专利名称：具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵的制作方法
具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵(一) 技术领域 本发明涉及的是一种测量装置，具体地说是一种声基阵。(二) 背景技术多波束测深系统是当前用于获取水下地形信息的最主要设备之一，宽覆盖测 量是系统最重要的性能指标之一，它决定了测绘效率，从而影响测绘周期、成本 等。多波束测深系统的工作原理是利用声基阵发射和接收超声波探测脉冲信号， 基于接收到的水底散射声信号利用信号处理手段估计出海底的地形、甚至地貌信 息。多波束测深系统实现超宽覆盖测量的最关键之处在于声基阵的指向性，超宽 覆盖的测量指标对应要求声基阵的超宽覆盖指向性。现有的多波束测深系统多采 用以下几种声基阵形式(l)收发合置的平板阵；(2)收发合置的弧形阵；(3)交 叉布放的发射弧形阵和接收直线阵；(4)交叉布放的发射直线阵和接收弧形阵； (5)收发分置"U"形阵；(6)平行布放的收发分置多线阵；(7)交叉布放的收发分置线阵。其中(l)的缺点为无纵摇补偿、ping率低、接收波束形成实时横摇补 偿复杂，如SeaBeamll85; (2)的缺点为无纵摇补偿、基阵工艺复杂，如EM950; (3)的缺点为发射指向性难以超宽，如SeaBat8125; (4)的缺点为单条线阵发射， 在系统指标"覆盖扇面"和"探测距离"间存在矛盾，如SeaBat8111; (5)的缺 点为基阵工艺复杂、尺寸大、成本高，如Fanswe印Coastal; (6)的缺点为接收 阵分辨力低，如Fanswe印20; (7)的缺点同(4)，如图000。并且上述几种声基 阵，除了(5)、 (6)以外，还存在着一个共性的缺点随着覆盖扇面的展宽，声基 阵发射的探测声波能量也随之减弱，这不仅不利于回波时变增益控制(TVG)，而 且给系统实现超宽覆盖探测增加了难度。(三) 发明内容本发明的目的在于为多波束测深系统提供一种具有超宽覆盖指向性、工艺简 单、低成本、重量轻、便于携带的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵。本发明
每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一定夹角 ""、其中/7-l，2，A，W，接收线阵与发射线阵垂直。本发明还可以包括1、 两个此组合声阵基阵，呈"V"型布放。2、 每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一定夹 角 的范围优化取为 [-45°,45°]，并满足" +1-""=(^+1+叭)/2 、其中"",2,八，iV-l。3、 每个基阵与水平面的夹角P的范围优化取为[35°,45°]。4、 每条发射线阵的工作参数满足/一/;〉A >厶，《>《>A >&。本发明克服了单线阵发射时，存在的"覆盖扇面"和"探测距离"之间的矛 盾；克服了弧形阵、"U"形阵等阵形设计加工上的高成本、高工艺复杂度、大 尺寸不利于便携式安装等缺点；克服了探测声波能量随覆盖扇面的展宽而减弱的 缺点。本发明的优点是利用多条线阵组合，实现声基阵的超宽覆盖指向性，该发 明工艺简单、成本低、重量轻。在多波束测深系统中为了进一步提高覆盖扇面， 可以使用两个此组合基阵，呈"V"型布放，每个基阵与水平面的夹角/ 可根据 应用情况而恰当选择，并优化选择每条发射线阵的工作参数 /;>/2>A>/;，0, >《>A> ，可以降低TVG范围，并且可以提高外侧海底回波能量，有利于超宽覆盖指标的实现。(四)
图1单条线阵(发射或接收)结构示意图；图2 —种具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵结构示意图； 图3 "V"型布放的两个组合声基阵。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述本发明的一种具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵可以由两条或两条 以上的发射线阵和一条接收线阵构成。现以三条发射线阵(每条发射线阵有64个
传感器)和一条接收线阵(接收线阵有128个传感器)为例对本发明的一种具有超 宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵作详细描述。第一条发射线阵发射探测声脉冲中心频率为/; =192《//Z ，传感器间距为声波波长的一半，选择传感器的尺寸以保证此发射线阵横向波束宽度《=40°;第二条发射线阵发射探测声脉冲中心频率为/2 =80《/fe ，传感器间距为声波波长的一半，选择传感器的尺寸以保证此发射线阵横向波束宽度《=32°;第三条发射线阵发射探测声脉冲中心频率为/, =168^^，传感器间距为声波波长的一半，选择传感器的尺寸以保证此发射线阵横向波束宽度《=24°;三条发射线阵的法线方向与组合声基阵面分别呈a,-24。、 《2=12°、 & =40°，接收线阵垂直于三条平行发射线阵，接收线阵传感器频率响应带宽应保证大于162KZ/z 198^/z以不失 真的接收水底散射回波。在上述条件下，如果假设三条发射线阵单位面积辐射功率相同，则最外侧 168《/fe的发射线阵比最内侧192尺/fe的发射线阵发射声源级可以高5dS ，同时由 于外侧发射线阵的工作频率低，与内侧的高工作频率声波相比，在水中的传播损 失更低，可以縮小内外侧海底回波的差距，降低TVG范围，并且可以提高外侧海 底回波能量，有利于超宽覆盖指标的实现。每个组合声基阵的覆盖扇面为96。，为了进一步实现超宽覆盖，采用"V"型布放的两个组合声基阵，"取44°，则达到双侧覆盖192。的指向性。
权利要求
1、一种具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，每个组合声振包括N、N≥2条发射线阵和一条接收线阵，其特征是每条线阵由间距均匀的一组传感器组成，N条发射线阵平行放置，每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一定夹角αn、其中n＝1，2，Λ，N，接收线阵与发射线阵垂直。
2、 根据权利要求1所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，其特 征是两个此组合声阵基阵，呈"V"型布放。
3、 根据权利要求1或2所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵， 其特征是每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一 定夹角""的范围优化取为[^5°，45°，并满足a +1 -a =+^)/2 、其中w = l,2,A ，W-l 。
4、 根据权利要求1或2所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵， 其特征是每个基阵与水平面的夹角的范围优化取为[35°,45°]。
5、 根据权利要求3所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，其特 征是每个基阵与水平面的夹角/ 的范围优化取为[35°,45°]。
6、 根据权利要求1或2所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，其特征是每条发射线阵的工作参数满足/,>/2>八>八>&。
7、 根据权利要求3所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，其特征是每条发射线阵的工作参数满足y; >/2 >八>/v，《 >《>a > 。
8、 根据权利要求4所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，其特征是每条发射线阵的工作参数满足/i >/2 >a >《>a >&。
9、 根据权利要求5所述的具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵，其特征是每条发射线阵的工作参数满足,>/2 >a > /、，《 >《 >八>^。
全文摘要
本发明提供的是一种具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵。每个组合声振包括N、N≥2条发射线阵和一条接收线阵，每条线阵由间距均匀的一组传感器组成，N条发射线阵平行放置，每条发射线阵辐射面的法线方向与组合声基阵面的法线方向存在一定夹角α<sub>n</sub>、其中n＝1，2，Λ，N，接收线阵与发射线阵垂直。本发明利用多条线阵组合，实现声基阵的超宽覆盖指向性，该发明工艺简单、成本低、重量轻。
文档编号G01S7/52GK101149434SQ20071014456
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者彬 么, 晓 刘, 刘文政, 天 周, 李海森, 陈宝伟, 魏玉阔 申请人:哈尔滨工程大学