[发明专利]一种拖曳阵阵形校准装置及校准方法

说明书

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，具体地说，本发明特别涉及一种对拖曳阵进行阵形校准的装置与方法。

背景技术

在声纳领域中，拖曳阵声纳是一种相当重要的探测声纳系统。由于拖曳阵声纳远离拖曳平台，其受本舰噪声的影响较小，因此是进行远程目标探测的主要声纳设备。但是由于拖曳阵一般都是柔性阵，其阵形受水流和拖曳的影响较大。目前，国外的一些相关设备(如ATLAS拖曳线列阵)是通过水下拖鱼连接线列阵，从而减小水下环境对拖曳阵阵形的影响。这种做法在一定程度上确实减小了拖曳阵的阵形畸变，但是，由于拖曳阵的实际阵形不可能达到的理想姿态，因此由于阵形畸变所引入的误差始终存在，有时会极大影响拖曳阵的探测性能。因此，需要一种对拖曳阵阵形进行测量和校准的装置。然而，目前针对拖曳阵的专门阵形校准设备和方法都是阵上校准器，这类的阵上校准器需要将发射装置安装在阵上，造成拖曳阵的直径增大(一般直径是原拖曳阵的2至3倍)，给拖曳阵收放以及工程实现造成相当大的困难，不利于实际应用。

发明内容

本发明的目的是利用正交编码信号的正交性，通过倒T形三元阵发射测试信号，进行高精度的时延估计，以获得对拖曳阵列三维阵形的精确校准。

为实现上述发明目的，本发明提供的拖曳阵阵形校准装置，包括倒T形发射阵、接收机以及阵形校准计算单元，所述倒T形发射阵安装在载体平台或拖曳平台上，包括两个呈水平状态的发射换能器和一个测深发射换能器，所述测深发射换能器位于两个水平发射换能器连线的中垂线上；所述三个发射换能器用于发射相互正交的测试信号；所述接收机分布在拖曳阵中的多个位置，用于在各个位置接收所述正交测试信号，并将信号传送给所述阵形校准计算单元；所述阵形校准计算单元用于计算各接收机之间的相对位置，从而得出拖曳阵的阵形。

上述技术方案中，所述倒T形发射阵还包括姿态仪、深度计和倒T形支架，所述两个水平发射换能器分别固定在倒T形支架两侧，所述测深发射换能器固定在倒T形支架的顶端，所述姿态仪和深度计固定在所述支架水平部分的中心处。

上述技术方案中，所述发射换能器的工作频率为20kHz～800kHz。

上述技术方案中，所述发射换能器的间距为1～5m。

上述技术方案中，所述接收机包括阵校准接收换能器、模/数转换器和数据发送器；所述阵校准接收换能器的工作频率为20kHz～800kHz(与发射换能器相同)。

为实现上述发明目的，本发明提供的阵形校准方法，包括如下步骤：

1)倒T形发射阵的三个发射换能器分别发射相互正交的三组测试信号；

2)各个接收机接收直达信号，并将该信号传送给所述阵形校准计算单元；

3)阵形校准计算单元对接收的直达信号进行相关处理，得出各个接收机接收到三组正交测试信号的时延差，然后计算出各个接收机的相对位置，从而得出拖曳阵的阵形。

上述技术方案中，所述测试信号是连续的正交编码脉冲串。

上述技术方案中，所述正交编码脉冲串的码元宽度的选择范围在0.1至100微秒之间。

所述步骤3)中，所述阵形校准计算单元以所述两个水平发射换能器的中心点作为坐标原点，以两个水平发射换能器的连线以及所述测深发射换能器到所述坐标原点的连线做为坐标轴建立三维坐标系，然后依据该坐标系计算出各个接收机的相对位置。

本发明相对于现有技术具有如下技术效果：

第一，本发明采用了正交编码信号组合和短基线主动校准的方式来进行拖曳阵的阵形校准，有效地解决了阵形畸变的问题。并且，本发明利用高频正交编码信号组合，可以获得高精度的时延估计，提高了校准精度。

第二，本发明用于校准的发射换能器与拖曳阵分离，避免了对拖曳阵尺寸的造成影响，因此安装简便，实用性强。

第三，本发明既可以适用于单拖曳阵声纳系统，也可以适用于多拖曳阵声纳系统。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是表示实施例中利用倒T形阵与正交信号进行拖曳阵阵形校准设备结构框图；

图2是表示实施例中发射机的工作原理框图

图3是表示实施例中倒T形发射阵的工作原理框图

图4是表示实施例中接收机和阵形校准系统的工作原理框图

图5是表示实施例中正交编码序列与正交编码信号波形图(8位编码)；

图6是表示实施例中32位正交编码序列两两互相关与自相关的比较图；其中图6a是自相关与1-2信号互相关的对比图，图6b是自相关与1-3信号互相关的对比图，图6c是自相关与2-3信号互相关的对比图