專利名稱：一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種聲納的聲基陣，特別是涉及一種能夠?qū)崟r消除左右舷模糊的由三元水聽器組構(gòu)成的拖曳聲基陣。
技術(shù)背景常規(guī)拖曳線列陣的基元是單個全向水聽器，若干個在一條直線上的全向水聽器構(gòu)成線列陣。線列陣所形成的波束僅在水平面內(nèi)具有指向性，而在垂直面內(nèi)是全向的，因此常規(guī)拖曳線列陣存在左右舷模糊問題。
目前能夠解決拖曳線列陣左右舷模糊問題的方法有(1)對于常規(guī)拖曳線列陣，當(dāng)需要確定目標(biāo)左右舷時，母船必須改變航向，即作一次機動，然后根據(jù)目標(biāo)測量方位的變化情況來確定目標(biāo)的左右舷。這種機動所需的時間(主要是陣形穩(wěn)定時間)在母船處于遠程監(jiān)聽或跟蹤方式下是可以容忍的，但當(dāng)母船處于特殊態(tài)勢下，例如受到魚雷攻擊時，盲目地執(zhí)行機動往往是致命的，因此母船機動方法的應(yīng)用是受到限制的。
(2)20世紀(jì)90年代初，Jean Bertheas等人的美國專利5058082“Linear hydrophonic antenna and electronic device to removeright/left ambiguity，associated with the antenna”介紹了采用三個線列陣組成的復(fù)合聲陣來解決左右舷分辨問題。該專利是在一定工作頻率下，確定三個線列陣的中心間距為三分之一波長，使得三個線列陣的波束輸出滿足一定的相位關(guān)系，從而解決左右舷分辨問題。其缺點是首先僅對單頻信號適用，并且當(dāng)信號頻率較低時，這種復(fù)合聲陣的尺寸較大，這樣就限制了其實際使用；其次，該專利通過在三個線列陣填充不同密度的油，來固定復(fù)合聲陣的姿態(tài)，制作復(fù)雜，因此美國專利5058082難以在拖曳線列陣中應(yīng)用。
(3)在文獻Van Mierlo etc，Port/starboard discrimination byhydrophone triplets in active and passive towed arrays，UDT97中，Van Mierlo等在美國專利5058082的基礎(chǔ)上，提出利用三元水聽器組來解決拖曳線列陣左右舷分辨問題。文獻中沒有涉及三元水聽器組的安裝結(jié)構(gòu)，也沒有涉及拖曳線列陣的組成結(jié)構(gòu)。
(4)何心怡等人的中國專利02289416.0“一種用于拖曳線列陣聲納基陣的水聽器組”中將二元水聽器組安裝到單根拖曳線列陣，以消除左右舷模糊。專利對由二元水聽器組構(gòu)成的拖曳線列陣結(jié)構(gòu)進行了描述，其中的實施示例1，通過湖上靜態(tài)試驗驗證了幾何相移模型有7dB的左右舷增益；其中的實施示例2，僅通過仿真試驗進行了驗證，所有實施示例都沒有經(jīng)過海上拖曳試驗的驗證，即沒有考慮實際拖曳過程中聲基陣的姿態(tài)問題。但是，理論分析和試驗證明，采用二元水聽器組只能在靜態(tài)條件下，即二元水聽器組的兩個水聽器必須處于水平面內(nèi)，才能進行左右舷分辨，并且不能進行姿態(tài)補償，從而無法實際拖曳使用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的首先是克服由單個全向水聽器構(gòu)成的拖曳線列陣存在目標(biāo)左右舷模糊的缺點；第二是克服三元水聽器組基陣物理尺寸較大的缺點；第三是克服三元水聽器組基陣容易產(chǎn)生扭曲的缺點；第四是克服二元水聽器組基陣由于不能進行姿態(tài)補償而無法實際拖曳使用的缺點；從而提供一種可以工程應(yīng)用的實時消除左右舷模糊的由三元水聽器組構(gòu)成的拖曳線列陣。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣，包括護套、安裝架、水聽器保護架、護套支撐架、齒輪狀支撐架、承拉部件、姿態(tài)傳感器、水聽器和電子模塊；護套外部的前、中、后三個部位各有一個卡環(huán)；其特征在于所述水聽器安裝架上有三個安裝孔，這三個孔分布在同一個圓周上、形成等邊三角形，水聽器固定在安裝架的三個孔中間，構(gòu)成一個三元水聽器組，一個聲基陣至少包括兩個三元水聽器組；安裝架固定在水聽器保護架內(nèi)，水聽器保護架的軸線與護套軸線平行，承拉部件將水聽器保護架、護套支撐架、齒輪狀支撐架、姿態(tài)傳感器、電子模塊連接在一起并安裝在護套內(nèi)，在所述護套內(nèi)填充絕緣液體；所述三元水聽器組所在圓周的直徑D必須大于拖線陣自噪聲空間相關(guān)半徑，小于接收信號波長的十分之一。
所述姿態(tài)傳感器安裝在聲基陣的兩端，并且必須有橫搖角輸出。
所述電子模塊與水聽器、姿態(tài)傳感器電連接，完成放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換的信號編碼功能。
所述水聽器保護架和護套支撐架的外徑小于護套內(nèi)徑。
所述齒輪狀支撐架的外徑與護套內(nèi)徑一致，安裝在聲基陣的兩端和中部。
所述卡環(huán)是在姿態(tài)傳感器校準(zhǔn)后，安裝在護套外部，利用壓縮裝置將護套與齒輪狀支撐架固定為一體。
所述承拉部件包括Kevlar繩、銅環(huán)和連接器。
本實用新型優(yōu)點是利用三元水聽器組構(gòu)成拖曳線列陣，采用最優(yōu)化信號處理技術(shù)能夠在三元水聽器組物理尺寸較小的情況下，獲得最佳的左右舷分辨性能，通過特殊的固定結(jié)構(gòu)減小了聲基陣的扭曲，利用姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)進行實時姿態(tài)補償，從而實際解決了拖曳線列陣的左右舷模糊問題。


圖1是本實用新型中三元水聽器組結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型中水聽器安裝架結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實用新型中水聽器保護架結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本實用新型中齒輪狀支撐架結(jié)構(gòu)示意圖圖5是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖面說明如下1-水聽器；2-水聽器安裝架；3-水聽器保護架；4-護套支撐架；5-齒輪狀支撐架；6-承拉部件；7-姿態(tài)傳感器；8-電子模塊；9-卡環(huán)；10-聲基陣；11-護套。
具體實施示例本實用新型的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣可以由兩個以上三元水聽器組構(gòu)成?，F(xiàn)以三十二個三元水聽器組為例對本實用新型的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣作詳細描述。
首先加工制作了96個適合安裝的水聽器1，這96個水聽器的結(jié)構(gòu)和性能是一致的。利用聚胺酯材料制作了32個水聽器安裝架2。所述水聽器安裝架上有三個安裝孔，這三個孔分布在同一個圓周上、形成等邊三角形，水聽器固定在安裝架的三個孔中間，構(gòu)成一個三元水聽器組，利用尼龍材料制作了32個水聽器保護架3，三個齒輪狀支撐架5和若干個護套支撐架4；將三個水聽器1安裝在水聽器安裝架2上，構(gòu)成一個三元水聽器組；將水聽器安裝架2安裝在水聽器保護架3中，以防止三元水聽器組的變形扭曲。三十二個三元水聽器組構(gòu)成一個聲基陣。所述三元水聽器所在圓周的直徑D必須大于拖線陣自噪聲空間相關(guān)半徑，小于接收信號波長的十分之一。
按照圖1所示，利用承拉部件6按次序?qū)⑺犉鞅Ｗo架3、護套支撐架4、齒輪狀支撐架5、姿態(tài)傳感器7和電子模塊8連接成一條直線，并且水聽器保護架3的軸線與該直線平行。所有處于水聽器安裝架2上同一位置的水聽器構(gòu)成一條線列陣，共形成三條相互平行的線列陣。水聽器保護架3是等間隔安裝的。所述姿態(tài)傳感器安裝在聲基陣的兩端，并且必須有橫搖角輸出。
將上述連接在一起的各個部件套入聚胺酯護套11中，通過姿態(tài)傳感器7對聲基陣10進行姿態(tài)校準(zhǔn)，姿態(tài)校準(zhǔn)后，將卡環(huán)9套在護套11的外部。所述齒輪狀支撐架的外徑與護套內(nèi)徑一致，安裝在聲基陣的兩端和中部。在齒輪狀支撐架5位置處，利用空氣壓縮機將卡環(huán)9、護套11、齒輪狀支撐架5固定在一起，這樣將10米長的聲基陣分成兩段，減小了聲基陣的扭曲，并且在拖曳拉力的作用下，能夠保證聲基陣中三條線列陣的平行度，提高左右舷分辨的性能。所述承拉部件包括Kevlar繩、銅環(huán)和連接器。
96路水聽器信號、姿態(tài)傳感器信號、深度傳感器信號經(jīng)A/D變換、編碼后，以雙絞線傳送到轉(zhuǎn)接段，轉(zhuǎn)接段將雙絞線信號轉(zhuǎn)換為同軸信號，經(jīng)拖纜傳輸至母船上的信號處理系統(tǒng)，完成信號解調(diào)、寬帶波束形成、目標(biāo)檢測、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)左右舷分辨、目標(biāo)識別等功能。
本實施示例中所制作的由三元水聽器組構(gòu)成的聲基陣，經(jīng)過理論分析、湖上靜態(tài)試驗和海上拖曳試驗，充分證明了本實用新型能夠有效地解決拖曳線列陣的左右舷模糊問題；湖上靜態(tài)試驗結(jié)果與理論分析相一致，得到25dB以上的左右舷抑制比；海上試驗表明，本實用新型有效地減小了聲基陣的扭曲，保證了聲基陣中三條線列陣的平行度，并且能夠?qū)θ我饴暬囎藨B(tài)進行實時補償，在母船14節(jié)航速下，在30°～150°方位角范圍內(nèi)都能夠得到10dB以上的左右舷抑制比，從而使得這種拖曳線列陣進入了工程應(yīng)用階段。
權(quán)利要求1.一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣，包括護套、安裝架、水聽器保護架、護套支撐架、齒輪狀支撐架、承拉部件、姿態(tài)傳感器、水聽器和電子模塊；護套外部的前、中、后三個部位各有一個卡環(huán)；其特征在于所述水聽器安裝架上有三個安裝孔，這三個孔分布在同一個圓周上、形成等邊三角形，水聽器固定在安裝架的三個孔中間，構(gòu)成一個三元水聽器組，一個聲基陣至少包括兩個三元水聽器組；安裝架固定在水聽器保護架內(nèi)，水聽器保護架的軸線與護套軸線平行，承拉部件將水聽器保護架、護套支撐架、齒輪狀支撐架、姿態(tài)傳感器、電子模塊連接在一起并安裝在護套內(nèi)，在所述護套內(nèi)填充絕緣液體；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣，其特征在于所述三元水聽器組所在圓周的直徑D必須大于拖線陣自噪聲空間相關(guān)半徑，小于接收信號波長的十分之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣，其特征在于所述姿態(tài)傳感器安裝在聲基陣的兩端，并且必須有橫搖角輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣，其特征在于所述電子模塊與水聽器、姿態(tài)傳感器電連接，完成放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換的信號編碼功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣，其特征在于所述水聽保護架和護套支撐架的外徑小于護套內(nèi)徑，安裝在聲基陣的兩端和中部的齒輪狀支撐架的外徑與護套內(nèi)徑一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣，其特征在于所述卡環(huán)是在姿態(tài)傳感器校準(zhǔn)后，安裝在護套外部，利用壓縮裝置將護套與齒輪狀支撐架固定為一體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時消除左右舷模糊的拖曳聲基陣，其特征在于所述承拉部件包括Kevlar繩、銅環(huán)和連接器。
專利摘要本實用新型涉及一種聲納的聲基陣，本實用新型的目的主要是為了克服由單個全向水聽器構(gòu)成的拖曳線列陣存在目標(biāo)左右舷模糊等缺點。水聽器的安裝架上有三個安裝孔，這三個孔分布在同一個圓周上、形成等邊三角形，水聽器固定在安裝架的三個孔中間，構(gòu)成一個三元水聽器組，一個聲基陣至少包括兩個三元水聽器組；安裝架固定在水聽器保護架內(nèi)，水聽器保護架的軸線與護套軸線平行，承拉部件將水聽器保護架、護套支撐架、齒輪狀支撐架、姿態(tài)傳感器、電子模塊連接在一起并安裝在護套內(nèi)，在所述護套內(nèi)填充絕緣液體。優(yōu)點是利用三元水聽器組構(gòu)成拖曳線列陣，采用最優(yōu)化信號處理技術(shù)能夠在三元水聽器組物理尺寸較小的情況下，獲得最佳的左右舷分辨性能。
文檔編號B63C11/00GK2681996SQ200420020060
公開日2005年3月2日 申請日期2004年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者杜選民, 沈志祥, 趙榮榮, 陸玲蘭, 程錦山, 江智誠 申請人:中國船舶重工集團公司第七二六研究所