CN109031258B - 一种非对称式共形声基阵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非对称式共形声基阵,水平维采用与壳体一致的离散U型阵，垂直维采用离散圆弧阵与离散线阵的组合阵列形式。垂直维采用分段控制时，本发明可分别通过离散圆弧阵实现垂直俯仰范围增加，通过离散线阵降低水面声波的干扰；垂直维综合控制时，本发明可实现上仰视野宽阔下俯探测功能增加，同时增加基阵垂直俯仰范围，拓宽工作频带；可应用于水下探测、海洋资源勘探等多个领域。

Description

一种非对称式共形声基阵
技术领域
本发明涉及一种水声基阵，特别是一种非对称式共形声基阵。
背景技术
对于大型声呐基阵，为增加探测距离，适应各类工作平台，基阵除需在宽带工作，还需实现在水平和垂直两个方向上的旋转，将基阵的最大波束对准声波入射方向，将基阵与信号场二者匹配，提高信号增益。方位角和俯仰角上的旋转均可采用电子相位补偿方法实现。在共形基阵中，由于水平孔径由艇艏向艇身的延伸，使得水平孔径大大增加，水平方向上波束的旋转实现较为容易，而垂直方向上孔径受空间限制较大，因此垂直扫描实现较为困难。
浅海环境中，对于垂直方向信息获取要求不大，所以艇艏部位多采用圆柱阵等垂直维无俯仰功能的阵列，而在深海环境中，来自海底的二次反射等声波携带大量信息，因此急需扩大基阵的垂直极限扫描波长，以此提高作用距离以及垂直分辨率。
共形阵在进行垂直扫描时，其垂直维的相控性能是共形阵垂直极限相控波长重要的决定因素。由于共形阵垂直维扫描时，垂直维栅瓣与水平维另一极大值重合，形成共形阵垂直栅瓣，限制波束垂直扫描极限的同时，也限制了阵增益的增加。因此，提高共形阵垂直维相控性能，至关重要。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种能提高垂直俯仰性能、拓宽工作频带的非对称式共形声基阵。
为解决上述技术问题，本发明一种非对称式共形声基阵，基阵水平维贴合装载平台表面，基阵水平维采用与装载平台壳体形状一致的离散U型阵，离散U型阵包括离散圆弧阵和两条与离散圆弧阵相切的离散线阵，水平参考层阵元间距为半波长，水平层阵元间距最小值大于0.33个波长；基阵垂直维为非对称式结构，基阵垂直维包括离散圆弧阵和离散线阵，垂直维阵元间距等于半波长。
本发明一种非对称式共形声基阵还包括:
基阵垂直维阵型为离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵起始阵元位于水平面，离散线阵为水平面垂线。
基阵垂直维阵型为离散圆弧阵起始阵元位于水平面，离散线阵与水平面垂线存在夹角。
基阵垂直维阵型为离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵阵元起始位置位于水平面下方。
阵元安装基座为多层材料复合障板。
本发明有益效果：本发明的共形声基阵是利用圆弧基阵具有扫描范围大，扫描过程中指向性指数曲线平稳，旁瓣级较小和直线阵指向性指数高的特点。对于所述声基阵垂直维的阵型，在扫描的过程中，在扫描方向的投影面中形成非等间距布阵的阵元，从而达到抑制垂直栅瓣的效果，通过垂直维组合基阵的阵元个数比等布阵参数的调节可实现垂直方向上180°俯仰。
本发明的非对称式共形声基阵提高了共形阵垂直方向的相控性能，抑制了垂直栅瓣的形成，降低端射位置处的旁瓣级，降低扫描角变化带来的增益损失且在扫描的过程中增益较为稳定；同时可提高倾斜角度方向的指向性指数，增加向下俯视的扫描范围，同时降低水面反射的干扰，可适用于对于接收舰艇下方目标存在要求的声纳，增加探测距离。本发明增加基阵垂直俯仰范围，拓宽工作频带；可应用于水下探测、海洋资源勘探等多个领域。
附图说明
图1是本发明的非对称式共形声基阵参考水平层的水平维示意图；
图2是本发明所述的基阵垂直维阵型为离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵起始阵元位于水平面，离散线阵为水平面垂线的垂直维示意图；
图3是本发明的所述基阵垂直维阵型为水平面上方为离散圆弧阵，下方为离散倾斜线阵的垂直维示意图；
图4是本发明所述的基阵垂直维阵型为离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵阵元起始位置水平面下方的垂直维示意图；
图5是本发明非对称式共形声基阵结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
参考图1为非对称式共形声基阵的参考水平维，水平维阵型按照装载舰艇或UUV等装载平台壳体形状进行排布，阵元间距d等于半波长。水平维关于x轴对称，可利用艇艏以及舷侧三段基础阵列进行分段控制，实现不同探测需求。其中，n为圆弧离散线阵的阵元个数，m为单条离散线阵阵元个数，r为圆弧阵半径，Δθ为圆弧阵相邻阵元夹角，且符合rΔθ＝d。
实施例2
参考图2为非对称式共形声基阵的垂直维示意图，垂直维水平面上方为离散圆弧阵，下方离散线阵为水平面的垂线，阵元间距d为半波长，可通过调节离散圆弧阵与离散线阵之间的个数比实现不同探测需求。其中，m为水平面上方圆弧离散线阵的阵元个数，n为水平面下方离散线阵阵元个数，r为圆弧阵半径，Δθ为圆弧阵相邻阵元夹角，且符合rΔθ＝d。
实施例3
参考图3为非对称式共形声基阵的垂直维示意图，垂直维水平面上方为离散圆弧阵，下方为离散倾斜线阵，阵元间距d为半波长，可通过调节离散线阵倾斜角度实现不同探测需求。其中，m为水平面上方圆弧离散线阵的阵元个数，n为水平面下方离散线阵阵元个数，r为圆弧阵半径，Δθ为圆弧阵相邻阵元夹角，且符合rΔθ＝d，θc为离散线阵倾斜角度。
实施例4
参考图4为非对称式共形声基阵的垂直维示意图，阵型为离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵阵元起始位置水平面下方，阵元间距d为半波长，可通过调节圆弧部分起始位置实现不同探测需求。其中，m为圆弧离散线阵的阵元个数，n为离散线阵阵元个数，r为圆弧阵半径，Δθ为圆弧阵相邻阵元夹角，且符合rΔθ＝d，θi为圆弧部分起始角度，θc为离散线阵倾斜角度。
本发明具体实施方式还包括：
一种非对称式共形声基阵，包括若干阵元，所述基阵水平维采用与装载物壳体形状一致的离散U型阵，基阵水平维贴合装载平台表面，由离散圆弧阵与两条相切离散线阵连接而成，该共形声基阵水平参考层阵元间距为基阵工作频率下半波长，水平层阵元间距最小值大于0.33个波长。所述基阵垂直维为非对称式结构，主要表现形式为离散圆弧阵与离散线阵构成的组合形式，水平面上方为离散圆弧阵，下方为离散线阵，垂直维阵元间距等于半波长。所述的水平维可采用分段工作，通过电子相控形成三个波束以实现不同探测需求。
本发明还可以包括：
所述的一种非对称式共形声基阵，其特征是所述的基阵垂直维采用非对称式结构，阵型为离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵起始阵元位于水平面，离散线阵为水平面垂线，圆弧阵阵元个数与线阵阵元个数比可根据探测需求进行设计。
所述的一种非对称式共形声基阵，其特征是所述的基阵垂直维采用非对称式结构，离散圆弧阵起始阵元位于水平面，离散线阵与水平面垂线存在夹角，倾斜角度可根据探测需求进行设计。
所述的一种非对称式共形声基阵，其特征是所述的基阵垂直维采用非对称式结构，离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵阵元起始位置水平面下方，起始位置可根据探测需求进行设计。
所述的一种非对称式共形声基阵，其特征是所述的阵元可采用多种类型障板例如多层材料复合障板等作为阵元安装基座。
本发明涉及一种非对称式共形声基阵,水平维采用与壳体一致的离散U型阵，垂直维采用离散圆弧阵与离散线阵的组合阵列形式。垂直维采用分段控制时，本发明可分别通过离散圆弧阵实现垂直俯仰范围增加，通过离散线阵降低水面声波的干扰；垂直维综合控制时，本发明可实现上仰视野宽阔下俯探测功能增加，同时增加基阵垂直俯仰范围，拓宽工作频带；可应用于水下探测、海洋资源勘探等多个领域。

Claims (5)

1.一种非对称式共形声基阵，其特征在于：基阵水平维贴合装载平台表面，基阵水平维采用与装载平台壳体形状一致的离散U型阵，所述离散U型阵包括离散圆弧阵和两条与离散圆弧阵相切的离散线阵，水平参考层阵元间距为半波长，水平层阵元间距最小值大于0.33个波长；基阵垂直维为非对称式结构，基阵垂直维包括离散圆弧阵和离散线阵，垂直维阵元间距等于半波长。
2.根据权利要求1所述的一种非对称式共形声基阵，其特征在于：基阵垂直维阵型为离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵起始阵元位于水平参考层，离散线阵为水平参考层垂线。
3.根据权利要求1所述的一种非对称式共形声基阵，其特征在于：基阵垂直维阵型为离散圆弧阵起始阵元位于水平参考层，离散线阵与水平参考层垂线存在夹角。
4.根据权利要求1所述的一种非对称式共形声基阵，其特征在于：基阵垂直维阵型为离散圆弧阵与离散线阵相切，离散圆弧阵阵元起始位置位于水平参考层下方。
5.根据权利要求1所述的一种非对称式共形声基阵，其特征在于：阵元安装基座为多层材料复合障板。
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