[发明专利]一种烷基苯介质中的声源精确定位装置及方法

说明书

本发明一种烷基苯介质中的声源精确定位装置及方法，属于信号与信息处理领域；包括主控计算机、接口分机、发射换能器和接受换能器；发射换能器设置于被定位的ROV上，ROV位于充满烷基苯介质的球形容器内；发射换能器按照设定周期，定时发射声学信标信号，利用授时同步装置，同时检测记录到达接收换能器的信号的时刻；8个接受换能器均布于充满烷基苯介质的球形容器内壁上，阵列位置分别位于空间立方体的8个顶点处，接收来自发射换能器的声学信号。再通过最小二乘优化ROV的空间定位坐标精度，将空间上离散点的拟合应用到烷基苯介质中的定位。按照一定的优化准则对ROV的位置精度进行优化，可以在30米球范围内，达到对ROV位置的距离测量误差精度不大于30cm。

技术领域

本发明属于信号与信息处理领域，具体涉及一种烷基苯介质中的声源精确定位装置及方法。

背景技术

烷基苯介质中的声源精确定位是中微子研究试验装置的重要内容之一，也是水声短基线定位技术的一个典型应用。

中微子是构成物质世界的最基本的单元之一，与其他基本粒子——夸克和带电轻子相比,它们性质独特,而且很难探测,是人们了解最少的粒子,存在众多未解之谜.对中微子未知问题的研究,不仅将完善我们对物质世界最基本规律的认识,也很有可能导致对现有粒子物理理论体系。步入21世纪,中微子研究蓬勃发展,成为粒子物理最重要的分支之一,而且扩展到天文学、宇宙学、地球物理等多个学科,形成了“中微子科学”。中微子的实验研究有60多年的历史,取得了许多重大发现,包括发现3种中微子、发现中微子振荡等,先后3次被授予诺贝尔奖。我国的中微子实验研究起步很晚,但取得了很好的成绩.2003年提出大亚湾反应堆中微子实验的构想,2011年底实验建成,短短2个多月后就发现了新的中微子振荡模式,震惊了国际粒子物理界,被美国Science杂志评为当年的十大科学突破。2008年提出了下一步测量中微子质量顺序的设想，2013年江门中微子实验(JiangmenUnderground Neutrino Observatory，简称JUNO系统)得以立项,预期2020年建成。该项目以确定质量顺序和精确测量混合参数为主要物理目标,同时可以开展超新星中微子、太阳中微子、地球中微子、大气中微子等多项国际领先水平的研究。JUNO项目在广东省江门的开平市建立实验站,位于距阳江核电站和台山核电站53km处.实验将建设一个充满质量为2万吨的液体闪烁体探测容器，液体闪烁介质采用烷基苯介质，位于地下700m。该项目可以开展反应堆中微子能谱测量等相关研究，以及进行其它多项科学前沿研究。该项目的试验装置如图2所示。

整个试验装置正式工作前，或使用过程中，需要对光电倍增管进行校准。进行校准工作时，将有一个携带放射性吊舱的小型航行器(ROV)在指令控制下于球罐内运动，根据试验要求，需要实时测得ROV的精确位置，定位误差不超过30mm。可以采用的定位系统包括激光定位、电磁定位和声学定位等，由于中微子试验的特殊性，电磁和激光都会对试验产生影响，声学办法成为唯一选择。因此需要研制一套定位系统以实现对ROV小型航行器准确定位，该系统统称为朱诺(JUNO)刻度系统或JUNO定位系统。

水声定位系统已经有很长的发展历史，已经取得了许多重要成果。水声定位系统由多个基元组成，基元间的连线称为基线。可按照基线长度和探测距离的相对关系对水声定位系统进行分类，也可按照基线的绝对尺寸进行分类。按照基线的绝对尺寸进行分类，可将水声定位系统分为长基线系统、短基线系统和超短基线系统。长基线大约100～6000米，短基线1～50米，超短基线1米。