CN202093166U - 一种超短基线阵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及水声定位及通信设备领域，公开了一种超短基线阵系统，其包括：发射换能器和四个接收水听器，其中四个接收水听器在水平面上十字型布放，同一阵线上每两个接收水听器的相位差可以测定目标的水平坐标；一条阵线上的两个接收水听器的垂直位置高出另一阵线上的两个接收水听器一定距离，构成垂直孔径，通过等效阵元方法对四个接收水听器的相位进行数据融合，带入垂直孔径长度数据可直接解出目标垂直位置；该阵元系统体积小，提高了系统定位精度，尤其对水平小深度的目标定位精度有很大的改善。
Description
技术领域
本实用新型涉及水声定位及通信设备领域，特别是涉及一种超短基线阵系统。
背景技术
对用于水下导航的应答器进行定位，需要使用多阵元的声呐阵。其中超短基线阵是声呐阵中体积最小，重量最轻的一种。超短基线阵携带方便，各种船体均可方便安装使用。
传统的超短基线阵系统是由若干个应答器构成的平面阵，这种阵型的缺点是，应答器的回波在声阵两端的水听器的相位差越小精度越高，当应答器位于声阵正下方时，相位差为零，精度最高。但是当应答器深度较小，贴近海面时，相位差增大，定位精度就会有极大下降，尤其是垂直方向的定位精度。当水平距离较远而水深较浅，此时有可能形成盲区。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题是如何在保证超短基线阵系统体积小的情况下，提高应答器的定位精度。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种超短基线阵系统，其包括：发射换能器和四个接收水听器，所述四个接收水听器在水平面上呈十字型设置。
上述超短基线阵系统中，同一阵线上的两个接收水听器的垂直位置高于另一阵线上的两个接收水听器。
上述超短基线阵系统中，垂直位置高度不同的两条阵线相互垂直。
上述超短基线阵系统中，所述接收水听器与放大滤波电路相连，所述放大滤波电路用于对所述接收水听器接收的信号进行滤波放大处理。
上述超短基线阵系统中，相互垂直的所述两条阵线之间的垂直距离为1cm-10cm。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的超短基线阵系统中，四个接收水听器在水平面上十字型布放，一条阵线上的两个接收水听器的垂直位置高出另一阵线上的两个接收水听器一定距离，构成垂直孔径，通过等效阵元方法对四个接收水听器的相位进行数据融合，带入垂直孔径长度数据可直接解出目标位置；该阵元系统体积小，能够提高目标定位精度。
附图说明
图1是超短基线阵系统定位原理图；
图2是本实用新型实施例超短基线阵系统的结构示意图。
其中，1：一号阵元；2：二号阵元；3：三号阵元；4：四号阵元；5：一号等效阵元；6：二号等效阵元；7：声阵水平孔径面；8：声阵垂直孔径面；9：声阵合成孔径面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
图1示出了超短基线阵系统的定位原理图，以最简单的超短基线阵L型阵为例来进行说明，L型超短基线阵包括按照L型结构布置的三个接收水听器，基线阵坐标原点O点是基准相位的一号接收水听器，即一号阵元1，其接收的信号视为零相位。二号接收水听器和三号接收水听器分别记为二号阵元2和三号阵元3，二号阵元2和三号阵元3的接收信号与一号阵元1的相位差，分别能确定一号接收水听器到应答器的斜距线与两个垂直阵线的夹角θ12和θ13，通过这两个夹角可以算出目标应答器的水平坐标值。用时延差测出斜距R后，根据各阵元与目标应答器之间构成的三角形，用勾股定理解出目标应答器的垂直坐标。图1中，斜距R与水平面夹角称为目标的俯仰角。斜距一定，俯仰角越小，目标垂直坐标值越小，即距海平面越近，这时由于相位差增大，测相误差会很高。
基于图1所描述的超短基线阵定位原理图，图2示出了具有垂直孔径设计的新型超短基线阵系统，以实现对浅海目标的高精度定位，其包括一个发射换能器和四个接收水听器及其放大滤波电路，发射换能器向水下应答器发射唤醒信号，应答器接收到唤醒信号后发射应答信号，不同位置的接收水听器接收远场平面波信号，经过放大滤波电路的滤波放大处理，由于远场平面波的相位不同，用相位定向法通过各通道相位可以解算出来波方向，用时延测量方法测量收发信号的时间，测出应答器斜距，完成定位工作。本实施例超短基线阵系统中的接收水听器的具体设置结构为：四个接收水听器，即四个阵元在水平面上按照十字型布放，其中一号阵元1和四号阵元4位于一条阵线上，二号阵元2和三号阵元3位于另一条阵线上，根据同一阵线上两个阵元的相位差值可以测得目标应答器的水平坐标。每条阵线上的两个阵元可以等效为一个等效阵元，因此声阵的等效阵线相当于一个垂直于大地的阵线，用这个阵线测量小俯仰角的浅海目标可以极大提高测量精度；同时，将其中一条阵线的两个阵元垂直位置设置为高出另一阵线一定距离，构成垂直孔径，图2中将一号阵元1和四号阵元4所在的阵线设置在二号阵元2和三号阵元3所在的阵线上方，两条阵线相互垂直设置，通过等效阵元方法对四个阵元的相位进行数据融合，将声阵水平孔径面7和声阵垂直孔径面8等效为声阵合成孔径面9，带入垂直孔径长度数据可直接解出目标应答器垂直位置。
本实施例中，两条阵线之间的垂直高度差根据实际应用的海域特点而定，将两条阵线之间的垂直高度设置为1cm-10cm之间可调，以适应不同的海深。
对于本实施例所设计的超短基线阵系统，利用归一化算法对其进行三维图形演示，可以很明确的看出，垂直孔径的设置对不同俯仰角情况下定位精度有很大改善，垂直孔径越小，对大俯仰角(大深度)的目标定位精度越好；垂直孔径越大，对小俯仰角的目标定位精度越好。
由以上实施例可以看出，本实用新型实施例通过将四个接收水听器在水平面上十字型布放，同一阵线上每两个接收水听器的相位差可以测定目标的水平坐标；一条阵线上的两个接收水听器的垂直位置高出另一阵线上的两个接收水听器一定距离，构成垂直孔径，通过等效阵元方法对四个接收水听器的相位进行数据融合，带入垂直孔径长度数据可直接解出目标垂直位置；该阵元系统体积小，能够提高大深度和小深度的目标定位精度。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种超短基线阵系统，其特征在于，包括：发射换能器和四个接收水听器，所述四个接收水听器在水平面上呈十字型设置。
2.如权利要求1所述的超短基线阵系统，其特征在于，同一阵线上的两个接收水听器的垂直位置高于另一阵线上的两个接收水听器。
3.如权利要求2所述的超短基线阵系统，其特征在于，垂直位置高度不同的两条阵线相互垂直。
4.如权利要求1-3中任一项所述的超短基线阵系统，其特征在于，所述接收水听器与放大滤波电路相连，所述放大滤波电路用于对所述接收水听器接收的信号进行滤波放大处理。
5.如权利要求3所述的超短基线阵系统，其特征在于，相互垂直的所述两条阵线之间的垂直距离为1cm-10cm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011201687107U CN202093166U (zh) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | 一种超短基线阵系统 |
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| CN2011201687107U CN202093166U (zh) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | 一种超短基线阵系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN202093166U true CN202093166U (zh) | 2011-12-28 |
Family
ID=45368226
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN2011201687107U Expired - Lifetime CN202093166U (zh) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | 一种超短基线阵系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN202093166U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104007418A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-08-27 | 罗宇 | 一种基于时间同步的大基阵水下宽带扩频信标导航定位系统及方法 |
| CN107554727A (zh) * | 2017-08-07 | 2018-01-09 | 北京臻迪科技股份有限公司 | 一种水下定位检测装置及方法 |
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2011
- 2011-05-24 CN CN2011201687107U patent/CN202093166U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN104007418A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-08-27 | 罗宇 | 一种基于时间同步的大基阵水下宽带扩频信标导航定位系统及方法 |
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