[发明专利]一种水下声矢量探测装置

权利要求书

1.一种水下声矢量探测装置，其特征在于，包括水声探测模块和数据处理模块；

所述水生探测模块包括矢量水听器、水下仪器舱和导流罩；

所述矢量水听器用于检测水下声场空间一点处声压和三个正交方向的标量和矢量信号；所述矢量水听器位于所述导流罩内；

所述水下仪器舱位于所述导流罩底部，用于放置所述数据处理模块；

所述数据处理模块接收所述标量和矢量信号，采用矢量信号处理算法对所述标量和矢量信号进行处理，从而获得所述水下声场空间探测数据。

2.如权利要求1所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述矢量水听器检测到的所述标量和矢量信号表示为：

其中，p(t)、v_x(t)、v_y(t)、v_z(t)分别为所述矢量水听器的声压通道及x、y、z三个振速通道接收到的信号；θ、分别为目标相对于矢量水听器的方位角和俯仰角；n_p(t)、分别为矢量水听器声压通道及x、y、z三个振速通道所接收到的噪声。

3.如权利要求2所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述矢量水听器为同振式矢量水听器。

4.如权利要求3所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述矢量水听器的个数为至少两个，各个所述矢量水听器延竖直方向串联。

5.如权利要求2所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述水下声场空间探测数据通过以下方式获得：根据所述方位角和俯仰角将所述水下声场空间分为若干方位，将每个所述方位对应的所述信号进行累加，得到各个方位的所述信号的统计直方图。

6.如权利要求5所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述统计直方图的各个方位的峰值通过下式获得：

其中，N_i为每个方位区间的统计频数，i为第i个方位区间，d为区间宽度，n为区间个数，A表示互谱强度I(ω)。

7.如权利要求6所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述互谱强度I(ω)通过以下方法获得：对所述矢量水听器接收到的声压通道及x、y、z三个振速通道接收到的信号分别作傅里叶变换，得到声压通道频谱S_p(ω)和振速通道频谱和将振速通道频谱和分别与声压通道频谱S_p(ω)相乘得到声压振速互谱，然后对互谱作滑动窗时间平均并对互谱取实部，得到目标信号能量分量：

其中分别为x、y、z方向上的振速声压互谱；Re{·}表示取实部；·表示滑动窗平均；符号*表示取共轭；所述互谱强度I(ω)为：

8.如权利要求7所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述方位角的计算公式为：

所述俯仰角的计算公式为：

9.如权利要求1-8任一项所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述探测装置中还包括姿态传感器，所述数据处理模块采集所述姿态传感器的信号，并结合所述姿态传感器的信号和所述矢量水听器的检测深度对所述探测装置进行定位。

10.如权利要求1-8任一项所述的水下声矢量探测装置，其特征在于，所述数据处理模块采集对所述探测装置进行全天候实时安全监测，实现对水下目标远程探测、跟踪与分类识别，并通过光纤通信将所述水下声场空间探测数据传输给指挥中心平台。