CN101650424A - 一种三维定位声纳 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维定位声纳，包括拖体、声纳、拖体支撑架以及拖体吊板；其中，所述的拖体包括两个拖体，在每个所述拖体的顶端安装有拖体吊板，两个所述的拖体间同向并行放置，并通过所述的拖体支撑架连接两个拖体上的拖体吊板以实现所述拖体间的连接；所述拖体支撑架的正中间位置包括有一个长杆；在所述拖体的尾部和所述长杆的顶端分别安装有一个声纳，所述的声纳在同一垂直面内，且安装在所述长杆顶端的声纳与安装在所述拖体尾部的两个声纳具有相等的距离。本发明的三维定位声纳采用双体结构的拖体以承载拖曳阵定位声纳，并在双体间通过支架承载一个声纳，从而构成了三维的立体声纳，使得本发明能够用于拖曳阵的三维定位。

Description

一种三维定位声纳

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域，特别涉及一种三维定位声纳。

背景技术

声纳是海洋探测中最重要的一种设备，而安装有声纳的长拖曳线列阵则是远距离目标探测的重要设备。在图1中描述了长拖曳线列阵的工作原理，其中的拖船通过光缆拖动长拖曳线列阵，并将长拖曳线列阵所接收到的信号经由光缆传递到拖船以实现进一步的处理。在长拖曳线列阵信号的具体处理过程中，拖曳线列阵阵元位置估计是其中的关键问题。

为了保证声纳的探测性能，需要对长拖曳线列阵中的声纳阵元的位置进行标定。现有技术中的相应标定设备按照工作原理可分为两种，一种是基于短基线的设备，一种是基于超短基线的设备。其中，基于短基线的设备一般是指在拖船上安装3个以上的定位声纳，利用这些定位声纳发送脉冲直达波，但是与声纳的安装和布设相关的设备较为复杂且费用较高。而且由于拖船本身会随着海流而起伏，需要实时测量拖船的姿态，因此还需要安装有高精度的姿态测量装置，此类装置一般都需要上百万左右的费用。总之，基于短基线的相关设备具有定位费用高的缺陷。而基于超短基线的设备也是在拖船上安装定位声纳，这些定位声纳间的距离很短，如10厘米左右，因此要求将声纳的姿态测量得非常准确，这也就要求了在相关的设备中需配置昂贵的姿态测量系统。例如，法国iXSEA的超短基线测量系统由于配置了昂贵的姿态测量系统，因此总体成本很高约达150万元人民币左右。

综合上述说明，现有技术上用于实现基于主动声源的拖曳阵阵元位置估计方法的相关设备都具有价格昂贵的缺陷，不利于推广使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有设备价格过于昂贵的缺陷，从而提供一种价格低廉、实用性高的三维定位声纳。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三维定位声纳，包括拖体、声纳以及拖体支撑架；其中，

所述的拖体包括两个同向并行放置的拖体，两个所述拖体间通过所述拖体支撑架连接；在所述拖体支撑架的中间位置有一个用于安装声纳的长杆；在两个所述拖体的尾部分别安装有第一声纳、第二声纳，在所述长杆的顶端安装有第三声纳；所述第一声纳、第二声纳以及第三声纳在同一垂直面内，且所述第三声纳与所述第一声纳、第二声纳间具有相等的距离。

上述技术方案中，还包括迫沉翼，所述迫沉翼成非对称翼形结构，安装在所述拖体支撑架上。

上述技术方案中，在所述拖体的前端还安装有用于通讯的第四声纳和第五声纳。

上述技术方案中，在所述拖体上安装有用于连接所述拖体支撑架的拖体吊板5。

上述技术方案中，安装在所述拖体尾部的声纳成半球形。

上述技术方案中，所述长杆呈“L”型，所述长杆与所述拖体平行且顶端向后。

本发明的优点在于：

1、本发明的三维定位声纳采用双体结构的拖体以承载拖曳阵定位声纳，并在双体间通过支架承载一个声纳，从而构成了三维的立体声纳，使得本发明能够用于拖曳阵的三维定位。

2、本发明的三维定位声纳通过安装迫沉翼的方式，使拖体可以有较大的入水深度，减小了拖曳母船对通讯声纳的干扰。

3、本发明的三维定位声纳将位于拖体尾部的声纳设计成半球形，使得拖体和声纳阵形成光滑的流线，减少了声纳的流噪声，特别是后向发射声纳的流噪声被降低致最低，确保了声纳的工作特性。

附图说明

图1为长拖曳线列阵的工作原理示意图；

图2为本发明的三维定位声纳在一个实施例中的结构图。

图面说明

1拖体          2第四声纳    3迫沉翼

4拖体支撑架    5拖体吊板    6第一声纳

7第二声纳    8第三声纳    9第五声纳

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

在对本发明的三维定位声纳进行说明前，首先对一种利用本发明的三维定位声纳进行拖曳阵阵元位置估计的方法加以说明，以利于对三维定位声纳的应用背景的了解。在该方法中，将三组满足正交条件的编码脉冲串分别通过位于倒T形阵上三个端点的发射换能器发出，然后由安装在长拖曳线列阵上的接收机获得脉冲直达波，最后利用倒T形阵和正交编码信号的时空正交性，对直达波信号进行高精度时延估计，从而获得对长拖曳线列阵的三维阵形的精确校准。

从上述方法可以看出，该方法的使用需要有三个成倒T形阵的发射换能器。因此，本发明的三维定位声纳也应当具有上述的特点。图2为本发明的三维定位声纳在一个实施例中的结构图，它包括拖体1、声纳、拖体支撑架4以及拖体吊板5。其中的拖体1包括两个形状大小相类似的拖体，在每个拖体的顶端都安装有拖体吊板5，两个拖体间同向并行放置，并由拖体支撑架4分别与两个拖体的拖体吊板5相连接，从而将两个拖体固连在一起。而在每个拖体1上，还分别安装有第一声纳6、第二声纳7，从图1的工作原理图可以看出，与本发明配合工作的长拖曳线列阵通常位于三维定位声纳行进方向的后侧，而声纳2所发出的脉冲信号由长拖曳线列阵接收，因此，第一声纳6、第二声纳7安装在拖体1上时，位于拖体1的后方。本发明的三维定位声纳除了前述的两个分别安装在拖体1上的声纳外，还需要有第三个声纳，且该声纳应当与前两个声纳的距离相同。因此，在拖体支撑架4的正中间位置安装有一个“L”型的长杆，在其顶端安装有第三声纳8，该长杆的大小和方向应使得安装在长杆上的第三声纳8位于前述第一声纳6、第二声纳7的垂直面上且与第一声纳6、第二声纳7具有相同的距离。上述三个声纳所形成的声纳系统具有垂直孔径(即声纳阵列在垂直向有多个阵元，阵元垂直间距就是垂直孔径)，因此可以进行声纳垂直向的定位，从而实现拖曳阵的三维定位。

为了提高定位精度，三维定位声纳中作为声源的三个声纳间的距离较大，往往长于拖体1的长度，因此双拖体形状的定位声纳在水下拖曳时很可能会有姿态不稳定的缺陷。此外，由于拖体1本身较重，在水下为负浮力，低速拖曳时，拖体离拖船较近，往往会处在拖船的尾流区，不利于声纳的正常工作。基于上述两点，在三维定位声纳上还安装有非对称翼形结构的迫沉翼3，迫沉翼3安装在拖体支撑架4上。

为了提高本发明的三维定位声纳的性能，在两个拖体1的前端还可以分别安装第四声纳2、第五声纳9。这两个声纳可以作为通讯声纳使用，此类声纳具有收、发装置。具有通讯声纳的三维定位声纳可以与其它声纳节点进行通讯，从而达到多个声纳节点配合使用的目的。

由于拖体1在行进过程中，在水流的作用下很容易形成漩涡，从而给位于拖体尾部的声纳带来额外的流噪声，因此在三维定位声纳的又一个实施例中，将位于拖体尾部的声纳设计成半球形，使得拖体和声纳形成光滑的流线，从而使得拖体尾部的导流特性好，降低了声纳的流噪声，特别是后向发射声纳的流噪声，以确保声纳的工作特性。

采用本发明的三维定位声纳进行拖曳线列阵阵元位置估计时，将三维定位声纳和带有拖曳声纳的拖曳线列阵同时由拖船放入水下同等深度，当拖曳线列阵工作时，三维定位声纳中的各个声纳发射频率在20kHz-30kHz间的脉冲信号，拖曳线列阵中的声纳阵元接收到这些信号，并对所接收到信号的延时差进行估计，利用不同声源(即三维定位声纳上的声纳)到达该阵元的延时差，以及声源到拖曳线列阵中的声纳阵元的距离来估计阵元的位置。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1、一种三维定位声纳，其特征在于，包括拖体(1)、声纳以及拖体支撑架(4)；其中，

所述的拖体(1)包括两个同向并行放置的拖体，两个所述拖体间通过所述拖体支撑架(4)连接；在所述拖体支撑架(4)的中间位置有一个用于安装声纳的长杆；在两个所述拖体的尾部分别安装有第一声纳(6)、第二声纳(7)，在所述长杆的顶端安装有第三声纳(8)；所述第一声纳(6)、第二声纳(7)以及第三声纳(8)在同一垂直面内，且所述第三声纳(8)与所述第一声纳(6)、第二声纳(7)间具有相等的距离。

2、根据权利要求1所述的三维定位声纳，其特征在于，还包括迫沉翼(3)，所述迫沉翼(3)成非对称翼形结构，安装在所述拖体支撑架(4)上。

3、根据权利要求1或2所述的三维定位声纳，其特征在于，在所述拖体(1)的前端还安装有用于通讯的第四声纳(2)和第五声纳(9)。

4、根据权利要求1或2所述的三维定位声纳，其特征在于，在所述拖体(1)上安装有用于连接所述拖体支撑架(4)的拖体吊板(5)。

5、根据权利要求1或2所述的三维定位声纳，其特征在于，安装在所述拖体(1)尾部的声纳成半球形。

6、根据权利要求1或2所述的三维定位声纳，其特征在于，所述长杆呈“L”型，所述长杆与所述拖体平行且顶端向后。

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