CN114740461A - 一种声呐系统、以及用于该声呐系统的水下定位天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及声呐系统，尤其涉及一种用于声呐系统的水下定位天线；包括三维凸形本体，所述三维凸形本体上设有多个间隔距离相等的圆环状柔性连接件，且每个圆环状柔性连接件外侧壁设置有多个用于接收与发射声波信号的声呐模块，且所述声呐模块之间的间隔距离相等，本发明通过将三维凸形本体表面设置多个平行且均匀分布等间隔距离圆环状柔性连接件，进而使声呐模块不仅仅在绕圆环方向上均匀分布，还在从中部向两端延伸方向上的声呐模块也均匀分布；使得声呐模块能够在均匀的分布于三维凸形本体整个表面，从而提高天线的方向性和抗噪能力。

Description

一种声呐系统、以及用于该声呐系统的水下定位天线

技术领域

本发明涉及声呐系统技术领域，更具体涉及一种用于声呐系统的水下定位天线。

背景技术

天线由一系列声学探测器组成，这些探测器通过支撑电缆连接在一起。在天线的前端，遥测箱通过通信电缆连接到牵引装置。该遥测盒包括对来自每个声学探测器的信号进行多路复用以及通过通信电缆将多路复用信号重新传输到牵引装置所需的电子设备；是利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理进行导航和测距的技术，也指利用这种技术对水下目标进行探测（存在、位置、性质、运动方向等）和通讯的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。

天线的主要作用是在接收信号时提供最佳形式的方向特性和高抗扰性。众所周知接收器应均匀地以彼此相同的距离放置，达到这些要求的最有效方法之一是将传感器均匀地放置在天线表面上。

现有技术中的水下定位天线常采用圆柱或矩形天线，由于圆柱或矩形本身形状的规则性，通过在圆柱或矩形上均匀放置声学探测器，不难实现，但由于随着社会发展，对水下定位天线要求越来越高，例如部分潜水艇将天线设置于机身的前端凸形外壳，而要在这种凸形体上均匀布置声学探测器变得较为困难；因此急需提供一能够解决上述技术问题的一种用于该声呐系统的水下定位天线来提高凸形天线的方向特性和高抗扰性。

发明内容

本发明为解决凸形体均匀布置声学探测器的问题，提高凸形体天线的方向特性和高抗扰性，特提供一种用于声呐系统的水下定位天线，包括三维凸形本体，所述三维凸形本体上设有多个间隔距离相等的圆环状柔性连接件，且每个圆环状柔性连接件外侧壁设置有多个用于接收与发射声波信号的声呐模块，且所述声呐模块之间的间隔距离相等。

优选的，所述圆环状柔性连接件数量为偶数个，且每个圆环状柔性上的声呐模块数量同样为偶数个，所述水下定位天线还包括故障检测模块，所述故障检测模块用于检测每条圆环状柔性连接件上的每个声呐模块是否故障。

优选的，所述声呐模块包括至少两个声呐传感单元，其中每个声呐传感单元均能够用于发射声波信号和接收声波信号，两个声呐传感单元频率不同，其中一个声呐传感单元能够用于发射高频声波信号，另一个能够发射低频声波信号。

优选的，所述声呐模块包括至少两个声呐模块，所述声呐模块能够向预设方向发射以及接收声波信号，其中一个声呐模块能测量与相邻圆环状柔性连接件上相对应的声呐模块之间的间隔距离。

优选的，所述声呐模块还包括激励单元通过激励用于发射声波信号声呐传感单元，使声波信号同时到达设定位置以增强信号强度。

优选的，每个所述声呐模块上均设有定位单元。

优选的，所述三维凸形本体内部为空腔结构，所述三维凸形本体通过绳索与拖拽体连接，所述拖拽体能够通过向三维凸形本体内空腔注入不同密度的材料，进而控制所述三维凸形本体进入水体中的深度。

优选的，每个所述圆环状柔性连接件上的声呐模块至少有一个声呐模块与相邻所述圆环状柔性连接件上对应的声呐模块在与所述圆环状柔性连接件的十字交叉方向呈一条线。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过将三维凸形本体表面设置多个平行且均匀分布等间隔距离的圆环状柔性连接件，进而使声呐模块不仅仅在绕圆环方向上均匀分布，还在从中部向两端延伸方向上的声呐模块也均匀分布；使得声呐模块能够在均匀的分布于三维凸形本体整个表面，从而提高天线的方向性和抗噪能力。

2、本发明通过故障检测模块检测每条圆环状柔性连接件上的每个声呐模块是否故障；当故障检测模块检测到有声呐模块出现故障时，通过改变声呐模块的工作模式，通过控制在环形波浪线上的声呐模块工作，控制不在环形波浪线上的声呐模块停止工作，从而使声呐模块重新形成均匀分布；进而能够使水下定位天线进行临时检测工作，提高检测效率。

3、本发明通过设定声呐模块能够向预设方向发射以及接收声波信号，能够测量与相邻圆环状柔性连接件上相对应的声呐模块之间的间隔距离，从而确定设备因碰撞等其它情况，避免因声呐模块从三维凸形本体脱落或相邻声呐模块距离变化，造成设备检测方向性和抗噪能力降低或出现故障无法使用的情况发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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1整体结构示意图；

图2为本发明实施例2整体结构示意图；

图3为本发明实施例3声呐模块布置示意图；

图中：1、三维凸形本体；2、弧形连接件；3、声呐模块；4、圆环状柔性连接件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所述，本实施例提供一种用于声呐系统的水下定位天线，包括三维凸形本体1，三维凸形本体1两极之间至少连接两条弧形连接件2，且弧形连接件2绕三维凸形本体1两极连接线呈圆周阵列分布，每条弧形连接件2上设置有多个用于接收与发射声波信号的声呐模块3，且声呐模块3之间的间隔距离相等。

其中三维凸形本体1内部为空腔结构，三维凸形本体1通过绳索与拖拽体连接，拖拽体能够通过向三维凸形本体1内空腔注入不同密度的液体或固体等物质材料，进而通过改变三维凸形本体1密度，实现控制三维凸形本体1进入水体中的深度；其中弧形连接件2的数量至少为四个，且声呐模块3数量至少为四个，例如：声呐模块3数量为四个，且弧形连接件2的数量为四个时，最终每个弧形连接件2上均有一个声呐模块3；还例如：弧形连接件2的数量为n时，声呐模块3数量为mn（m为大于等于1的整数），即弧形连接件2的数量为n时，则每个弧形连接件2均有m个声呐模块3；需要说明的是，声呐模块3数量越多，其灵敏度越高。

可选的声呐模块3包括至少两个声呐传感单元，其中一个声呐传感单元用于发射声波信号和另一个声呐传感单元用于接收声波信号，声呐模块3还包括有一激励单元，激励单元通过激励发射声波信号，使声波信号同时到达设定位置以增强信号强度；另一种可选的，声呐模块3包括至少两个声呐传感单元，其中每个声呐传感单元均能够用于发射声波信号和接收声波信号，两个声呐传感单元频率不同，其中一个声呐传感单元能够用于发射高频声波信号，另一个能够发射低频声波信号，通过发射高频声波信号，对近距离物体进行精准探测，通过发射低频声波信号，提高设备的探测距离。

声呐传感单元可以依据发射的声波信号与接收到的声波信号间的时间差，以及声波信号在水中的传播速度，测量探测到的水中物体与声呐传感器之间的距离，即测量水中物体的位置。

本发明通过将声呐模块3相对较均匀的方式排布于三维凸形本体1外表面，从而在一定程度上改善天线的方向性并提高抗噪能力。

实施例2

基于上述实施例，如图1所示，上述排布方式，虽然能够相对均匀的排布于三维凸形本体1外表面，但由于所有弧形连接件2最终都集中于两极，在沿弧形连接件2中点到端部方向上，相邻沿弧形连接件2之间的距离逐渐减小，从而导致声呐模块3在沿三维凸形本体1中部逐渐向两侧延伸的方向上，其声呐模块3之间的距离逐渐减小，进而呈现中部稀疏两端密集的不均匀现象，从而导致上述天线的方向性和抗噪能力底；为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案。

如图2所示，一种用于声呐系统的水下定位天线，包括三维凸形本体1，三维凸形本体1上设有多个间隔距离相等的圆环状柔性连接件4，且每个圆环状柔性连接件4外侧壁设置有多个用于接收与发射声波信号的声呐模块3，且声呐模块3之间的间隔距离相等；其中三维凸形本体1可以为扁平、圆柱形、矩形、圆形或椭圆形等。

本发明通过将三维凸形本体1表面设置多个平行且均匀分布等间隔距离圆环状柔性连接件4，使得相邻圆环状柔性连接件4之间间隔距离相等，然后在每个圆环状柔性连接件4上设置多个间隔距离相等的声呐模块3，进而使声呐模块3不仅仅在绕圆环状柔性连接件4方向上更加均匀分布，还在从中部向两端延伸方向上的声呐模块3也更加均匀分布；通过采用上述布置方式，使得声呐模块3能够更加均匀的分布于三维凸形本体1整个表面，从而提高天线的方向性和抗噪能力。

实施例3

基于上述实施例，在使用过程中，当其中任意一个声呐模块3出现故障时，常常需要整个设备停止工作，并对其维修，但由于设备正处于水下检测过程，常常需要进行回收重新将水下定位天线送至探测位置重新工作，导致设备工作效率低，为解决上述技术问题，本发明进行如下改进。

如图3所示，一种用于声呐系统的水下定位天线，包括三维凸形本体1，三维凸形本体1上设有偶数个间隔距离相等的圆环状柔性连接件4，且每个圆环状柔性连接件4上的声呐模块3数量同样为偶数个，且每个圆环状柔性连接件4外侧壁设置有多个用于接收与发射声波信号的声呐模块3，且声呐模块3之间的间隔距离相等。

水下定位天线还包括故障检测模块，故障检测模块用于检测每条圆环状柔性连接件4上的每个声呐模块3是否故障；当故障检测模块检测到有声呐模块3出现故障时，通过将相邻的两个圆环状柔性连接件4分成一组，且通过将同一组两个圆环状柔性连接件4上的声呐模块3交错连接，且避开出现故障的声呐模块3,同时使相互连接的声呐模块3之间的距离相等，形成如图3中黑色粗线所示环形波浪线（该波浪线未完全示出），通过控制在环形波浪线上的声呐模块3工作，控制不在环形波浪线上的声呐模块3停止工作，从而使声呐模块3重新形成均匀分布；进而能够使水下定位天线进行临时检测工作，提高检测效率，在检测完成后，在水面上进行维修。

本发明在某一声呐模块3出现故障时，无需立即进行上浮进行维修，从而可通过重新排布声呐模块3工作方式，从而能够使声呐模块3重新恢复均匀分布，进而使天线临时继续工作，从而依旧保证天线的方向性和抗噪能力的稳定。

每个声呐模块3上均设有定位单元；通过定位单元将确定每个声呐模块3的实时位置和每个声呐模块3在传输时的位置，然后对每个信号在每一时刻的相位进行补偿，以补偿由于声呐模块3发射单元的运动而产生的相位变化，从而确定一个多个校正信号，进而对声呐采集数据进行修正。

声呐模块3包括至少两个声呐模块3，声呐模块3能够向预设方向发射以及接收声波信号，其中一个声呐模块3能测量与相邻圆环状柔性连接件4上相对应的声呐模块3之间的间隔距离；通过设定声呐模块3能够向预设方向发射以及接收声波信号，能够测量与相邻圆环状柔性连接件4上相对应的声呐模块3之间的间隔距离，从而能够在设备受到碰撞等其它情况时，用于检测三维凸形本体1是否变形或声呐模块3从三维凸形本体1上掉落的情况。

每个圆环状柔性连接件4上的声呐模块3至少有一个声呐模块3与相邻圆环状柔性连接件4上对应的声呐模块3在与圆环状柔性连接件4的十字交叉方向呈一条线；通过进行上述方式设置，使能够测量与相邻圆环状柔性连接件4上相对应的声呐模块3之间的间隔距离，不会出现因每个圆环状柔性连接件4上的声呐模块3在与圆环状柔性连接件4的十字交叉方向不在一条线上时，导致检测出现中断的情况发生；在本实施例中优选的每个圆环状柔性连接件4上的数量优选为6的整数倍。

本发明多个间隔距离相等的圆环状柔性连接件4还可通过间隔距离可调节组件连接，可通过调节组件调节圆环状柔性连接件4之间的间距；提高本发明的适应性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种用于声呐系统的水下定位天线，包括三维凸形本体（1），其特征在于，所述三维凸形本体（1）上设有多个间隔距离相等的圆环状柔性连接件（4），且每个圆环状柔性连接件（4）外侧壁设置有多个用于接收与发射声波信号的声呐模块（3），且所述声呐模块（3）之间的间隔距离相等。

2.根据权利要求1所述水下定位天线，其特征在于，所述圆环状柔性连接件（4）数量为偶数个，且每个圆环状柔性连接件（4）上的声呐模块（3）数量为偶数个，所述水下定位天线还包括故障检测模块，所述故障检测模块用于检测每条圆环状柔性连接件（4）上的每个声呐模块（3）是否故障。

3.根据权利要求2所述水下定位天线，其特征在于，所述声呐模块（3）包括至少两个声呐传感单元，其中每个声呐传感单元均能够用于发射声波信号和接收声波信号，两个声呐传感单元频率不同，其中一个声呐传感单元能够用于发射高频声波信号，另一个能够发射低频声波信号。

4.根据权利要求1所述水下定位天线，其特征在于，所述声呐模块（3）包括至少两个声呐模块（3），所述声呐模块（3）能够向预设方向发射以及接收声波信号，其中一个声呐模块（3）能测量与相邻圆环状柔性连接件（4）上相对应的声呐模块（3）之间的间隔距离。

5.根据权利要求1所述水下定位天线，其特征在于，所述声呐模块（3）还包括用于激励发射声波信号的激励单元，使声波信号同时到达设定位置以增强信号强度。

6.根据权利要求1所述水下定位天线，其特征在于，每个所述声呐模块（3）上均设有定位单元。

7.根据权利要求1所述水下定位天线，其特征在于，所述三维凸形本体（1）内部为空腔结构，所述三维凸形本体（1）通过绳索与拖拽体连接，所述拖拽体能够通过向三维凸形本体（1）内空腔注入不同密度的材料，进而控制所述三维凸形本体（1）进入水体中的深度。

8.根据权利要求4所述水下定位天线，其特征在于，每个所述圆环状柔性连接件（4）上的声呐模块（3）至少有一个声呐模块（3）与相邻所述圆环状柔性连接件（4）上对应的声呐模块（3）在与所述圆环状柔性连接件（4）的十字交叉方向呈一条线。

9.一种声呐系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的水下定位天线。

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