專利名稱：一種三維定位聲納的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及海洋探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維定位聲納。
背景技術(shù)：
聲納是海洋探測(cè)中最重要的 一種設(shè)備，而安裝有聲納的長(zhǎng)拖曳線列陣 則是遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測(cè)的重要設(shè)備。在圖1中描述了長(zhǎng)拖曳線列陣的工作原 理，其中的拖船通過光纜拖動(dòng)長(zhǎng)拖曳線列陣，并將長(zhǎng)拖曳線列陣所接收到 的信號(hào)經(jīng)由光纜傳遞到拖船以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一 步的處理。在長(zhǎng)拖曳線列陣信號(hào)的 具體處理過程中，拖曳線列陣陣元位置估計(jì)是其中的關(guān)鍵問題。
為了保證聲納的探測(cè)性能，需要對(duì)長(zhǎng)拖曳線列陣中的聲納陣元的位置 進(jìn)行標(biāo)定?，F(xiàn)有技術(shù)中的相應(yīng)標(biāo)定設(shè)備按照工作原理可分為兩種， 一種是 基于短基線的設(shè)備， 一種是基于超短基線的設(shè)備。其中，基于短基線的設(shè)
備一般是指在拖船上安裝3個(gè)以上的定位聲納，利用這些定位聲納發(fā)送脈 沖直達(dá)波，但是與聲納的安裝和布設(shè)相關(guān)的設(shè)備較為復(fù)雜且費(fèi)用較高。而 且由于拖船本身會(huì)隨著海流而起伏，需要實(shí)時(shí)測(cè)量拖船的姿態(tài)，因此還需 要安裝有高精度的姿態(tài)測(cè)量裝置，此類裝置一般都需要上百萬左右的費(fèi) 用?？傊?，基于短基線的相關(guān)設(shè)備具有定位費(fèi)用高的缺陷。而基于超短基 線的設(shè)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 厘米左右，因此要求將聲納的姿態(tài)測(cè)量得非常準(zhǔn)確，這也就要求了在相關(guān) 的設(shè)備中需配置昂貴的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。例如，法國(guó)iXSEA的超短基線測(cè)量 系統(tǒng)由于配置了昂貴的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，因此總體成本很高約達(dá)150萬元人 民幣左右。
綜合上述說明，現(xiàn)有技術(shù)上用于實(shí)現(xiàn)基于主動(dòng)聲源的拖曳陣陣元位置 估計(jì)方法的相關(guān)設(shè)備都具有價(jià)格昂貴的缺陷，不利于推廣使用。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有設(shè)備價(jià)格過于昂貴的缺陷，從而提供一 種價(jià)格低廉、實(shí)用性高的三維定位聲納。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型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(gè)同向并行放置的拖體，兩個(gè)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(gè)用于安裝聲納的長(zhǎng) 桿；在兩個(gè)所述拖體的尾部分別安裝有第一聲納、第二聲納，在所述長(zhǎng)桿 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(nèi)，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(shù)方案中，還包括迫沉翼，所述迫沉翼成非對(duì)稱翼形結(jié)構(gòu)，安 裝在所述拖體支撐架上。
上述技術(shù)方案中，在所述拖體的前端還安裝有用于通訊的第四聲納和 第五聲納。
上述技術(shù)方案中，在所述拖體上安裝有用于連接所述拖體支撐架的拖 體吊板5 。
上述技術(shù)方案中，安裝在所述拖體尾部的聲納成半球形。 上迷技術(shù)方菜中，所述長(zhǎng)衧呈"L"型，所述長(zhǎng)桿與所述拖體平行且 頂端向后。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于
1 、本實(shí)用新型的三維定位聲納采用雙體結(jié)構(gòu)的拖體以承載拖曳陣定 位聲納，并在雙體間通過支架承載一個(gè)聲納，從而構(gòu)成了三維的立體聲納， 使得本實(shí)用新型能夠用于拖曳陣的三維定位。
2、本實(shí)用新型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(duì)通訊聲納的干擾。
3 、本實(shí)用新型的三維定位聲納將位于拖體尾部的聲納設(shè)計(jì)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，特別是后向發(fā) 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(zhǎng)拖曳線列陣的工作原理示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的三維定位聲納在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)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7 第二聲納 8 第三聲納 9 第五聲納
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。 在對(duì)本實(shí)用新型的三維定位聲納進(jìn)行說明前，首先對(duì)一種利用本實(shí)用 新型的三維定位聲納進(jìn)行拖曳陣陣元位置估計(jì)的方法加以說明，以利于對(duì) 三維定位聲納的應(yīng)用背景的了解。在該方法中，將三組滿足正交條件的編
碼脈沖串分別通過位于倒T形陣上三個(gè)端點(diǎn)的發(fā)射換能器發(fā)出，然后由安 裝在長(zhǎng)拖曳線列陣上的接收機(jī)獲得脈沖直達(dá)波，最后利用倒T形陣和正交 編碼信號(hào)的時(shí)空正交性，對(duì)直達(dá)波信號(hào)進(jìn)行高精度時(shí)延估計(jì)，從而獲得對(duì) 長(zhǎng)拖曳線列陣的三維陣形的精確校準(zhǔn)。
從上述方法可以看出，該方法的使用需要有三個(gè)成倒T形陣的發(fā)射換 能器。因此，本實(shí)用新型的三維定位聲納也應(yīng)當(dāng)具有上述的特點(diǎn)。圖2為 本實(shí)用新型的三維定位聲納在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)圖，它包括拖體1、聲 納、拖體支撐罙4以及拖體吊板5。其中的拖體1包括兩個(gè)形狀大小相類 似的拖體，在每個(gè)拖體的頂端都安裝有拖體吊板5,兩個(gè)拖體間同向并行 放置，并由拖體支撐架4分別與兩個(gè)拖體的拖體吊板5相—連接，—從而將兩 個(gè)拖體固連在一起。而在每個(gè)拖體l上，還分別安裝有第一聲納6、第二 聲納7,從圖1的工作原理圖可以看出，與本實(shí)用新型配合工作的長(zhǎng)拖曳 線列陣通常位于三維定位聲納行進(jìn)方向的后側(cè)，而聲納2所發(fā)出的脈沖信 號(hào)由長(zhǎng)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(shí)，位于拖體l的后方。本實(shí)用新型的三維定位聲納除了前述的兩個(gè)分別 安裝在拖體l上的聲納外，還需要有第三個(gè)聲納，且該聲納應(yīng)當(dāng)與前兩個(gè) 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(gè)"L" 型的長(zhǎng)桿，在其頂端安裝有第三聲納8，該長(zhǎng)桿的大小和方向應(yīng)使得安裝 在長(zhǎng)桿上的第三聲納8位于前述第一聲納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(gè)聲納所形成的聲納系 統(tǒng)具有垂直孔徑(即聲納陣列在垂直向有多個(gè)陣元，陣元垂直間距就是垂 直孔徑)，因此可以進(jìn)^f亍聲納垂直向的定位，乂人而實(shí)現(xiàn)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(gè)聲納間的距離較 大，往往長(zhǎng)于拖體l的長(zhǎng)度，因此雙拖體形狀的定位聲納在水下拖曳時(shí)很 可能會(huì)有姿態(tài)不穩(wěn)定的缺陷。此外，由于拖體l本身較重，在水下為負(fù)浮
5力，低速拖曳時(shí)，拖體離拖船較近，往往會(huì)處在拖船的尾流區(qū)，不利于聲 納的正常工作?；谏鲜鰞牲c(diǎn)，在三維定位聲納上還安裝有非對(duì)稱翼形結(jié)
構(gòu)的迫沉翼3，迫沉翼3安裝在拖體支撐架4上。
為了提高本實(shí)用新型的三維定位聲納的性能，在兩個(gè)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(gè)聲納可以作為通訊聲納使 用，此類聲納具有收、發(fā)裝置。具有通訊聲納的三維定位聲納可以與其它 聲納節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，從而達(dá)到多個(gè)聲納節(jié)點(diǎn)配合使用的目的。
由于拖體l在行進(jìn)過程中，在水流的作用下很容易形成旋渦，從而給 位于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(gè)實(shí) 施例中，將位于拖體尾部的聲納設(shè)計(jì)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(dǎo)流特性好，降低了聲納的流噪聲，特別是
后向發(fā)射聲納的流噪聲，以確保聲納的工作特性。
采用本實(shí)用新型的三維定位聲納進(jìn)行拖曳線列陣陣元位置估計(jì)時(shí)，將
三維定位聲納和帶有拖曳聲納的拖曳線列陣同時(shí)由拖船放入水下同等深 度，當(dāng)拖曳線列陣工作時(shí)，三維定位聲納中的各個(gè)聲納發(fā)射頻率在 20kHz-30kHz間的脈沖信號(hào)，拖戈線列陣中的聲納陣元接收到這些信號(hào)， 并對(duì)所接收到信號(hào)的延時(shí)差進(jìn)行估計(jì)，利用不同聲源(即三維定位聲納上 的聲納)到達(dá)該陣元的延時(shí)差，以及聲源到拖曳線列陣中的聲納陣元的距 離來估計(jì)陣元的位置。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非 限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)"i兌明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本 實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍 當(dāng)中。
權(quán)利要求1、一種三維定位聲納，其特征在于，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(gè)同向并行放置的拖體，兩個(gè)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(gè)用于安裝聲納的長(zhǎng)桿；在兩個(gè)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(zhǎng)桿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(nèi)，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(jù)權(quán)利要求1所述的三維定位聲納，其特征在于，還包括迫沉 翼(3),所述迫沉翼(3)成非對(duì)稱翼形結(jié)構(gòu)，安裝在所述拖體支撐架(4) 上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維定位聲納，其特征在于，在所述 拖體(1)的前端還安裝有用于通訊的第四聲納(2)和第五聲納(9)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維定位聲納，其特征在于，在所述 拖體(1)上安裝有用于連接所述拖體支撐架(4)的拖體吊板(5)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維定位聲納，其特征在于，安裝在 所述拖體(1)尾部的聲納成半球形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維定位聲納，其特征在于，所述長(zhǎng) 桿呈"L"型，所述長(zhǎng)桿與所述拖體平行且頂端向后。
專利摘要本實(shí)用新型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(gè)拖體，在每個(gè)所述拖體的頂端安裝有拖體吊板，兩個(gè)所述的拖體間同向并行放置，并通過所述的拖體支撐架連接兩個(gè)拖體上的拖體吊板以實(shí)現(xiàn)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(gè)長(zhǎng)桿；在所述拖體的尾部和所述長(zhǎng)桿的頂端分別安裝有一個(gè)聲納，所述的聲納在同一垂直面內(nèi)，且安裝在所述長(zhǎng)桿頂端的聲納與安裝在所述拖體尾部的兩個(gè)聲納具有相等的距離。本實(shí)用新型的三維定位聲納采用雙體結(jié)構(gòu)的拖體以承載拖曳陣定位聲納，并在雙體間通過支架承載一個(gè)聲納，從而構(gòu)成了三維的立體聲納，使得本實(shí)用新型能夠用于用于拖曳陣的三維定位。
文檔編號(hào)G01S7/521GK201417310SQ20082018146
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者劉紀(jì)元, 青 葉, 勇 黃 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所