CN109655836A - 一种高稳定性水下探测声呐 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高稳定性水下探测声呐，包括稳定平台、控制计算机、姿态传感器和探测声呐；所述稳定平台通过隔振器与工作母船上的安装平台连接，所述稳定平台与探测声呐螺接，所述基座、设备安装板上分别设有姿态传感器A和姿态传感器B，所述基座与设备安装板之间设有主支撑油缸、纵向支撑油缸和横向支撑油缸；所述工作母船上设有控制计算机，所述控制计算机与姿态传感器A、姿态传感器B、主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸和探测声呐电气信号连接；本发明采用可以横向、纵向、深度进行适时调节的稳定平台，避免了船体振动、噪音、姿态等影响，改善探测声呐的工作环境，系统简单、使用方便、造价低廉，且具有高度姿态稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及海洋探测工程技术设备领域，特别涉及一种高稳定性水下探测声呐。
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，对海洋探测设备的需求越来越迫切。海洋探测设备中，水下声呐探测设备应用最为广泛。
水下声呐探测设备的基本工作原理如下：探测声呐中的发射换能器先向水中发射声波，声波遇到水中的障碍物或海底时形成回波，该回波被接收换能器接收后并通过信号处理对水中目标或海底进行探测成像。由于声呐换能器工作时具有一定的指向性，同时，工作过程中声呐的探测信号都为弱信号，容易被干扰或丢失。加之为了实现对水中目标的探测成像，需要结合声呐换能器的姿态信息。因此，为了保证探测声呐能够正常工作，实现对水中目标的探测成像，其姿态稳定性及良好的工作环境是先决条件，尤其是合成孔径声呐对姿态稳定性的要求更为苛刻。
目前，探测声呐常用的工作方式包括：船底安装方式、舷侧挂装方式和拖曳方式这三种。船底安装方式是将声呐换能器及声呐下位机直接安装到船底，通过母船航行完成对设定海域的探测。舷侧挂装方式是将声呐换能器及声呐下位机通过刚性支架安装到舷侧，平时将其回收至甲板上以方便维护保养，工作时将其布放入水。船底安装方式和舷侧挂装方式虽然系统简单，但由于安装母船在水面航行，容易受到海面上风、浪、流的影响，姿态稳定性难以控制。同时，采用船底安装方式和舷侧挂装方式时，声呐与船体之间是刚性连接，船体的振动及噪音容易传递到声呐上，对声呐工作造成干扰。因此，船底安装方式和舷侧挂装方式的声呐设备使用受到很大限制，探测效果也难以保证。拖曳方式是将声呐换能器及声呐下位机等设备安装到水下拖体上，水下拖体通过拖缆由母船拖曳航行，拖曳过程中完成对设定海域的探测。拖曳方式的探测声呐，由于远离了拖曳母船，拖曳母船的姿态扰动通过拖缆衰减后，对水下拖体的姿态影响较小。船体的振动及噪音也难以对声呐工作造成影响。因此，采用拖曳方式的声呐设备探测效果与船底安装方式和舷侧挂装方式相比大为改善。但是，拖曳方式的探测声呐需要大量的配套设备，如拖曳绞车、收放系统、拖缆、水声定位系统等，导致系统复杂程度大大增加，相关费用也大为增加。因此，拖曳方式的探测声呐仅在造价昂贵的大型的专业探测船上使用。
基于此，水下探测声呐应朝着系统简单、使用方便、造价低廉，且具有较高姿态稳定性的方向发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高稳定性水下探测声呐，针对现有技术中的不足，设计可以横向、纵向、深度进行适时调节的稳定平台，采用两组姿态传感器与控制计算机联动，控制主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸实时保持探测声呐的姿态始终处于高稳定性状态，避免了船体振动及噪音对探测声呐的姿态扰动，改善探测声呐的工作环境，系统简单、使用方便、造价低廉，且具有高度姿态稳定性。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种高稳定性水下探测声呐，包括稳定平台、控制计算机、姿态传感器和探测声呐，其特征在于：
所述稳定平台通过其上部基座上设置的隔振器与工作母船上的安装平台连接，所述稳定平台通过其下部设备安装板下方的声呐固定板与探测声呐螺接，所述基座、设备安装板上分别设置有姿态传感器A和姿态传感器B，所述基座与设备安装板之间中心位置设置有主支撑油缸、周围倾斜式配置有多个纵向支撑油缸和横向支撑油缸；所述工作母船上设置有控制计算机，所述控制计算机与姿态传感器A、姿态传感器B、主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸和探测声呐电气信号连接；所述控制计算机接收姿态传感器A、B的姿态信号，并实时调节主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸的位置状态，并通过设备安装板实时保持探测声呐姿态的高稳定性；
所述稳定平台与工作母船的安装平台之间设置有多个隔振器，所述隔振器用于过滤工作母船的振动与噪音；
所述纵向支撑油缸与横向支撑油缸相互配合形成组合运动，用于保持所述探测声呐的姿态稳定；
所述主支撑油缸、横向支撑油缸和纵向支撑油缸同步运动，用于探测声呐下放至更深的深度，使得探测声呐远离水面，降低了水面反射声波的干扰。
所述主支撑油缸与基座之间螺接固定，所述纵向支撑油缸、横向支撑油缸通过基座上的油缸支撑架相互活动式销轴连接；所述设备安装板上设置有多个臼槽座，所述主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸下端设备有球头，所述臼槽座与球头通过油缸盖板万向转动式螺接固定。
所述探测声呐包括声呐下位机、声呐换能器、声呐壳体，所述声呐壳体内设置有声呐下位机，所述声呐壳体外部设置有多组声呐换能器，所述声呐换能器相互之间对称布置或者非对称布置。
所述纵向支撑油缸与横向支撑油缸各自至少设置一个；所述探测声呐至少配置一套；所述姿态传感器至少设置两套。
本发明的工作原理为：高稳定性水下探测声呐系统主要包括稳定平台、隔振器、姿态传感器（两套）、稳定平台、控制计算机、声呐换能器及声呐下位机等。稳定平台主要由基座、主支撑油缸、横向支撑油缸、纵向支撑油缸和设备安装板等组成。
稳定平台的基座通过隔振器安装到工作母船的安装平台上，声呐换能器、声呐下位机及姿态传感器（一套）安装在稳定平台的设备安装板上，稳定平台控制计算机安装在工作母船上，姿态传感器（一套）安装在稳定平台的安装基座上，基座与设备安装板之间通过主支撑油缸（一套）、横向支撑油缸（两套）、纵向支撑油缸（两套）连接成整体。
工作时，基座上的姿态传感器实时监测母船的姿态数据，设备安装板上的姿态传感器实时监测声呐换能器的姿态数据，稳定平台控制计算机实时采集两套姿态传感器的数据，并根据采集的姿态数据，控制相应的支撑油缸运动，确保声呐换能器及声呐下位机的姿态始终处于理想状态，从而确保探测声呐具有良好的探测效果。
工作母船与稳定平台之间安装有隔振器，具有滤除母船振动及噪音的作用，降低了母船工作时的振动及噪音对探测声呐的干扰，可进一步提高声呐的探测效果。
同时，主支撑油缸、横向支撑油缸、纵向支撑油缸可同时伸长，将声呐换能器和声呐下位机下放至更大的深度上，降低了声波在水面的反射，改善了声呐换能器的工作环境，有利于改善声呐的探测效果。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：采用可以横向、纵向、深度进行适时调节的稳定平台，采用两组姿态传感器与控制计算机联动，控制主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸实时保持探测声呐的姿态始终处于高稳定性状态，避免了船体振动及噪音对探测声呐的姿态扰动，改善探测声呐的工作环境，系统简单、使用方便、造价低廉，且具有高度姿态稳定性；稳定平台实现自动姿态控制与保持，保证其具备较好的工作状态；降低了声波在水面的反射，改善了声呐换能器的工作环境，有利于改善声呐的探测效果。
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高稳定性水下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高稳定性水下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高稳定性水下探测声呐主支撑油缸示意图；
图4为本发明实施例所公开的一种高稳定性水下探测声呐纵向/横向支撑油缸示意图；
图5为本发明实施例所公开的一种高稳定性水下探测声呐基座主视图示意图；
图6为本发明实施例所公开的一种高稳定性水下探测声呐基座左视图示意图；
图7为本发明实施例所公开的一种高稳定性水下探测声呐设备安装板主视图示意图；
图8为本发明实施例所公开的一种高稳定性水下探测声呐设备安装板左视图示意图；
图9为本发明实施例所公开的一种高稳定性水下探测声呐油缸盖板剖面图示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1．姿态传感器A 2．隔振器 3．基座
4．主支撑油缸 5．纵向支撑油缸 6．姿态传感器B
7．设备安装板 8．声呐下位机 9．声呐换能器
10．声呐壳体 11．油缸盖板 12．横向支撑油缸
13．油缸支撑架 14．臼槽座 15．球头
16．探测声呐 17．声呐固定板。
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至图9，本发明提供了一种高稳定性水下探测声呐，包括姿态传感器A1、隔振器2、基座3、主支撑油缸4、纵向支撑油缸5、姿态传感器B6、设备安装板7、声呐下位机8、声呐换能器9、声呐壳体10、油缸盖板11、横向支撑油缸12、油缸支撑架13、臼槽座14、球头15、探测声呐16、声呐固定板17。
所述稳定平台通过其上部基座上设置的隔振器2与工作母船上的安装平台连接，所述稳定平台通过其下部设备安装板7下方的声呐固定板17与探测声呐16螺接，所述基座3、设备安装板7上分别设置有姿态传感器A1和姿态传感器B6，所述基座3与设备安装板7之间中心位置设置有主支撑油缸4、周围倾斜式配置有多个纵向支撑油缸5和横向支撑油缸12；所述工作母船上设置有控制计算机，所述控制计算机与姿态传感器A1、姿态传感器B6、主支撑油缸4、纵向支撑油缸5、横向支撑油缸12和探测声呐16电气信号连接；所述控制计算机接收姿态传感器A1、B6的姿态信号，并实时调节主支撑油缸4、纵向支撑油缸5、横向支撑油缸12的位置状态，并通过设备安装板7实时保持探测声呐16姿态的高稳定性；
所述稳定平台与工作母船的安装平台之间设置有多个隔振器2，所述隔振器2用于过滤工作母船的振动与噪音；
所述纵向支撑油缸5与横向支撑油缸12相互配合形成组合运动，用于保持所述探测声呐16的姿态稳定；
所述主支撑油缸4、横向支撑油缸12和纵向支撑油缸5同步运动，用于探测声呐16下放至更深的深度，使得探测声呐16远离水面，降低了水面反射声波的干扰。
所述主支撑油缸4与基座3之间螺接固定，所述纵向支撑油缸5、横向支撑油缸12通过基座3上的油缸支撑架13相互活动式销轴连接；所述设备安装板7上设置有多个臼槽座14，所述主支撑油缸4、纵向支撑油缸5、横向支撑油缸12下端设备有球头15，所述臼槽座14与球头15通过油缸盖板11万向转动式螺接固定。
所述探测声呐16包括声呐下位机8、声呐换能器9、声呐壳体10，所述声呐壳体10内设置有声呐下位机8，所述声呐壳体10外部设置有多组声呐换能器9，所述声呐换能器9相互之间对称布置或者非对称布置。
所述纵向支撑油缸5与横向支撑油缸12各自至少设置一个；所述探测声呐16至少配置一套；所述姿态传感器至少设置两套。
本发明的具体实施操作步骤是：首先采用螺钉将主支撑油缸4固定在基座3上；然后依次将两件纵向支撑油缸5和两件横向支撑油缸12放置在基座3上的油缸支撑架上，并插上销轴，使得纵向支撑油缸5、横向支撑油缸12与基座3之间形成铰链连接副；再分别将主支撑油缸4、两件纵向支撑油缸5和两件横向支撑油缸12上的球头放置到设备安装板7上对应的臼槽内，并采用油缸盖板11固定好，至此，稳定平台组装成整体；
同时，将声呐下位机8安装到声呐壳体10的密封腔体内，并采用螺钉固定好；然后将声呐换能器9安装到声呐壳体10外对应的位置上，并采用螺钉固定好；连接好声呐下位机8与声呐换能器9之间的线缆，至此声呐水下设备组装成整体；
将组装成整体的声呐水下设备安装到稳定平台的设备安装板7上，并采用螺钉固定好；分别将姿态传感器A1、姿态传感器B6安装到稳定平台的基座3和设备安装板7上；然后将隔振器2安装到稳定平台的基座3上，至此稳定平台与声呐水下设备组装完成。最后，通过隔振器上的固定螺杆将该整体安装到工作母船对应的位置并固定好，连接好各线缆。至此，一种高稳定性水下探测声呐系统装配完成，具备了工作条件。
通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：采用可以横向、纵向、深度进行适时调节的稳定平台，采用两组姿态传感器与控制计算机联动，控制主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸实时保持探测声呐的姿态始终处于高稳定性状态，避免了船体振动及噪音对探测声呐的姿态扰动，改善探测声呐的工作环境，系统简单、使用方便、造价低廉，且具有高度姿态稳定性；稳定平台实现自动姿态控制与保持，保证其具备较好的工作状态；降低了声波在水面的反射，改善了声呐换能器的工作环境，有利于改善声呐的探测效果。
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 (4)
1.一种高稳定性水下探测声呐，其特征在于，包括稳定平台、控制计算机、姿态传感器和探测声呐；所述稳定平台通过其上部基座上设置的隔振器与工作母船上的安装平台连接，所述稳定平台通过其下部设备安装板下方的声呐固定板与探测声呐螺接，所述基座、设备安装板上分别设置有姿态传感器A和姿态传感器B，所述基座与设备安装板之间中心位置设置有主支撑油缸、周围倾斜式配置有多个纵向支撑油缸和横向支撑油缸；所述工作母船上设置有控制计算机，所述控制计算机与姿态传感器A、姿态传感器B、主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸和探测声呐电气信号连接；所述控制计算机接收姿态传感器A、B的姿态信号，并实时调节主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸的位置状态，并通过设备安装板实时保持探测声呐姿态的高稳定性；
所述稳定平台与工作母船的安装平台之间设置有多个隔振器，所述隔振器用于过滤工作母船的振动与噪音；
所述纵向支撑油缸与横向支撑油缸相互配合形成组合运动，用于保持所述探测声呐的姿态稳定；
所述主支撑油缸、横向支撑油缸和纵向支撑油缸同步运动，用于探测声呐下放至更深的深度，使得探测声呐远离水面，降低了水面反射声波的干扰。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定性水下探测声呐，其特征在于，所述主支撑油缸与基座之间螺接固定，所述纵向支撑油缸、横向支撑油缸通过基座上的油缸支撑架相互活动式销轴连接；所述设备安装板上设置有多个臼槽座，所述主支撑油缸、纵向支撑油缸、横向支撑油缸下端设备有球头，所述臼槽座与球头通过油缸盖板万向转动式螺接固定。
3.根据权利要求1所述的一种高稳定性水下探测声呐，其特征在于，所述探测声呐包括声呐下位机、声呐换能器、声呐壳体，所述声呐壳体内设置有声呐下位机，所述声呐壳体外部设置有多组声呐换能器，所述声呐换能器相互之间对称布置或者非对称布置。
4.根据权利要求1所述的一种高稳定性水下探测声呐，其特征在于，所述纵向支撑油缸与横向支撑油缸各自至少设置一个；所述探测声呐至少配置一套；所述姿态传感器至少设置两套。
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