CN107678034B - 一种掩埋目标高效三维探测声呐 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掩埋目标高效三维探测声呐，包括接收阵元、底板、框架、发射基阵、高度计、电子舱、同步控制器；所述框架下部设有带有一体式尾板的底板，所述底板下部由多个接收阵元相互平行、等距竖向阵列式设有接收基阵；所述尾板上面设有集成了高度计的发射基阵和集成了同步控制器的电子舱；所述电子舱前端的水密插座通过水密线缆分别与接收基阵、发射基阵和高度计相互电气信号连接；本发明在探测声呐内集成高度计、在电子舱内集成同步控制器，两项硬件集成使得数据中心可以优化分层策略，以海底作为分层基准面、滤除远端分层、细化目标区分层、降低声学干扰；提高了竖直方向分辨率，加快解算速度，改善了声呐的探测效果。
Description
技术领域
本发明涉及海洋探测工程技术设备领域，特别涉及一种掩埋目标高效三维探测声呐。
背景技术
随着海洋科技、海洋经济的深入发展，对海洋的认知和开发已遍布海洋的各个区域，对探查装备的能力需求越来越高，要求探查装备的探测能力从近海延展到中远海，从水中悬浮、沉底目标扩展到海底以下地质层或掩埋目标。因此，对可探测掩埋目标的成像声呐的需求越来越迫切。
当前掩埋目标探测声呐主要包括二维成像的低频合成孔径声呐、浅地层剖面仪以及三维掩埋目标探测声呐。低频合成孔径声呐和浅地层剖面仪分别获得底质层的俯视投影图和剖面投影图，信息量小，探测效率低。三维掩埋目标探测声呐可获得海底底质层和掩埋目标的三维图像，可实时获得掩埋目标的位置、尺寸、埋深等信息，具有信息丰富的优点。但三维掩埋目标探测声呐的一个不足是数据量太大，对处理算法和处理机要求较高。
掩埋目标三维探测声呐的主要工作原理是：利用下视面阵向海底发射低频声波，利用低频声波的穿透性获得海底掩埋物和底质层的回波，并对回波进行图像重建处理。在沿航迹方向利用合成孔径技术获得分辨力，在垂直航迹方向上利用多波束获得分辨力，在竖直方向上利用信号的不同时延和脉冲压缩处理获得分辨力。为了获取获得竖直方向上的分辨力，需要将竖直方向上的探测信息进行分层处理。目前，掩埋目标三维探测声呐一般以声呐基阵面作为分层基准，直至达到声波的极限辐射距离，这样就导致了两个问题：第一，层数太多，数据量太大，尤其是当探测水深较深时，分层从基阵面一致延伸到声波的极限辐射距离，层数太多；第二，分辨率下降，在层数较多时，为了减少数据量，常常采用增大分层之间距离的办法，这样就导致了竖直方向上分辨率下降的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种掩埋目标高效三维探测声呐，针对现有技术中的不足，在探测声呐内集成高度计、在电子舱内集成同步控制器，两项硬件集成使得数据中心可以优化分层策略：
1、将分层基准面从基阵面调整为海底；
2、滤除远端分层、减少数据量；
3、细化目标区分层，提高探测分辨率；
4、同步控制降低声学干扰；
故提高了探测声呐竖直方向上的分辨率，加快了计算中心的解算速度，改善了声呐的探测效果，实现掩埋目标的高效三维声呐探测。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种掩埋目标高效三维探测声呐，包括接收阵元、底板、框架、发射基阵、高度计、电子舱、水密线缆、接收模块、发射模块、数据处理模块、密封柱壳、水密插座、密封挡板Ⅰ、板卡骨架、同步控制器、密封挡板Ⅱ、接收基阵，其特征在于：
所述框架为井字型架体，所述框架下部固定设置有带有一体式尾板的底板，所述底板下部由多个接收阵元相互平行、等距竖向阵列式设置有接收基阵；所述尾板上面固定设置有集成了高度计的发射基阵和集成了同步控制器的电子舱；所述电子舱前端的三个水密插座通过水密线缆分别与接收基阵、发射基阵和高度计相互电气信号连接。
所述发射基阵的后端，与发射基阵同列配置有高度计；通过高度计监测声呐距离海底的高度，数据中心可以优化分层策略：1、将分层基准面由基阵面调整为海底；2、滤除远端分层、减少数据量，提高解算速度；3、细化目标区分层，提高探测分辨率。
所述电子舱包括接收模块、发射模块、数据处理模块、密封柱壳、水密插座、密封挡板Ⅰ、板卡骨架、同步控制器和密封挡板Ⅱ；所述密封柱壳的两端分别与密封挡板Ⅰ和密封挡板Ⅱ通过O形密封圈相互插接卡位密封螺接；所述密封挡板Ⅰ上设置有水密插座，所述密封柱壳内固定设置有板卡骨架。
所述板卡骨架的底层固定设置有数据处理模块，所述板卡骨架的中层依次固定设置有发射模块、同步控制器和接收模块。
所述同步控制器对高度计和发射基阵进行同步控制，避免高度计与发射基阵两台声学设备之间的相互干扰，提高了接收阵元接收声信号的信噪比，有效改善了声呐的探测效果。
本发明的工作原理为：在发射基阵的后方设置一个高度计，所述高度计对探测声呐距海底的高度进行监测，并将监测结果发送给探测声呐的数据处理中心，所述数据处理中心根据距海底的高度，对分层策略实时进行优化：第一，采用海底作为分层的基准面；第二，将距海底较远的分层数据滤除，仅对海底附近的分层数据进行解算，减少了分层数，降低了数据量，提高了解算速度；第三，对海底附近的分层细化，提高了竖直方向上的分辨率，改善了探测效果；所述同步控制器对高度计和发射基阵进行同步控制，减少了两台声学设备之间的相互干扰，提高了接收阵元接收声信号的信噪比，改善了声呐的探测效果。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：在探测声呐内集成高度计、在电子舱内集成同步控制器，两项硬件集成使得数据中心可以优化分层策略：1、将分层基准面从基阵面调整为海底；2、滤除远端分层、减少数据量；3、细化目标区分层，提高探测分辨率；4、同步控制降低声学干扰；故提高了探测声呐竖直方向上的分辨率，加快了计算中心的解算速度，改善了声呐的探测效果，实现掩埋目标的高效三维声呐探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的一种掩埋目标高效三维探测声呐主视图示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种掩埋目标高效三维探测声呐左视图示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种掩埋目标高效三维探测声呐框架主视图示意图；
图4为本发明实施例所公开的一种掩埋目标高效三维探测声呐左视图示意图；
图5为本发明实施例所公开的一种掩埋目标高效三维探测声呐电子舱剖视图放大示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1.接收阵元 2.底板 3.框架 4.发射基阵
5.高度计 6.电子舱 7.水密线缆 8.接收模块
9.发射模块 10.数据处理模块 11.密封柱壳 12.水密插座
13.密封挡板Ⅰ 14.板卡骨架 15.同步控制器 16.密封挡板Ⅱ
17.接收基阵
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1、图2、图3、图4和图5，本发明提供了一种掩埋目标高效三维探测声呐，包括接收阵元1、底板2、框架3、发射基阵4、高度计5、电子舱6、水密线缆7、接收模块8、发射模块9、数据处理模块10、密封柱壳11、水密插座12、密封挡板Ⅰ13、板卡骨架14、同步控制器15、密封挡板Ⅱ16和接收基阵17。
所述框架3为井字型架体，所述框架3下部固定设置有带有一体式尾板的底板2，所述底板2下部由多个接收阵元1相互平行、等距竖向阵列式设置有接收基阵17；所述尾板上面固定设置有集成了高度计5的发射基阵4和集成了同步控制器15的电子舱6；所述电子舱6前端的三个水密插座12通过水密线缆7分别与接收基阵17、发射基阵4和高度计5相互电气信号连接。
所述发射基阵4的后端，与发射基阵4同列配置有高度计5；通过高度计5监测声呐距离海底的高度，数据中心可以优化分层策略：1、将分层基准面由基阵面调整为海底；2、滤除远端分层、减少数据量，提高解算速度；3、细化目标区分层，提高探测分辨率。
所述电子舱6包括接收模块8、发射模块9、数据处理模块10、密封柱壳11、水密插座12、密封挡板Ⅰ14、板卡骨架14、同步控制器15和密封挡板Ⅱ16；所述密封柱壳11的两端分别与密封挡板Ⅰ13和密封挡板Ⅱ16通过O形密封圈相互插接卡位密封螺接；所述密封挡板Ⅰ13上设置有水密插座12，所述密封柱壳11内固定设置有板卡骨架14。
所述板卡骨架14的底层固定设置有数据处理模块10，所述板卡骨架11的中层依次固定设置有发射模块9、同步控制器15和接收模块8。
所述同步控制器15对高度计5和发射基阵4进行同步控制，避免高度计5与发射基阵4两台声学设备之间的相互干扰，提高了接收阵元1接收声信号的信噪比，有效改善了声呐的探测效果。
本发明的具体实施操作步骤是：将电子舱6组装成整体，首先将水密插座12通过螺纹安装到密封挡板Ⅰ13上，再采用螺钉将板卡骨架14安装到密封挡板Ⅰ13的相应位置上，然后依次将数据处理模块10、接收模块8、同步控制器15和发射模块9安装到板卡骨架14的相应位置上并连接好线缆，在密封挡板Ⅰ13的密封沟槽内放置好密封O形密封圈后将其插入密封柱壳11内，采用螺钉固定好，最后在密封挡板Ⅱ16的密封沟槽内放置好密封O形圈后将其插入密封柱壳11内，采用螺钉固定好。至此，电子舱6组装完成；
将角钢焊接成“井”字形结构的框架3，确保焊接牢固。将接收阵元1和底板2组装成整体：将84个接收阵元1依次安装到底板2的阵元安装位置上(接收阵元分成3排，每排28个)，采用螺钉固定好；再将5个发射基阵4依次安装到底板2尾部的发射基阵安装位置上，再将高度计安装到底板2尾部的高度计安装位置上，然后将底板2安装到框架3底部的底板安装位置上，采用螺钉固定好。再将电子舱6安装到框架3的相应位置上，采用压板压紧，最后连接好接收阵元1、发射基阵4、高度计5与电子舱6之间的水密电缆7。至此，三维掩埋目标探测声呐安装完毕。
通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：在探测声呐内集成高度计、在电子舱内集成同步控制器，两项硬件集成使得数据中心可以优化分层策略：1、将分层基准面从基阵面调整为海底；2、滤除远端分层、减少数据量；3、细化目标区分层，提高探测分辨率；4、同步控制降低声学干扰；故提高了探测声呐竖直方向上的分辨率，加快了计算中心的解算速度，改善了声呐的探测效果，实现掩埋目标的高效三维声呐探测。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种掩埋目标高效三维探测声呐，其特征在于，包括接收阵元、底板、框架、发射基阵、高度计、电子舱、水密线缆、接收模块、发射模块、数据处理模块、密封柱壳、水密插座、密封挡板Ⅰ、板卡骨架、同步控制器、密封挡板Ⅱ；所述框架为井字型架体，所述框架下部固定设置有带有一体式尾板的底板，所述底板下部由多个接收阵元相互平行、等距竖向阵列式设置有接收基阵；所述尾板上面固定设置有集成了高度计的发射基阵和集成了同步控制器的电子舱；所述电子舱前端的三个水密插座通过水密线缆分别与接收基阵、发射基阵和高度计相互电气信号连接；
所述发射基阵的后端，与发射基阵同列配置有高度计；通过高度计监测声呐距离海底的高度，数据中心可以优化分层策略：a、将分层基准面由基阵面调整为海底；b、滤除远端分层、减少数据量，提高解算速度；c、细化目标区分层，提高探测分辨率；
所述同步控制器对高度计和发射基阵进行同步控制，避免高度计与发射基阵两台声学设备之间的相互干扰，提高了接收阵元接收声信号的信噪比，有效改善了声呐的探测效果。
2.根据权利要求1所述的一种掩埋目标高效三维探测声呐，其特征在于，所述电子舱包括接收模块、发射模块、数据处理模块、密封柱壳、水密插座、密封挡板Ⅰ、板卡骨架、同步控制器和密封挡板Ⅱ；所述密封柱壳的两端分别与密封挡板Ⅰ和密封挡板Ⅱ通过O形密封圈相互插接卡位密封螺接；所述密封挡板Ⅰ上设置有水密插座，所述密封柱壳内固定设置有板卡骨架；所述板卡骨架的底层固定设置有数据处理模块，所述板卡骨架的中层依次固定设置有发射模块、同步控制器和接收模块。
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