CN111142153A - 一种声压水听器与矢量水听器组合体积阵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种声压水听器与矢量水听器组合体积阵，包括圆柱网状结构的支撑框架，位于支撑框架内部，由多根声压水听器线阵排布成细腰鼓形阵列；位于支撑框架外部，由沿周向均匀排列的多条矢量水听器线阵排布成的圆柱状阵列；支撑框架顶部安装有与水密电缆连接的水密电子舱，声压水听器线阵、矢量水听器线阵的信号线缆全部连接到水密电子舱。本发明采用一体化设计，方便吊放，采用矢量水听器阵列结合声压水听器阵列，实现宽频带水下辐射噪声测量的空间增益，实现20Hz‑200Hz频段空间增益从0dB增加至4.8dB，200Hz‑500Hz频段空间增益从2dB‑3dB增加至7dB‑8dB。

Description

一种声压水听器与矢量水听器组合体积阵
技术领域
本发明涉及水下噪声测量设备技术领域，尤其是一种声压水听器与矢量水听器组合体积阵。
背景技术
上世纪80年代末，使用非定向的单水听器测量水下噪声已不能满足实际生产需要，而改用具有定向空间增益的声阵测量技术。美国首先在Hayes号上采用了垂直线阵，升级后的东南阿拉斯加试验场测试声阵系统采用了由等间距线阵缠绕而成的双锥体积阵。随着安静型潜艇技术的发展，俄罗斯与美国先后开展了声压一振速组合传感器测量潜艇辐射噪声的技术研究，采用声压一振速联合信号处理技术，用于对低信噪比水下航行目标进行噪声指标评估。目前水下航行体辐射噪声测量存在的问题是，随着辐射噪声控制技术的提升，现有水听器及声阵测试系统无法在中低频提供有效的测试信噪比。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，采用多条嵌套式声压水听器阵结合垂直布置的矢量水听器线阵组合成空间体积阵，一方面通过空间布置提高阵列在中高频段的接收信号增益与空间增益，另一方面，在阵列作用有限的中低频段，结合矢量水听器的自然指向性，从而提升阵列在中低频段的空间增益。
本发明所采用的技术方案如下：
一种声压水听器与矢量水听器组合体积阵，包括支撑框架，所述支撑框架成圆柱网状结构；位于支撑框架内部，由多根声压水听器线阵排布成细腰鼓形阵列；位于支撑框架外部，由沿周向均匀排列的多条矢量水听器线阵排布成的圆柱状阵列；支撑框架顶部安装有与水密电缆连接的水密电子舱，所述声压水听器线阵、矢量水听器线阵的信号线缆全部连接到水密电子舱中。
作为上述技术方案的进一步改进：
支撑框架的顶部、底部分别设有上框、与上框结构相同且对称设置的下框，上框、下框之间通过多根加强杆构成中空网状结构。
上框的结构为：包括沿轴向间隔平行设置的两个环体，两个环体间通过多个纵杆相连，位于其中一环体的一圈均匀设有多个连接块，且在该环体的内圈通过多根径向连杆设有内环；所述连接块上沿轴向设有与声压水听器线阵端部相配合的卡槽。
细腰鼓形阵列由十六条声压水听器线阵沿周向均匀排布构成，每条声压水听器线阵沿竖直方向倾斜设置，且两端分别连接至上框、下框处连接块的卡槽中。
每条声压水听器线阵顶端、底端和环体圆心位置的连线，形成的夹角为7π/8。
每条声压水听器线阵内设置的声压水听器基元呈中间密两端疏的形式分布。
矢量水听器线阵共设有四条，等角度分布于支撑框架的四周；每条矢量水听器线阵沿竖直方向垂直设置，且顶端和底端分别和上框、下框的环体连接；矢量水听器线阵的结构为：包括护套，护套内间隔设有矢量水听器单元，护套两端设有连接器。
水密电子舱固定在上框中，水密电子舱的底面固定于内环上，水密电子舱圆周一圈设有和矢量水听器线阵及声压水听器列的信号线缆连接的第一接头，水密电子舱顶面设有与水密电缆连接的第二接头。
下框中设有配重块。
多根加强杆上沿周向设有加强环。
本发明的有益效果如下：
本发明体积阵采用一体化设计，方便吊放；水密电子舱内采用统一的高精度罗经配合矢量水听器信号处理，简化了多元矢量水听器联合处理的方向与姿态信号获取与处理方式。采用矢量水听器阵列结合声压水听器阵列，实现宽频带水下辐射噪声测量的空间增益，实现20Hz-200Hz频段空间增益从0dB增加至4.8dB，200Hz-500Hz频段空间增益从2dB-3dB增加至7dB-8dB。
本发明体积阵能够实现较宽的垂直空间角度内具有较为一致的增益，使水下辐射噪声测试时水下航行体目标可在一定的深度范围内航行都能被抓取到。本发明采用31元嵌套式声压水听器线阵，可实现在500Hz-5kHZ频段与40元等间距线阵同样的空间增益。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明支撑框架的结构示意图。
图3为图2的主视图。
图4为本发明上框的结构示意图。
图5为本发明矢量水听器线阵的结构示意图。
图6为本发明水密电子舱的结构示意图。
图7为本发明在工作状态的结构示意图。
图8为本发明声压水听器基元的排布形式示意图。
其中：1、支撑框架；2、声压水听器线阵；3、矢量水听器线阵；4、水密电子舱；5、水密电缆；6、配重块；7、揽绳；8、释放器；9、锚链；10、重力锚；11、上框；12、加强杆；13、加强环；14、连接块；15、下框；16、浮体；17、系留绳；18、水面浮球；20、水面分析系统；21、声压水听器基元；31、护套；32、矢量水听器单元；33、连接器；41、第一接头；42、第二接头；111、环体；112、纵杆；113、径向连杆；114、内环；141、卡槽。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，包括支撑框架1，支撑框架1成圆柱网状结构；位于支撑框架1内部，由多根声压水听器线阵2排布成细腰鼓形阵列；位于支撑框架1外部，由沿周向均匀排列的多条矢量水听器线阵3排布成的圆柱状阵列；支撑框架1顶部安装有与水密电缆5连接的水密电子舱4，声压水听器线阵2、矢量水听器线阵3的信号线缆全部连接到水密电子舱4中。
如图2和图3所示，支撑框架1的顶部、底部分别设有上框11、与上框11结构相同且对称设置的下框15，上框11、下框15之间通过多根加强杆12构成中空网状结构。
如图4所示，上框11的结构为：包括沿轴向间隔平行设置的两个环体111，两个环体111间通过多个纵杆112相连，位于其中一环体111的一圈均匀设有多个连接块14，且在该环体111的内圈通过多根径向连杆113设有内环114；连接块14上沿轴向设有与声压水听器线阵2端部相配合的卡槽141。
细腰鼓形阵列由十六条声压水听器线阵2沿周向均匀排布构成，每条声压水听器线阵2沿竖直方向倾斜设置，且两端分别连接至上框11、下框15处连接块14的卡槽141中。
每条声压水听器线阵2顶端、底端和环体111圆心位置的连线，形成的夹角为7π/8。
如图8所示，每条声压水听器线阵2内设置的声压水听器基元21呈中间密两端疏的形式分布。
如图1和图5所示，矢量水听器线阵3共设有四条，等角度分布于支撑框架1的四周；每条矢量水听器线阵3沿竖直方向垂直设置，且顶端和底端分别和上框11、下框15的环体111连接；
矢量水听器线阵3的结构为：包括护套31，护套31内间隔设有矢量水听器单元32，护套31两端设有连接器33。
如图6所示，水密电子舱4固定在上框11中，水密电子舱4的底面固定于内环114上，水密电子舱4圆周一圈设有和矢量水听器线阵3及声压水听器列的信号线缆连接的第一接头41，水密电子舱4顶面设有与水密电缆5连接的第二接头42。
下框15中设有配重块6。
多根加强杆12上沿周向设有加强环13。
本发明的具体实施过程如下：
如图1、图7所示，支撑框架1为网状结构，所有部分均采用钛合金材料。4条矢量水听器线阵3与上框11、下框15框垂直连接，矢量水听器线阵3等角度分布在整个体积阵的四个方向，与支撑框架1连接后形成圆柱形阵列。16条声压水听器线阵2与4条矢量水听器线阵3的信号电缆全部集中到顶部水密电子舱4中，经过采集处理后由水密电缆5传送至水面分析系统20。配重块6位于体积阵支撑框架1的底部，用于保证整个体积阵系统在水中的垂直姿态。
声压水听器线阵2采用模拟信号传输，嵌套式设计，阵列外径约45mm，长约8.5m，由31只声压水听器基元21(水听器、水密连接器、以及成阵配件)组成。阵列内部凝胶填充。输出端采用多芯接驳电缆将31通道的模拟信号传输至水密电子舱4。如图8所示，为31只声压水听器基元21，可拆分为21元0.4m间距阵列和21元0.2m间距阵列。
矢量水听器单元32的主要性能指标：工作频率5Hz-2kHz(评估是否适用5kHz)，矢量水听器单元32在护套31内的间距2m，布置如图5所示。
本发明的具体实施过程的状态如图7所示，采用重力锚10坐底布放方式，配重块6下方与释放器8、旋转环及锚链9、重力锚10连接；本实施例的体积阵顶部上方通过缆绳7与浮体16连接，浮体16上方是系留绳17与水面浮球18，传输电缆(水密电缆5)从顶部伸出与水面分析系统20连接。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：包括支撑框架(1)，所述支撑框架(1)成圆柱网状结构；位于支撑框架(1)内部，由多根声压水听器线阵(2)排布成细腰鼓形阵列；位于支撑框架(1)外部，由沿周向均匀排列的多条矢量水听器线阵(3)排布成的圆柱状阵列；支撑框架(1)顶部安装有与水密电缆(5)连接的水密电子舱(4)，所述声压水听器线阵(2)、矢量水听器线阵(3)的信号线缆全部连接到水密电子舱(4)中。
2.如权利要求1所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：支撑框架(1)的顶部、底部分别设有上框(11)、与上框(11)结构相同且对称设置的下框(15)，上框(11)、下框(15)之间通过多根加强杆(12)构成中空网状结构。
3.如权利要求2所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：上框(11)的结构为：包括沿轴向间隔平行设置的两个环体(111)，两个环体(111)间通过多个纵杆(112)相连，位于其中一环体(111)的一圈均匀设有多个连接块(14)，且在该环体(111)的内圈通过多根径向连杆(113)设有内环(114)；所述连接块(14)上沿轴向设有与声压水听器线阵(2)端部相配合的卡槽(141)。
4.如权利要求3所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：细腰鼓形阵列由十六条声压水听器线阵(2)沿周向均匀排布构成，每条声压水听器线阵(2)沿竖直方向倾斜设置，且两端分别连接至上框(11)、下框(15)处连接块(14)的卡槽(141)中。
5.如权利要求4所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：每条声压水听器线阵(2)顶端、底端和环体(111)圆心位置的连线，形成的夹角为7π/8。
6.如权利要求4所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：每条声压水听器线阵(2)内设置的声压水听器基元(21)呈中间密两端疏的形式分布。
7.如权利要求3所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：矢量水听器线阵(3)共设有四条，等角度分布于支撑框架(1)的四周；每条矢量水听器线阵(3)沿竖直方向垂直设置，且顶端和底端分别和上框(11)、下框(15)的环体(111)连接；矢量水听器线阵(3)的结构为：包括护套(31)，护套(31)内间隔设有矢量水听器单元(32)，护套(31)两端设有连接器(33)。
8.如权利要求3所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：水密电子舱(4)固定在上框(11)中，水密电子舱(4)的底面固定于内环(114)上，水密电子舱(4)圆周一圈设有和矢量水听器线阵(3)及声压水听器列的信号线缆连接的第一接头(41)，水密电子舱(4)顶面设有与水密电缆(5)连接的第二接头(42)。
9.如权利要求3所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：下框(15)中设有配重块(6)。
10.如权利要求2所述的声压水听器与矢量水听器组合体积阵，其特征在于：多根加强杆(12)上沿周向设有加强环(13)。
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