CN101149434B

CN101149434B - 具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵

Info

Publication number: CN101149434B
Application number: CN2007101445623A
Authority: CN
Inventors: 周天; 李海森; 么彬; 魏玉阔; 陈宝伟; 刘文政; 刘晓
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: CN101149434A

Abstract

本发明提供的是一种具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵。每个组合声振包括N、N≥2条发射线阵和一条接收线阵，每条线阵由间距均匀的一组传感器组成，N条发射线阵平行放置，每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一定夹角α_n、其中n＝1，2，Λ，N，接收线阵与发射线阵垂直。本发明利用多条线阵组合，实现声基阵的超宽覆盖指向性，该发明工艺简单、成本低、重量轻。

Description

具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵

(一)技术领域

本发明涉及的是一种测量装置，具体地说是一种声基阵。

(二)背景技术

多波束测深系统是当前用于获取水下地形信息的最主要设备之一，宽覆盖测量是系统最重要的性能指标之一，它决定了测绘效率，从而影响测绘周期、成本等。多波束测深系统的工作原理是利用声基阵发射和接收超声波探测脉冲信号，基于接收到的水底散射声信号利用信号处理手段估计出海底的地形、甚至地貌信息。多波束测深系统实现超宽覆盖测量的最关键之处在于声基阵的指向性，超宽覆盖的测量指标对应要求声基阵的超宽覆盖指向性。现有的多波束测深系统多采用以下几种声基阵形式：(1)收发合置的平板阵；(2)收发合置的弧形阵；(3)交叉布放的发射弧形阵和接收直线阵；(4)交叉布放的发射直线阵和接收弧形阵；(5)收发分置“U”形阵；(6)平行布放的收发分置多线阵；(7)交叉布放的收发分置线阵。其中：(1)的缺点为无纵摇补偿、ping率低、接收波束形成实时横摇补偿复杂，如SeaBeaml185；(2)的缺点为无纵摇补偿、基阵工艺复杂，如EM950；(3)的缺点为发射指向性难以超宽，如SeaBat8125；(4)的缺点为单条线阵发射，在系统指标“覆盖扇面”和“探测距离”间存在矛盾，如SeaBat8111；(5)的缺点为基阵工艺复杂、尺寸大、成本高，如Fansweep Coastal；(6)的缺点为接收阵分辨力低，如Fansweep 20；(7)的缺点同(4)，如EM3000。并且上述几种声基阵，除了(5)、(6)以外，还存在着一个共性的缺点：随着覆盖扇面的展宽，声基阵发射的探测声波能量也随之减弱，这不仅不利于回波时变增益控制(TVG)，而且给系统实现超宽覆盖探测增加了难度。

(三)发明内容

本发明的目的在于为多波束测深系统提供一种具有超宽覆盖指向性、工艺简单、低成本、重量轻、便于携带的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵。

本发明的目的是这样实现的：每个组合声振包括N、N≥2条发射线阵和一条接收线阵，每条线阵由间距均匀的一组传感器组成，N条发射线阵平行放置，每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一定夹角α_n、其中n＝1，2，…，N，接收线阵与发射线阵垂直。

本发明还可以包括：

1、两个此组合声基阵，呈“V”型布放。

2、每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一定夹角α_n的范围优化取为[-45°，45°]，并满足α_n+1-α_n＝(θ_n+1+θ_n)/2、其中n＝1，2，…，N-1。

3、每个基阵与水平面的夹角β的范围优化取为[35°，45°]。

4、每条发射线阵的工作参数满足f₁＞f₂＞…＞f_N，θ₁＞θ₂＞…＞θ_N。

本发明克服了单线阵发射时，存在的“覆盖扇面”和“探测距离”之间的矛盾；克服了弧形阵、“U”形阵等阵形设计加工上的高成本、高工艺复杂度、大尺寸不利于便携式安装等缺点；克服了探测声波能量随覆盖扇面的展宽而减弱的缺点。

本发明的优点是：利用多条线阵组合，实现声基阵的超宽覆盖指向性，该发明工艺简单、成本低、重量轻。在多波束测深系统中为了进一步提高覆盖扇面，可以使用两个此组合基阵，呈“V”型布放，每个基阵与水平面的夹角β可根据应用情况而恰当选择，并优化选择每条发射线阵的工作参数f₁＞f₂＞…＞f_N，θ₁＞θ₂＞…＞θ_N，可以降低TVG范围，并且可以提高外侧海底回波能量，有利于超宽覆盖指标的实现。

(四)附图说明

图1单条线阵(发射或接收)结构示意图；

图2一种具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵结构示意图；

图3“V”型布放的两个组合声基阵。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明的一种具有超宽覆盖指向性的多线阵2组合声基阵可以由两条或两条以上的发射线阵3和一条接收线阵4构成。现以三条发射线阵(每条发射线阵有64个传感器1)和一条接收线阵(接收线阵有128个传感器1)为例对本发明的一种具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵作详细描述。

第一条发射线阵发射探测声脉冲中心频率为f₁＝192KHz，传感器间距为声波波长的一半，选择传感器的尺寸以保证此发射线阵横向波束宽度θ₁＝40°；第二条发射线阵发射探测声脉冲中心频率为f₂＝180KHz，传感器间距为声波波长的一半，选择传感器的尺寸以保证此发射线阵横向波束宽度θ₁＝32°；第三条发射线阵发射探测声脉冲中心频率为f₃＝168KHz，传感器间距为声波波长的一半，选择传感器的尺寸以保证此发射线阵横向波束宽度θ₁＝24°；三条发射线阵的法线方向与组合声基阵面5分别呈α₁＝-24°、α₂＝12°、α₃＝40°，接收线阵垂直于三条平行发射线阵，接收线阵传感器频率响应带宽应保证大于162KHz～198KHz以不失真的接收水底散射回波。

在上述条件下，如果假设三条发射线阵单位面积辐射功率相同，则最外侧168KHz的发射线阵比最内侧192KHz的发射线阵发射声源级可以高5dB，同时由于外侧发射线阵的工作频率低，与内侧的高工作频率声波相比，在水中的传播损失更低，可以缩小内外侧海底回波的差距，降低TVG范围，并且可以提高外侧海底回波能量，有利于超宽覆盖指标的实现。

每个组合声基阵的覆盖扇面为96°，为了进一步实现超宽覆盖，采用基阵架6连接两个组合声基阵呈“V”型布放的两个组合声基阵，β取44°，则达到双侧覆盖192°的指向性。

Claims

1.一种具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，每个组合声振包括N、N≥2条发射线阵和一条接收线阵，其特征是：每条线阵由间距均匀的一组传感器组成，N条发射线阵平行放置，每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一定夹角α_n，其中，α_n的取值范围为[-45°，45°]，n＝1，2，…，N，接收线阵与发射线阵垂直；并满足α_n+1-α_n＝(θ_n+1+θ_n)/2、其中n＝1，2，…，N-1；每条发射线阵的工作参数满足f₁＞f₂＞…＞f_n，θ₁＞θ₂＞…＞θ_n，f_n为发射线阵发射探测声脉冲中心频率，θ_n为发射线阵横向波束宽度。

2.根据权利要求1所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，其特征是：两个此组合声阵基阵，呈“V”型布放。

3.根据权利要求1或2所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，其特征是：每个基阵与水平面的夹角β的范围取为[35°，45°]。