vz ；2個聲壓水聽器2輸出並聯後的聲壓信號P (t);採用磁方位傳感器3採集磁信號，獲得磁方位傳感器3的三個正交振速分量Vi (t) ；i = X, y, z ；
[0008]步驟二、利用步驟一獲得的聲壓信號P (t)，獲得水下待測目標相對於矢量水聽器主響應軸的水平方位角a (f);
[0009]對聲壓信號p(t)及三個正交振速分量Vi (t) (i = X，y, z)作FFT變換,得到相應的譜為P(f)及V(f)，則聲壓信號、振速分量互譜函數為:
[0010]
【權利要求】
1.具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器，其特徵在於，該矢量水聽器包括3個MEMS加速度傳感器(I)、2個聲壓水聽器(2)、磁方位傳感器(3)、正交調整架(4)、信號處理電路(5)、聲學透聲灌封材料的外殼(6)和輸出電纜(7)； 所述正交調整架(4)為11根支架固定連接構成的非閉合正方體框架，該框架的每個支架上均設有圓形通孔，用於與螺栓連接，以正交調整架(4)的一個連接點為中心建立三維直角坐標系，3個MEMS加速度傳感器(I)分別通過螺栓安裝在正交調整架(4)的XOY、XOZ和YOZ三個平面上，且3個MEMS加速度傳感器(I)的敏感方向相互正交，構成三維MEMS矢量水聽器X軸振速通道、Y軸振速通道和Z軸振速通道；磁方位傳感器(3)通過螺栓固定在正交調整架(4)上，使磁方位傳感器(3)敏感軸初始方向與地磁北極方向夾角為零度，且與三維MEMS矢量水聽器的Y軸振速通道平行，2個聲壓水聽器(2)分別固定安裝在與Z軸振速通道平行的MEMS加速度傳感器(I)與磁方位傳感器(3)的內表面上，信號處理電路(5)通過螺栓固定在正交調整架(4)上且平行於YOZ平面；3個MEMS加速度傳感器(I)的信號輸出端均與連接信號處理電路(4)的一個信號輸入端連接、2個聲壓水聽器(2)的信號輸出端均與信號處理電路(4)的另一個信號輸入端連接，磁傳感器(3)的信號輸出端連接信號處理電路(4)的磁信號輸入端；向安裝有3個MEMS加速度傳感器(I)、2個聲壓傳感器(3)、磁方位傳感器(3)和信號處理電路(5)的正交調整架(4)灌築聲學透聲灌封材料構成圓筒形外殼(6)。
2.根據權利要求1所述的具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器，其特徵在於，該矢量水聽器還包括電纜(7)，所述電纜器(7)的一端連接信號處理電路(5)的信號輸出端，電纜器(7)穿過圓筒形外殼(6)，用於與外部設備相連。
3.根據權利要求1所述的具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器，其特徵在於，該矢量水聽器還包括8個掛鈎(8)和8個圓柱形連接件(9)，所述8個圓柱形連接件(9)的主體密封在圓筒形外殼(6)內，圓筒形外殼(6)的一個圓柱面上固定有4個圓柱形連接件(9)，圓柱形連接件(9)的一端位於圓筒形外殼(6)的外部，8個掛鈎(8)與8個圓柱形連接件(9)螺紋連接。
4.根據權利要求1所述的具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器，其特徵在於，信號處理電路(5)還包括:聲信號處理電路、磁方位處理電路和數位訊號處理電路，所述聲信號處理電路的一個信號輸入端同時連接2個聲壓水聽器(2)的水壓信號輸出端，聲信號處理電路的另一個信號輸入端同時連接3個MEMS加速度傳感器(I)的加速度信號輸出端，聲信號處理電路的聲信號輸出端連接數位訊號處理電路的聲信號輸入端，磁方位處理電路的信號輸入端連接磁方位傳感器(3)的磁方位信號輸出端，磁方位傳感器(3)的磁信號輸出端連接數位訊號處理電路的磁信號輸入端。
5.具有目標定位及判別功能的磁複合三維矢量水聽器的目標定位及判別方法，其特徵在於，該方法的具體步驟為: 步驟一、採用3個MEMS加速度傳感器(1)輸出相互正交的三個方向的聲信號信息vx、vy和vz ;2個聲壓水聽器(2)輸出並聯後的聲壓信號P (t);採用磁方位傳感器(3)採集磁信號，獲得磁方位傳感器(3)的三個正交振速分量Vi (t) ；i = X, y, z ； 步驟二、利用步驟一獲得的聲壓信號P (t)，獲得水下待測目標相對於矢量水聽器主響應軸的水平方位角a (f)；對聲壓信號P(t)及三個正交振速分量Vi (t) (i = X，y, z)作FFT變換,得到相應的譜為P(f)及V(f)，則聲壓信號、振速分量互譜函數為:
【文檔編號】G01H3/00GK103954346SQ201410208529
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】李金平, 張鵬, 徐興燁, 李起棟, 宮佔江, 史鑫 申請人:中國電子科技集團公司第四十九研究所