一種多波束側(cè)掃聲納裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是海洋測繪、航道保障等領(lǐng)域，更確切地說，涉及一種多波束側(cè)掃聲納裝置，在海底測繪、海底底質(zhì)勘測、海底工程施工、海底障礙物和海底沉積物探測及海底礦產(chǎn)勘探等民用方面具有廣泛應(yīng)用，同時在軍用領(lǐng)域如水下安全、航道保障、掃雷等多個領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]側(cè)掃聲納是一種運用海底目標(biāo)對入射聲波反向散射原理來探測海底形態(tài)的聲納設(shè)備，能直觀提供海底聲圖。其具有高分辨率特點，能夠得到連續(xù)二維海底圖像，高性價比，因此在海洋測繪、海洋勘察等民用方面具有廣泛應(yīng)用，同時在軍用領(lǐng)域如水下安全、航道保障、掃雷等多個領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。側(cè)掃聲納的基本工作原理為，其兩側(cè)各有一條換能器線陣，水平方向波束開角較小，一般為0.5°左右或更小，垂直方向開角較大，一般為30°?50°，通過載體移動形成垂直于聲納的多條海底帶狀區(qū)域的反射回波強度分布可以組成一幅海底二維聲圖，用于對水下障礙物、水下地貌的測量。
[0003]傳統(tǒng)的側(cè)掃聲納系統(tǒng)由于其在沿航向方向的波束角很窄，同時又要兼顧較大的掃寬，因此為了獲得較高分辨率的圖像，必須以犧牲測量效率為代價，通常為了實現(xiàn)海底的全覆蓋，測量航速一般只能達到2節(jié)左右。因此，傳統(tǒng)側(cè)掃聲納沿航向方向的波束覆蓋效率較低，要想得到高分辨率的聲納圖像必須以降低測速度或者犧牲覆蓋寬度為代價。
[0004]然而，現(xiàn)代海洋測繪和工程勘察等諸多領(lǐng)域，都提出了快速測量的概念，既要保證測量成果的高質(zhì)量要求，又要提高測量的效率，因此傳統(tǒng)的側(cè)掃聲納系統(tǒng)目前已難以勝任，必須有一種新的測量設(shè)備能夠確保在海底測繪領(lǐng)域確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和測量效率兩個方面的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于此，本發(fā)明公開了一種多波束側(cè)掃聲納裝置，該裝置由水下聲納單元(101)、甲板處理單元(102)、輔助測量設(shè)備(103)和控制計算機(104)組成，其中甲板處理單元
(102)通過水密連接器(110)與安裝于水下的水下聲納單元(101)的電子設(shè)備相連；甲板處理單元(102)通過數(shù)據(jù)電纜分別于位于水上的輔助測量設(shè)備(103)和控制計算機(104)相連。
[0006]本發(fā)明所公開的一種多波束側(cè)掃聲納裝置，其位于水下聲納單元(101)由安裝于水密電子艙(121)外的左側(cè)發(fā)射換能器(105)、左側(cè)接收換能器(107)、右側(cè)發(fā)射換能器(115)、右側(cè)接收換能器(113)、水壓力傳感器(109)、聲速測量儀(111)以及內(nèi)部的電子系統(tǒng)組成。
[0007]本發(fā)明所公開的一種多波束側(cè)掃聲納裝置，其左側(cè)發(fā)射換能器(105)和右側(cè)發(fā)射換能器(115)結(jié)構(gòu)相同均為單陣元發(fā)射換能器，其所發(fā)射聲波在沿航行方向在水下聲納單元(101)左右兩側(cè)形成兩個獨立的扇形發(fā)射波束(501、504)，發(fā)射波束的形狀為沿航向方向窄，垂直航向方向?qū)挕?br>[0008]本發(fā)明所公開的一種多波束側(cè)掃聲納裝置，其左側(cè)接收換能器(107)和右側(cè)接收換能器(113)結(jié)構(gòu)相同均為沿航行方向上的多陣元直線陣，并沿航行方向在水下聲納單元
(101)的左右兩側(cè)形成對稱的多個扇形接收波束(502、503)，接收波束的形狀為沿航向方向窄，垂直航向方向?qū)挕?br>[0009]本發(fā)明所公開的一種多波束側(cè)掃聲納裝置，其水下聲納單元(101)的電子部分以微處理器(120)為中心分別與水壓力傳感器(109)、聲速測量儀(111)、姿態(tài)傳感器(118)、羅經(jīng)(117)相連;微處理器(120)依次與左側(cè)信號發(fā)生單元(119)、左側(cè)發(fā)射換能器(105)相連，并依次與右側(cè)信號發(fā)生單元(116)、右側(cè)發(fā)射換能器(115)相連;微處理器(120)依次與左側(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(108)、左側(cè)多通道信號調(diào)理電路(106)、左側(cè)接收換能器(107)相連，并依次與右側(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(112)、右側(cè)多通道信號調(diào)理電路(114)、右側(cè)接收換能器(113)相連；微處理器(120)與水密連接器(110)相連并通過水密電纜與甲板處理單元(102)相連。
[0010]本發(fā)明所公開的一種多波束側(cè)掃聲納裝置，其水下聲納單元(101)中左側(cè)信號發(fā)生單元(119)和右側(cè)信號發(fā)生單元(116)結(jié)構(gòu)完全相同，均由依次相連的信號波形發(fā)生器(301)、功率放大器(302)、發(fā)射匹配電路(303)組成;左側(cè)多通道信號調(diào)理電路(106)與右側(cè)多通道信號調(diào)理電路(114)結(jié)構(gòu)完全相同，均由依次相連的前置放大器(201)、帶通濾波器(202)、可控增益放大器(203)、二級放大器(204)和低通濾波器(205)組成。
[0011]本發(fā)明所公開的一種多波束側(cè)掃聲納裝置，其水下聲納單元(101)數(shù)據(jù)通過水密連接器(110)和水密電纜連接至甲板處理單元(102)的水下數(shù)據(jù)接收與分發(fā)單元(401);水下數(shù)據(jù)接收與分發(fā)單元(401)依次與左側(cè)聚焦波束形成器(402)、左側(cè)回波強度計算器(404)和水上微處理器(406)相連，組成左側(cè)信號處理系統(tǒng);水下數(shù)據(jù)接收與分發(fā)單元(401)依次與右側(cè)聚焦波束形成器(403)、右側(cè)回波強度計算器(405)和水上微處理器(406)相連，組成右側(cè)信號處理系統(tǒng)；水上微處理器(406)分別與水下數(shù)據(jù)接收與分發(fā)單元(401)、輔助測量設(shè)備(103)相連完成對輔助測量數(shù)據(jù)的采集，并通過通信電纜與控制計算機(104)相連。
[0012]本發(fā)明所公開的一種多波束側(cè)掃聲納裝置，其基本原理為安裝于水下聲納單元水密電子艙外的發(fā)射換能器在信號發(fā)生單元的驅(qū)動下向水下聲納單元兩側(cè)發(fā)射兩個獨立的扇形聲波波束，發(fā)射波束的形狀為沿航向方向窄，垂直航向方向?qū)?；發(fā)射聲波照亮海底，并形成反向散射信號，散射信號被多通道接收換能器，經(jīng)放大濾波模數(shù)轉(zhuǎn)換后，進行波束形成處理，沿航行方向在水下聲納單元的左右兩側(cè)形成對稱的多個扇形接收波束，接收波束的形狀為沿航向方向窄，垂直航向方向?qū)?提取每個波束內(nèi)回波的時間強度序列，即可形成如圖6所示的沿航行方向并排的多條海底覆蓋條帶(601、602)，即依次測量能夠得到傳統(tǒng)側(cè)掃聲納多次測量的結(jié)果；隨著水下聲納單元向前快速移動，形成能夠反映整個海底底質(zhì)的側(cè)掃聲學(xué)圖像。
[0013]本發(fā)明所公開的一種多波束側(cè)掃聲納裝置與傳統(tǒng)側(cè)掃聲納相比其主要優(yōu)勢在于多波束側(cè)掃聲納可在沿航向方向形成多個窄波束，一次測量即可覆蓋較大的海底區(qū)域，因此可以大大提高測量航速，解決了傳統(tǒng)側(cè)掃聲納在沿航向方向只能形成一個窄波束測量效率不高的問題，而大大提高測繪效率。一般而言，如果多波束側(cè)掃聲納的波束數(shù)為N，那么相對于傳統(tǒng)側(cè)掃聲納其最大可提高效率為傳統(tǒng)的N倍。該裝置在海底測繪、海底勘測、海底工程施工及海底礦產(chǎn)勘探等民用方面具有廣泛應(yīng)用，同時在軍用領(lǐng)域如水下安全、航道保障、掃雷等多個領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。
[0014]由此可見，本發(fā)明設(shè)計新穎、技術(shù)含量高、可極大地提高相關(guān)海洋測繪領(lǐng)域的工作效率和測繪質(zhì)量，非常適合于海洋測繪、海洋工程勘察、航道維護以及軍用相關(guān)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更利于相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員理解，下面對附圖進行簡單說明。
[0016]圖1為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置的系統(tǒng)組成框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置中多通道信號電路的組成框圖。
[0018]圖3為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置中信號發(fā)生單元電路的組成框圖。
[0019]圖4為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置中甲板處理單元組成框圖。
[0020]圖5為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置發(fā)射、接收波束示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置海底覆蓋條帶示意圖。
[0022]圖7為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置一種實施例中發(fā)射換能器結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖8為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置一種實施例中水下聲納部分設(shè)計圖。
[0024]圖9為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置一種實施例中功率放大器和發(fā)射匹配電路的電路原理圖。
[0025]圖10為本發(fā)明所述的多波束側(cè)掃聲納裝置一種實施例中單通道信號調(diào)理電路的電路原理圖。
具體實施方案
[0026]下面結(jié)合附圖和本發(fā)明一種較佳的具體實施例對本發(fā)明作