本發(fā)明屬于水聲工程領域，具體涉及一種智能化水下標準目標體。

背景技術：

1、水下標準目標體經(jīng)常用作水聲目標強度測量的標準器，也可用于聲吶技術指標的檢驗，它在水聲探測領域應用廣泛。目前，國際標準化組織聲學技術委員會水聲分技術委員會成立了第4工作組(iso/tc43/sc3/wg4)，正在起草利用標準目標校準用于成像與散射測量的主動聲吶的國際標準(《underwater?acoustics-standard-target?method?ofcalibrating?active?sonars?for?imaging?and?measuring?scattering》)。可見，水下標準目標體的研制對于主動聲吶的校準也起著至關重要的作用。

2、水下標準目標一般由金屬材料制成，不包含任何通訊設備與傳感器，無法主動提供其水下的空間方位信息。在湖海試驗中，受風浪、暗流的影響，水下標準目標體的定位與水下測距是水聲領域的技術難點。目前，通常采用gps定位技術，利用水面的定位距離當作水下標準目標的水下距離。然而，水下標準目標體的水下位置準確性，直接影響著目標強度測試與聲吶技術指標評價的準確性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于創(chuàng)新性地將通訊設備、傳感器融入到了標準目標體中，提供了一種智能化水下標準目標體。

2、本發(fā)明提供了如下的技術方案：

3、一種智能化水下標準目標體，包括：

4、殼體，采用球型金屬殼體結構；

5、高頻換能器，對稱設置有兩個，內(nèi)嵌于殼體上，用于在水中產(chǎn)生特定的超聲波信號；

6、溫度傳感器，貼覆在殼體表面，用于測量水中溫度；

7、壓力傳感器，內(nèi)嵌于殼體上，用于測量水中壓力；

8、電路板，設置于殼體內(nèi)部，所述電路板包括主控電路、溫度測量電路、深度測量電路和姿態(tài)測量電路，且電路板用于通信與傳感器測量數(shù)據(jù)的讀??；

9、姿態(tài)傳感器，設置于電路板上，用于測量水下標準目標體的空間姿態(tài)；

10、承重通訊電纜，用于智能化水下標準目標體與干端設備連接和信號傳輸。

11、優(yōu)選地，所述殼體直徑設置為d，直徑d由智能化水下標準目標體的目標強度ts的設計指標決定，其計算公式如下：

12、

13、殼體的厚度為t為：

14、

15、其中，γ為殼體材料與水的密度之比。

16、優(yōu)選地，所述電路板利用測量得到的溫度與壓力通過經(jīng)驗公式計算水中聲速，并利用rs485串口通訊，實時傳送水中的溫度、壓力、聲速以及智能化水下標準目標體的姿態(tài)。

17、優(yōu)選地，所述姿態(tài)傳感器實時測量智能化水下標準目標體的在x、y、z方向的加速度與夾角，并通過主控電路計算智能化水下標準目標體在空間內(nèi)的位移為

18、

19、

20、

21、其中，為x、y、z方向的空間角度，ax(t)，ay(t)，az(t)為x、y、z方向的加速度。

22、優(yōu)選地，所述干端設備包括無線通信模塊和聲學信標，干端設備用于向智能化水下標準目標體提供射頻信號，激勵高頻換能器產(chǎn)生聲波信號，由水介質傳播至聲學信標，且干端設備計算得到聲波信號從高頻換能器傳輸至聲學信標的傳播時間為τ0，進一步得到聲學信標與高頻換能器之間的距離為

23、l＝cτ0

24、其中，l為聲學信標與高頻換能器之間的距離，c為水中聲速。

25、優(yōu)選地，所述主控電路用于將測量和計算信息通過承重通訊電纜傳輸至干端設備。

26、優(yōu)選地，所述承重通訊電纜為四芯電纜，其中兩根導線用于串口通訊，另外兩根導線與高頻換能器相連接。

27、優(yōu)選地，所述壓力傳感器表面作硫化處理，所述溫度傳感器和壓力傳感器均通過導線與電路板相連接。

28、優(yōu)選地，所述殼體采用耐腐蝕金屬材料制成。

29、總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

30、本發(fā)明創(chuàng)新性地將通訊設備、傳感器融入到了標準目標體中，標準目標體采用球型金屬殼體結構，并安裝固定了溫度、壓力與姿態(tài)等傳感器，在殼體表面，設計了共形的高頻換能器，用于水聲通訊，水下標準目標體整體結構的設計形式，確保了水下標準目標體的聲散射特性與入射聲波的角度及其水下姿態(tài)無關，使其具備良好的耐海水腐蝕性與輕量化的特點；傳感器與高頻換能器通過承重通訊電纜與干端設備連接，能夠實時反饋水下標準目標體的水下位置與空間姿態(tài)。

技術特征：

1.一種智能化水下標準目標體，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種智能化水下標準目標體，其特征在于：所述殼體(1)直徑設置為d，直徑d由智能化水下標準目標體的目標強度ts的設計指標決定，其計算公式如下：

3.根據(jù)權利要求1所述的一種智能化水下標準目標體，其特征在于：所述電路板(6)利用測量得到的溫度與壓力通過經(jīng)驗公式計算水中聲速，并利用rs485串口通訊，實時傳送水中的溫度、壓力、聲速以及智能化水下標準目標體的姿態(tài)。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種智能化水下標準目標體，其特征在于：所述姿態(tài)傳感器(5)實時測量智能化水下標準目標體的在x、y、z方向的加速度與夾角，并通過主控電路計算智能化水下標準目標體在空間內(nèi)的位移為

5.根據(jù)權利要求3所述的一種智能化水下標準目標體，其特征在于：所述干端設備包括無線通信模塊和聲學信標，干端設備用于向智能化水下標準目標體提供射頻信號，激勵高頻換能器(2)產(chǎn)生聲波信號，由水介質傳播至聲學信標，且干端設備計算得到聲波信號從高頻換能器(2)傳輸至聲學信標的傳播時間為τ0，進一步得到聲學信標與高頻換能器(2)之間的距離為

6.根據(jù)權利要求1所述的一種智能化水下標準目標體，其特征在于：所述主控電路用于將測量和計算信息通過承重通訊電纜(7)傳輸至干端設備。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種智能化水下標準目標體，其特征在于：所述承重通訊電纜(7)為四芯電纜，其中兩根導線用于串口通訊，另外兩根導線與高頻換能器(2)相連接。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種智能化水下標準目標體，其特征在于：所述壓力傳感器(4)表面作硫化處理，所述溫度傳感器(3)和壓力傳感器(4)均通過導線與電路板(6)相連接。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種智能化水下標準目標體，其特征在于：所述殼體(1)采用耐腐蝕金屬材料制成。

技術總結
本發(fā)明屬于水聲工程領域，具體涉及一種智能化水下標準目標體，包括：殼體，高頻換能器，溫度傳感器，壓力傳感器，電路板，姿態(tài)傳感器和承重通訊電纜，本發(fā)明創(chuàng)新性地將通訊設備、傳感器融入到了標準目標體中，標準目標體采用球型金屬殼體結構，并安裝固定了溫度、壓力與姿態(tài)等傳感器，在殼體表面，設計了共形的高頻換能器，用于水聲通訊，水下標準目標體整體結構的設計形式，確保了水下標準目標體的聲散射特性與入射聲波的角度及其水下姿態(tài)無關，使其具備良好的耐海水腐蝕性與輕量化的特點；傳感器與高頻換能器通過承重通訊電纜與干端設備連接，能夠實時反饋水下標準目標體的水下位置與空間姿態(tài)。

技術研發(fā)人員：楊柳青,張軍,王家恒
受保護的技術使用者：中國船舶集團有限公司第七一五研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6