[发明专利]一种用于水下三维定位的标量、矢量水听器复合线列阵

说明书

本发明属于声学计量测试领域，具体涉及一种用于水下三维定位的标量、矢量水听器复合线列阵，包括复合线列阵，所述复合线列阵包括矢量水听器、声信标一、声信标二和标量线列阵，所述标量线列阵一端设置有声信标一，标量线列阵另一端设置有矢量水听器，所述矢量水听器一端设置有声信标二，所述声信标二一端连接有配重块，声信标一和声信标二配合外部海船上安装的超短基线，用于对复合线列阵姿态进行修正，本发明使用标量线阵和矢量水听器阵元结合的方式，利用矢量水听器在水平方向的指向性特性填补了标量线列阵水平指向性难以分离干扰的不足，也利用了标量线列阵在水中测量的稳定性弥补矢量水听器稳定性差的缺点，提高了校准测量的准确度。

技术领域

本发明属于声学计量测试领域，具体涉及一种用于水下三维定位的标量、矢量水听器复合线列阵。

背景技术

随着声纳技术的进步，水下声纳的探测能力在提高的同时，其结构组成也愈发复杂。从单换能器到多换能器，从全向发射到波束形成，声纳发射系统的软、硬件的技术组成也区域多样化。功能提升的同时，也使得在不同的环境中声纳的性能更容易发生变化。首先，声纳换能器的性能本身会随着时间而发生变化，而目前的声纳装备一般以多元基阵为主，声纳工作时需要通过基阵内各阵元互相配合来达到性能要求。在这种情况下，即使各阵元换能器的性能变化很小，阵元换能器性能的变化叠加后可能会造成声纳性能的明显变化。其次，当换能器安装到潜艇上的声纳导流罩内的声基阵架上后，由于其声纳的实际工作环境与理论设计和验收测量环境的不同，将导致设计参数和验收测量参数与实际使用时的性能参数有所不同。此外，受恶劣的海洋环境以及潜艇上安装位置的其它结构等影响，安装到潜艇上的声纳导流罩内的换能器受基阵架及导流罩内部结构的散反射影响；同时，基元经过一段时间后，其声性能将会有所下降，当声纳设备水下声学部件因损坏或失效而更换性能完好的换能器基元后，声纳设备的性能参数也将会发生变化。以上因素对声纳性能的影响都是在声纳设备被安装、使用过一段时间后发生的，这就产生了对水下声纳设备在线校准的需求。其中声纳的发射声源级是评价主动声纳性能的重要技术指标，精确校准声纳的发射声源级对我国国防建设、海洋环境开发等方面有着重要意义。

线列阵是测量声纳发射声源级的主要设备，传统的接收线列阵可以通过多阵元测量降低背景噪声的影响提高信噪比、通过信号处理手段分离海面反射波的干扰，但由于线列阵的结构限制只能在垂直平面控制接收的指向性，在水平平面上线列阵则是全指向性。这样就导致了在处理测量数据时，若存在与测量目标同深度的干扰声源，会出现无法将干扰声源同目标声源分离的情况。此外，由于海底暗涌湍急、海浪较大，会极大的影响线列阵在海底的测量姿态，也会带来较大的测量不确定度分量。为了提高校准测量的准确度就需要改进校准试验中使用的接收线列阵。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于水下三维定位的标量、矢量水听器复合线列阵。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于水下三维定位的标量、矢量水听器复合线列阵，包括复合线列阵，所述复合线列阵包括矢量水听器、声信标一、声信标二和标量线列阵，所述标量线列阵一端设置有声信标一，标量线列阵另一端设置有矢量水听器，所述矢量水听器一端设置有声信标二，所述声信标二一端连接有配重块，声信标一和声信标二配合外部海船上安装的超短基线，用于对复合线列阵姿态进行修正。

进一步地，所述声信标一和声信标二分置于标量线列阵两侧，通过超短基线对声信标一和声信标二进行定位，以超短基线为原点，x轴、y轴和水平方向互相垂直的两条直线重合，z轴与垂直方向重合建立坐标系，若定位到的声信标位置坐标分别为(x₁， y₁，z₁)和(x₂，y₂，z₂)，则复合线列阵与垂直方向间的夹角α应为：

校准过程中，α应不大于复合线列阵的主瓣宽度，为达成校准目标，需要设置配重块，且校准时间应避开涨、落潮的高峰期，降低暗涌对复合线列阵姿态的影响。