具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器及該水聽器的目標(biāo)定位及判別方法
【專利摘要】具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器及該水聽器的目標(biāo)定位及判別方法,涉及一種自主定位及目標(biāo)判別的磁復(fù)合三維MEMS矢量水聽器，屬于水聲傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。解決了現(xiàn)有單個矢量水聽器能對空間目標(biāo)進(jìn)行定位的精度差和目標(biāo)判別不準(zhǔn)確的問題，本發(fā)明包括3個MEMS加速度傳感器、2個聲壓水聽器、磁方位傳感器、正交調(diào)整架、信號處理電路和聲學(xué)透聲灌封材料的外殼，3個MEMS加速度傳感器、2個聲壓水聽器和磁方位傳感器均固定在正交調(diào)整架。本發(fā)明適用于進(jìn)行水下目標(biāo)的探測。
【專利說明】具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器及該水聽器的目標(biāo)定位及判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自主定位及目標(biāo)判別的磁復(fù)合三維MEMS矢量水聽器，屬于水聲傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水聲傳感器技術(shù)的發(fā)展，利用矢量水聽器獲取水下聲信息并進(jìn)行水下目標(biāo)的探測、定位方法，正逐漸成為海洋環(huán)境監(jiān)視、探測及水下目標(biāo)識別的一種有效手段。1997年國內(nèi)首次通過技術(shù)引進(jìn)，系統(tǒng)地開展矢量水聽器技術(shù)專題研究。1998年進(jìn)行了國內(nèi)首次矢量水聽器外場試驗，2000年進(jìn)行了國內(nèi)首次矢量水聽器海上試驗，效果良好，為矢量水聽器的工程應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)?；贛EMS技術(shù)研制的矢量水聽器正逐漸向微型化，集成化發(fā)展。利用MEMS技術(shù)研制的單矢量水聽器可以實現(xiàn)目標(biāo)定向功能，但如何使單個矢量水聽器能更好地為對空間目標(biāo)進(jìn)行定位及目標(biāo)判別是當(dāng)前研究的重點和難點。因此，仍然存在單個矢量水聽器能更好地為對空間目標(biāo)進(jìn)行定位精度差和目標(biāo)判別不準(zhǔn)確的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有單個矢量水聽器能對空間目標(biāo)進(jìn)行定位的精度差和目標(biāo)判別不準(zhǔn)確的問題，提供了具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器及該水聽器的目標(biāo)定位及判別方法。
[0004]本發(fā)明所述具有定位及目標(biāo)判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器，該矢量水聽器包括3個MEMS加速度傳感器1、2個聲壓水聽器2、磁方位傳感器3、正交調(diào)整架4、信號處理電路5和聲學(xué)透聲灌封材料的外殼6 ；
[0005]所述正交調(diào)整架4為11根支架固定連接構(gòu)成的非閉合正方體框架，該框架的每個支架上均設(shè)有圓形通孔，用于與螺栓連接，以正交調(diào)整架4的一個連接點為中心建立三維直角坐標(biāo)系，3個MEMS加速度傳感器I分別通過螺栓安裝在正交調(diào)整架4的Χ0Υ、Χ0Ζ和YOZ三個平面上，且3個MEMS加速度傳感器I的敏感方向相互正交，構(gòu)成三維MEMS矢量水聽器X軸振速通道、Y軸振速通道和Z軸振速通道；磁方位傳感器3通過螺栓固定在正交調(diào)整架4上，使磁方位傳感器3敏感軸初始方向與地磁北極方向夾角為零度，且與三維MEMS矢量水聽器的Y軸振速通道平行，2個聲壓水聽器2分別固定安裝在與Z軸振速通道平行的MEMS加速度傳感器I與磁方位傳感器3的內(nèi)表面上，信號處理電路5通過螺栓固定在正交調(diào)整架4上且平行于YOZ平面；3個MEMS加速度傳感器I的信號輸出端均與連接信號處理電路4的一個信號輸入端連接、2個聲壓水聽器2的信號輸出端均與信號處理電路4的另一個信號輸入端連接，磁傳感器3的信號輸出端連接信號處理電路4的磁信號輸入端；向安裝有3個MEMS加速度傳感器1、2個聲壓傳感器3、磁方位傳感器3和信號處理電路5的正交調(diào)整架4灌筑聲學(xué)透聲灌封材料構(gòu)成圓筒形外殼6。
[0006]上述水聽器的目標(biāo)判別與定位方法，該方法的具體步驟為:[0007]步驟一、采用3個MEMS加速度傳感器I輸出相互正交的三個方向的聲信號信息vx、vy和Vz ；2個聲壓水聽器2輸出并聯(lián)后的聲壓信號P (t);采用磁方位傳感器3采集磁信號，獲得磁方位傳感器3的三個正交振速分量Vi (t) ；i = X, y, z ；
[0008]步驟二、利用步驟一獲得的聲壓信號P (t)，獲得水下待測目標(biāo)相對于矢量水聽器主響應(yīng)軸的水平方位角a (f);
[0009]對聲壓信號p(t)及三個正交振速分量Vi (t) (i = X，y, z)作FFT變換,得到相應(yīng)的譜為P(f)及V(f)，則聲壓信號、振速分量互譜函數(shù)為:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器，其特征在于，該矢量水聽器包括3個MEMS加速度傳感器(I)、2個聲壓水聽器(2)、磁方位傳感器(3)、正交調(diào)整架(4)、信號處理電路(5)、聲學(xué)透聲灌封材料的外殼(6)和輸出電纜(7)； 所述正交調(diào)整架(4)為11根支架固定連接構(gòu)成的非閉合正方體框架，該框架的每個支架上均設(shè)有圓形通孔，用于與螺栓連接，以正交調(diào)整架(4)的一個連接點為中心建立三維直角坐標(biāo)系，3個MEMS加速度傳感器(I)分別通過螺栓安裝在正交調(diào)整架(4)的XOY、XOZ和YOZ三個平面上，且3個MEMS加速度傳感器(I)的敏感方向相互正交，構(gòu)成三維MEMS矢量水聽器X軸振速通道、Y軸振速通道和Z軸振速通道；磁方位傳感器(3)通過螺栓固定在正交調(diào)整架(4)上，使磁方位傳感器(3)敏感軸初始方向與地磁北極方向夾角為零度，且與三維MEMS矢量水聽器的Y軸振速通道平行，2個聲壓水聽器(2)分別固定安裝在與Z軸振速通道平行的MEMS加速度傳感器(I)與磁方位傳感器(3)的內(nèi)表面上，信號處理電路(5)通過螺栓固定在正交調(diào)整架(4)上且平行于YOZ平面；3個MEMS加速度傳感器(I)的信號輸出端均與連接信號處理電路(4)的一個信號輸入端連接、2個聲壓水聽器(2)的信號輸出端均與信號處理電路(4)的另一個信號輸入端連接，磁傳感器(3)的信號輸出端連接信號處理電路(4)的磁信號輸入端；向安裝有3個MEMS加速度傳感器(I)、2個聲壓傳感器(3)、磁方位傳感器(3)和信號處理電路(5)的正交調(diào)整架(4)灌筑聲學(xué)透聲灌封材料構(gòu)成圓筒形外殼(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器，其特征在于，該矢量水聽器還包括電纜(7)，所述電纜器(7)的一端連接信號處理電路(5)的信號輸出端，電纜器(7)穿過圓筒形外殼(6)，用于與外部設(shè)備相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器，其特征在于，該矢量水聽器還包括8個掛鉤(8)和8個圓柱形連接件(9)，所述8個圓柱形連接件(9)的主體密封在圓筒形外殼(6)內(nèi)，圓筒形外殼(6)的一個圓柱面上固定有4個圓柱形連接件(9)，圓柱形連接件(9)的一端位于圓筒形外殼(6)的外部，8個掛鉤(8)與8個圓柱形連接件(9)螺紋連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器，其特征在于，信號處理電路(5)還包括:聲信號處理電路、磁方位處理電路和數(shù)字信號處理電路，所述聲信號處理電路的一個信號輸入端同時連接2個聲壓水聽器(2)的水壓信號輸出端，聲信號處理電路的另一個信號輸入端同時連接3個MEMS加速度傳感器(I)的加速度信號輸出端，聲信號處理電路的聲信號輸出端連接數(shù)字信號處理電路的聲信號輸入端，磁方位處理電路的信號輸入端連接磁方位傳感器(3)的磁方位信號輸出端，磁方位傳感器(3)的磁信號輸出端連接數(shù)字信號處理電路的磁信號輸入端。
5.具有目標(biāo)定位及判別功能的磁復(fù)合三維矢量水聽器的目標(biāo)定位及判別方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: 步驟一、采用3個MEMS加速度傳感器(1)輸出相互正交的三個方向的聲信號信息vx、vy和vz ;2個聲壓水聽器(2)輸出并聯(lián)后的聲壓信號P (t);采用磁方位傳感器(3)采集磁信號，獲得磁方位傳感器(3)的三個正交振速分量Vi (t) ；i = X, y, z ； 步驟二、利用步驟一獲得的聲壓信號P (t)，獲得水下待測目標(biāo)相對于矢量水聽器主響應(yīng)軸的水平方位角a (f)；對聲壓信號P(t)及三個正交振速分量Vi (t) (i = X，y, z)作FFT變換,得到相應(yīng)的譜為P(f)及V(f)，則聲壓信號、振速分量互譜函數(shù)為:
【文檔編號】G01H3/00GK103954346SQ201410208529
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】李金平, 張鵬, 徐興燁, 李起棟, 宮占江, 史鑫 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所