一种针对立体四元阵定向系统的水池测试装置及方法与流程

本发明涉及一种针对立体四元阵定向系统的水池测试装置及方法，属于水声目标探测及引信。

背景技术：

1、水下探测平台因尺寸限制通常采用小尺度声基阵对目标进行探测定向，立体四元阵是一种能定向和测距的小尺度声基阵。为满足水下探测平台对目标精确定位的应用需求，要求立体四元阵定向系统具有较高的定向精度。

2、在立体四元阵定向系统进行湖海试验之前或者自身进行优化改进之后，需要在试验室对立体四元阵定向系统的测向精度进行定量测量，以便分析比较与评价。

3、目前一般采用的测试方法是在水池中安装立体四元阵，定点移动声源或者立体四元阵，对几个固定特征方位点进行测试。该方法测量的方位角和俯仰角范围较窄，无法验证立体四元阵的全空间的定向性能，特别是俯仰角测量，因为，目前对俯仰角测量，需要将移动声源放置在不同的深度，由于受到试验室水池大小的限制，测量范围是有限的，因为声源、立体四元阵以及立体四元阵所在的水平面所构成的角度难以达到90°，因此难以测量到立体四元阵对边界的定向精度。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决现有技术中的测试装置无法验证立体四元阵全空间的定向性能，特别是对俯仰角测量的技术问题，本发明的目的在于提供一种针对立体四元阵定向系统的水池测试装置及方法，所述测试装置能够对立体四元阵的全空间的定向性能进行测试，包括对俯仰角的测试；测试过程中，只需要将立体四元阵进行简单的调整就能够实现对俯仰角的测试，无需频繁调整声源在水中的深度，操作便捷。

2、为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

3、一种针对立体四元阵定向系统的水池测试装置，包括发射换能器、刻度绳、转台、工装装置、转台控制台；

4、刻度绳的一端连接发射换能器，刻度绳和发射换能器一同入水，刻度绳的设置能够使操作人员知晓发射换能器的入水深度；

5、立体四元阵通过所述工装装置与转台相连，所述转台控制台用于控制转台的移动以及转台在水平面内的旋转；进而通过所述工装装置带动立体四元阵在水平面内同步转动；

6、所述工装装置具有两个安装位，其中一个安装位使立体四元阵定向系统坐标系的xoy平面与水平面平行，此时所述立体四元阵在水平面内旋转能够进行方位角的测量；另一个安装位使立体四元阵定向系统坐标系的xoz平面与水平面平行，此时所述立体四元阵在水平面内旋转能够进行俯仰角的测量。

7、进一步地，所述工装装置包括固定套筒、转接杆、抱箍和转接法兰；其中转接杆具有水平杆和设置在水平杆两端的竖直杆，且一端竖直杆向上，另一端竖直杆向下；所述固定套筒的一端与转台的旋转杆连接，另一端与转接杆竖直向上的竖直杆相连；转接杆的竖直向下的竖直杆通过抱箍与转接法兰相连；转接法兰的轴线沿水平方向，即与转接杆中水平杆的轴线平行；立体四元阵的底座在所述转接法兰的两个安装位下均能够与所述转接法兰相连接；

8、所述转接杆呈弯折状，使立体四元阵定位系统的坐标系原点与所述转台的旋转中心位于同一条竖直线上。

9、进一步地，立体四元阵的底座通过螺钉与所述转接法兰的沿周向均匀间隔分布的螺孔螺纹连接，进而实现立体四元阵的底座与所述转接法兰相连；且所述转接法兰至少包括四个沿所述转接法兰周向均匀分布的螺孔，使立体四元阵的底座在两个安装位下均能够与所述转接法兰相连接。

10、进一步地，所述测试装置还包括目标噪声模拟设备、功率放大器，所述发射换能器通过功率放大器与目标噪声模拟设备相连，所述功率放大器将目标噪声模拟设备发送的信号放大后传输至发射换能器。

11、进一步地，所述测试装置还包括分析评估系统，转台控制台将转台的数据传输至分析评估系统，立体四元阵将接收发射的测试信号通过立体四元阵信号处理装置处理后得到定向测试结果(即角度数据)，所述处理装置将所述定向测试结果(即角度数据)传输至分析评估系统中；所述分析评估系统用于根据计算得到的转台的角度数据和立体四元阵测量的角度数据，计算立体四元阵的测量误差，并绘制立体四元阵不同方位的误差曲线。

12、一种针对立体四元阵定向系统的水池测试方法，所述方法采用本发明所述的一种针对立体四元阵定向系统的水池测试装置进行测试，所述方法包括如下步骤：

13、(1)将转台旋转至转台控制台显示的0°的方位，再将立体四元阵通过所述工装装置的一个安装位连接到所述转台上，并使其坐标系的xoy平面与水平面平行，将立体四元阵与立体四元阵信号处理装置相连，以此传输立体四元阵阵元输出的信号；

14、(2)转台控制台将转台向水下移动，使立体四元阵进入水，入水深度为h米；

15、(3)利用激光测距仪明确发射换能器入水的水平位置，通过刻度绳将发射换能器吊放入消声水池中，所述发射换能器的入水深度为h米；

16、(4)方位角测量：控制转台在水平面内匀速旋转360°，转台控制台将转台的数据传输至所述分析评估系统，同时立体四元阵信号处理装置中的数据也传输至所述分析评估系统，以此计算立体四元阵的方位角测量误差。

17、(5)俯仰角测量：控制转台旋转至0°方位，并将立体四元阵升至水面以上，，然后将立体四元阵安装在所述工装装置的另一个安装位中，使其坐标系的xoz平面与水平面平行，再将立体四元阵与所述转接法兰连接并入水，控制转台在水平面内匀速旋转180°，转台控制台将转台的数据传输至所述分析评估系统，同时立体四元阵信号处理装置中的数据也传输至所述分析评估系统，计算立体四元阵对俯仰角的测量误差。

18、进一步地，将同一时刻的转台角度数据与立体四元阵输出的定向测试结果，即立体四元阵测量的角度数据，计算立体四元阵的测量误差，并绘制立体四元阵不同方位的误差曲线。

19、有益效果

20、(1)本发明提供了一种针对立体四元阵定向系统的水池测试装置，所述工装装置具有两个安装位，其中一个安装位使立体四元阵定向系统坐标系的xoy平面与水平面平行，此时所述立体四元阵在水平面内旋转能够进行方位角的测量；另一个安装位使立体四元阵定向系统坐标系的xoz平面与水平面平行，此时所述立体四元阵在水平面内旋转能够进行俯仰角的测量。如此能够对立体四元阵的全空间测向进行测试，即涵盖了立体四元阵对方位角和俯仰角完整测向范围。

21、(2)本发明提供了一种针对立体四元阵定向系统的水池测试装置，所述工装装置中的转接杆为弯折设计，使立体四元阵定位系统的坐标系原点与所述转台的旋转中心位于同一条竖直线上，以对立体四元阵进行准确的测试；另外，所述转接杆为弯折设计使转接杆远离立体四元阵，因此能够减少转接杆对立体四元阵的阵元附近声信号的影响。

22、(3)本发明提供了一种针对立体四元阵定向系统的水池测试装置，所述转接法兰至少包括四个沿所述转接法兰周向均匀分布的螺孔，实现立体四元阵在两个不同安装位的固定，由此在完成方位角的测量后，重新安装立体四元阵时，将立体四元阵沿所述转接法兰的轴向旋转90°后与转接法兰相连便可进行俯仰角的测量进而实现对立体四元阵的全空间测向进行测试。

23、(4)本发明提供了一种针对立体四元阵定向系统的水池测试方法，所述方法对立体四元阵的俯仰角的测试，只需要将立体四元阵在两个不同的安装位进行安装，就能够测试立体四元阵对俯仰角的测量，无需使发射换能器在不同深度进行移动，以一种简单的方法就对立体四元阵的全空间测向进行测试。所述方法还通过激光测距仪能够准确确定发射换能器与立体四元阵在水平面上的相对空间位置，使精度测量结果更加精准。