專利名稱：一種拖曳線列陣水聽器組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水聽器線列陣，特別涉及一種用于拖曳線列陣中的水聽器組。
背景技術(shù)：
常規(guī)拖曳線列陣的基元是單個(gè)全向水聽器，拖曳線列陣由若干個(gè)在一條直線上排 列的全向水聽器構(gòu)成。拖曳線列陣容易產(chǎn)生左右舷模糊的問題，目前能夠解決拖曳線列陣 左右舷模糊問題的方法有(1)如文獻(xiàn) Grim Steinar Gjonnes and Aagedal. Left/right discrimination insoftware with conventional,passive thin-line towed submarine arrays. UDT2000, Pacific :l-6所述，對于由無指向性水聽器組成的單根線列陣，在檢測到目標(biāo)后，依靠本艦 機(jī)動(dòng)，根據(jù)聲納的時(shí)間-方位歷程圖中目標(biāo)方位的變化或者根據(jù)復(fù)雜的跟蹤運(yùn)算法則，分 辨出目標(biāo)所處的左右舷。不言而喻，該方法實(shí)時(shí)性差，難以滿足實(shí)際需要。(2)20世紀(jì)90年代初，Jean Bertheas等人在美國專利 5058082 "Linearhydrophonic antenna and electronic device to remove right/left ambiguity, associatedwith the antenna”中，介紹了采用三個(gè)線列陣組成的復(fù)合聲納基 陣來解決左右舷分辨問題。其缺點(diǎn)是僅對單頻信號適用，并當(dāng)信號頻率較低時(shí)，這種復(fù)合 聲納基陣的尺寸較大，而且制作復(fù)雜。(3)在美國專利5058082的基礎(chǔ)上，Van Mierlo等在文獻(xiàn)Van Mierlo etc, Port/starboard discrimination by hydrophone triplets in active and passive towedarrays,UDT97中，提出利用三元水聽器組進(jìn)行左右舷目標(biāo)識別問題，文獻(xiàn)中沒有涉及 三元水聽器的安裝結(jié)構(gòu)，也沒有涉及拖曳線列陣的組成結(jié)構(gòu)。(4)何心怡等人在中國專利02289416. O “一種用于拖曳線列陣聲納基陣的水聽器 組”中，將二元水聽器組安裝到單根拖曳線列陣，以消除左右舷模糊。該專利中水聽器數(shù)目 較多。(5)杜選民在中國專利200420020060. 1 “一種實(shí)時(shí)消除左右舷模糊的拖曳聲基 陣”中，給出了三元水聽器組的具體安裝方式，使三元水聽器組構(gòu)成的拖曳線列陣進(jìn)入了工 程應(yīng)用階段。但采用三元基陣的缺點(diǎn)是基陣的物理尺寸較大、安裝精度要求高，成本高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種拖曳線列陣水聽器組，解決無指向性水聽器組成的單根線列 陣不能即時(shí)給出目標(biāo)所處的左右舷，而會延長對目標(biāo)的捕獲時(shí)間和增加目標(biāo)丟失概率的問 題；并且解決已有三元陣中基陣物理尺寸較大、安裝精確度要求高、且成本高的問題；同時(shí) 減少二元水聽器組中使用水聽器的個(gè)數(shù)。本實(shí)用新型的一種拖曳線列陣水聽器組，包括護(hù)套、護(hù)套內(nèi)的N個(gè)水聽器組和信 號處理部件，護(hù)套內(nèi)充滿絕緣液體，N個(gè)水聽器組串聯(lián)連接，構(gòu)成均勻線列陣，信號處理部件 與各水聽器組電連接，對各水聽器組接收到的聲信號進(jìn)行采樣、濾波和傳輸；N為2 30 ；
3其特征在于所述水聽器組包括前、后、左、右四個(gè)水聽器，前、后、左、右水聽器的軸線均與護(hù)套 軸線方向平行，呈十字形排列，通過固定架固定在護(hù)套內(nèi)的同一平面上，前、后水聽器之間 距離為接收信號中心頻率對應(yīng)波長λ，左、右水聽器之間距離為λ/4;兩個(gè)水聽器組之間距離為λ/2。所述的拖曳線列陣水聽器組，所述固定架可以為矩形、圓形或橢圓形金屬框架。所述的拖曳線列陣水聽器組，其特征在于所述水聽器組中的水聽器為無指向性水聽器，具有相同的結(jié)構(gòu)和物理特性；所述水聽器組之間采用凱夫拉尼龍繩連接。利用本實(shí)用新型進(jìn)行監(jiān)聽時(shí)，首先采用幾何相移模型對左、右水聽器的輸出信號 進(jìn)行處理；再將左、右水聽器輸出信號的幾何平均作為等效水聽器的輸出，對前水聽器、等 效水聽器和后水聽器的輸出信號利用常規(guī)波束形成的方法處理；然后將左、右水聽器的信 號處理結(jié)果與常規(guī)波束形成的處理結(jié)果相乘作為該水聽器組的輸出；最后對每一水聽器組 的輸出用常規(guī)波束形成算法(conventional beam forming)進(jìn)行計(jì)算，作為整個(gè)線列陣的 輸出。本實(shí)用新型將水聽器組成水聽器組，作為拖曳線列陣聲納的組成，水聽器數(shù)目可 以大大減少；該水聽器組結(jié)構(gòu)簡單、安裝精度要求低、易于制作、成本低，采用一定的信號處 理技術(shù)可在波束形成的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的左右舷分辨。經(jīng)過理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)和消聲水 池實(shí)驗(yàn)，充分證明了本實(shí)用新型能有效解決拖曳線列陣聲納的左右舷模糊問題。

圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是包括前、后、左、右四個(gè)水聽器的水聽器組結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型水聽器組信號處理流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，包括護(hù)套1、護(hù)套1內(nèi)的16個(gè)水聽器組2 和信號處理部件，護(hù)套內(nèi)充滿絕緣液體，16個(gè)水聽器組串聯(lián)連接，構(gòu)成均勻線列陣，信號處 理部件與各水聽器組電連接，對各水聽器組接收到的聲信號進(jìn)行采樣、濾波和傳輸；如圖2所示，水聽器組包括前水聽器3、后水聽器4、左水聽器5、右水聽器6四個(gè)水 聽器，前、后、左、右水聽器的軸線均與護(hù)套軸線方向平行，呈十字形排列，通過固定架固定 在護(hù)套內(nèi)的同一平面上，前、后水聽器之間距離為接收信號中心頻率對應(yīng)波長λ，左、右水 聽器之間距離為λ /4 ；兩個(gè)水聽器組之間距離為λ/2。使用市場上購買的具有相同結(jié)構(gòu)和物理特性的64個(gè)無指向水聽器1，其接收信號 中心頻率在2. 5kHz，首先用兩個(gè)水聽器采用高強(qiáng)度塑料固定在一個(gè)半徑為7. 5cm的鐵圈固 定架3的直徑兩端，構(gòu)成左水聽器5、右水聽器6，一方面保持好左、右水聽器間距，并且防止 左、右水聽器在拖曳過程中變形、扭曲。因?yàn)槭遣捎脦缀蜗嘁颇Ｐ妥笥蚁戏直婕夹g(shù)處理信號，左、右水聽器間距設(shè)置為所要接收信號中心頻率對應(yīng)波長λ的四分之一，即15cm;再在 左、右水聽器的兩端固定前水聽器3和后水聽器4，前、后水聽器與左、右水聽器中心距離為 所要接收信號中心頻率對應(yīng)波長λ的二分之一，即30cm，如圖2所示，這樣共構(gòu)成16個(gè)水 聽器組。然后，將16個(gè)水聽器組，用凱夫拉尼龍繩串聯(lián)，固定成一直線，這條直線也是每個(gè) 水聽器組的軸線；固定的目的是為了保持兩個(gè)水聽器組之間間距為所要接收信號中心頻率 對應(yīng)波長λ的二分之一，即30cm。并將16個(gè)水聽器組套入一直徑為15. 5cm的有機(jī)玻璃的 護(hù)套內(nèi)，再將固定架固定在護(hù)套上，加上護(hù)套的目的一方面是為了保護(hù)水聽器組不受外力 損傷，另一方面是為了防止整個(gè)水聽器組的形變。護(hù)套內(nèi)還裝有常規(guī)的信號處理部件，信號 處理部件由采樣頻率為10kHz、采樣位數(shù)為32位的采樣器、帶通濾波器和傳輸光纖組成，該 信號處理部件與各水聽器組電連接，對水聽器組中的各個(gè)水聽器接收到的聲信號進(jìn)行采樣 和濾波后轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率范圍內(nèi)的數(shù)字電信號，經(jīng)光纖傳送到拖曳線列陣聲納的信號處理 裝置進(jìn)行信號處理。護(hù)套中充滿了輕蠟油，從而構(gòu)成一根纜，保證整個(gè)纜在海水中是零浮力的，這樣可 以把纜拖曳于海水中的任意深度。圖3是本實(shí)用新型水聽器組信號處理流程圖。
權(quán)利要求一種拖曳線列陣水聽器組，包括護(hù)套、護(hù)套內(nèi)的N個(gè)水聽器組和信號處理部件，護(hù)套內(nèi)充滿絕緣液體，N個(gè)水聽器組串聯(lián)連接，構(gòu)成均勻線列陣，信號處理部件與各水聽器組電連接，對各水聽器組接收到的聲信號進(jìn)行采樣、濾波和傳輸；N為2～30；其特征在于所述水聽器組包括前、后、左、右四個(gè)水聽器，前、后、左、右水聽器的軸線均與護(hù)套軸線方向平行，呈十字形排列，通過固定架固定在護(hù)套內(nèi)的同一平面上，前、后水聽器之間距離為接收信號中心頻率對應(yīng)波長λ，左、右水聽器之間距離為λ/4；兩個(gè)水聽器組之間距離為λ/2。
2.如權(quán)利要求1所述的拖曳線列陣水聽器組，其特征在于 所述固定架為矩形、圓形或橢圓形金屬框架。
3.如權(quán)利要求1或2所述的拖曳線列陣水聽器組，其特征在于所述水聽器組中的水聽器為無指向性水聽器，具有相同的結(jié)構(gòu)和物理特性； 所述水聽器組之間采用凱夫拉尼龍繩連接。
專利摘要一種拖曳線列陣水聽器組，屬于水聽器線列陣，解決現(xiàn)有線列陣不能即時(shí)給出目標(biāo)所處的左右舷、延長目標(biāo)捕獲時(shí)間和增加目標(biāo)丟失概率的問題；并且解決基陣物理尺寸大、安裝精確度高、成本高的問題；同時(shí)減少使用水聽器的個(gè)數(shù)。本實(shí)用新型包括護(hù)套、護(hù)套內(nèi)的N個(gè)水聽器組和信號處理部件，水聽器組包括前、后、左、右四個(gè)水聽器，前、后、左、右水聽器呈十字形排列，通過固定架固定在護(hù)套內(nèi)的同一平面上，前、后水聽器之間距離為接收信號中心頻率對應(yīng)波長λ，左、右水聽器之間距離為λ/4；兩個(gè)水聽器組之間距離為λ/2。本實(shí)用新型中水聽器組結(jié)構(gòu)簡單、安裝精度要求低、易于制作、成本低，水聽器數(shù)目可以大大減少；能有效解決拖曳線列陣聲納的左右舷模糊問題。
文檔編號G01S7/521GK201740870SQ20102025065
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者何光進(jìn), 何希盈, 張煒, 李楠, 程錦房 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)