[发明专利]具有超宽覆盖指向性的多线阵组合声基阵

说明书

(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：(1)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：(1)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SeaBeam1185；(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Fansweep Coastal；(6)的缺点为接收阵分辨力低，如Fansweep 20；(7)的缺点同(4)，如EM3000。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。

本发明的目的是这样实现的：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_n、其中n＝1，2，Λ，N，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α_n的范围优化取为[-45°，45°]，并满足α_n+1-α_n＝(θ_n+1+θ_n)/2、其中n＝1，2，Λ，N-1。

3、每个基阵与水平面的夹角β的范围优化取为[35°，45°]。

4、每条发射线阵的工作参数满足f₁＞f₂＞Λ＞f_N，θ₁＞θ₂＞Λ＞θ_N。

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β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f₁＞f₂＞Λ＞f_N，θ₁＞θ₂＞Λ＞θ_N，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)附图说明

图1单条线阵(发射或接收)结构示意图；

图2一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。

(五)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：