[发明专利]一种小深度多普勒计程仪

说明书

技术领域

本发明涉及的是航海计程领域，具体涉及一种多普勒计程仪，属于水声导航仪器。

背景技术

目前，在航海系统中，采用计程仪可以连续测量运动中船舶的速度并计算出船舶的累计航程。20世纪30年代出现萨尔式水压计程仪和契尔尼克夫式转轮计程仪；50年代出现电磁计程仪。以上各种计程仪均系测量船舶相对于水的航速和航程，只有根据水的流速和流向加以修正，方能求得船舶相对于水底的航速和航程，另外安装及维修较麻烦。70年代出现的多普勒计程仪，可以直接测量船舶相对于水底的航速和航程，使计程仪发展到一个新的水平。

多普勒计程仪利用发射的声波和接收的水底反射波之间的多普勒频移测量船舶相对于水底的航速和累计航程。这种计程仪准确性好，灵敏度高，可测纵向和横向速度。主要用于船舶在狭水道航行、进出港、靠离码头时提供船舶纵向和横向运动的精确数据。最突出的特点是具有很高的灵敏度，测相对海底速度，能精确到0.01节。

目前的多普勒计程仪有缺陷：采用相控阵的大深度多普勒计程仪，可测船舶对底或对水的速度，但其工艺复杂、价格贵；另外一种是小型化的对水多普勒计程仪，体积小、价格便宜，但只能测对海底的速度。

发明内容

针对上述的问题，本发明所要解决的就是提出一种既可以对水也可以対底测速，但工艺较相控阵简单，价格也较便宜的小深度多普勒计程仪。在200m水深范围内，利用海底的散射信号进行対底测速；当水深超过200m时，利用换能器基阵面以下10m深的某一厚度水层的体积散射信号进行对水测速。

本发明提供的小深度多普勒计程仪，其系统结构如图1所示，主要由水下换能器基阵、接线盒、主机柜(含收/发系统)、主显示器以及电源箱共五个部分组成。

--换能器基阵用于向水中发射声脉冲信号，并接收从海底或水层返回的声波，实现电-声或声-电转换功能。

--接线盒用于实现换能器阻抗与发射机负载阻抗间的匹配。它还带有4路模拟负载，具有模拟负载或换能器与主机柜中收/发系统的转接功能。

--主机柜由计算机及数字信号处理分机、收/发系统和低压电源模块组成。

计算机及数字信号处理分机主要完成速度、航程、深度的计算以及数据传输，实现自校、工况转换以及与外部设备的数据通讯。

收/发系统主要完成对发射脉冲包络信号进行调制和功率放大，对接收回波信号进行放大、对数检波和正交变频输出。它还可以对校正脉冲包络信号进行调制和放大，再通过接线盒转接至接收通道，完成自校功能。

--主显示器用于速度、航程及设备工作状态信息，并对设备的工作状态及参数进行操控。

--电源箱用于提供主机柜中收/发系统中的发射机所需的高压电源。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明

图1为系统方框图。

图2为换能器布阵方式。

图3为发射通道原理性方块图。

图4为接收通道原理性方块图。

图5为电源机箱原理性方块图。

具体实施方式

在系统控制方面：水深200m内为対底工作状态，并根据不同的深度进行大、小功率的发射；超过200m可自动转为对水工作状态。此外这两种工作状态可以通过显示器上的键盘进行手动切换。

在软件处理方面：対底工作状态时，海底散射信号经接收机去噪放大、通过对数检波器和正交变频器得到信号包络及实部、虚部后，在DSP部件内进行回波到达时间的测量、信号门限的判断和信号的复相关测频，从而解算出船舶相对于海底的速度和深度。

当水深超过200m，海底散射信号小于门限信号，处于失捕状态，连续失捕一段时间后，可自动转为对水工作状态；或者水深尚未超过200m时手动强制对水工作状态。这时利用换能器基阵面以下10m深的某一厚度水层的体积散射信号经接收机去噪放大，进行对数检波、正交变频，然后在DSP部件内进行复相关测频，并解算出船舶相对于水层的速度。这样即使船舶航行在水深超过200m的水域中，也能利用本发明测得的对水速度数据进行辅助导航。

在本发明的设备硬件实现方面主要由下面5大部件构成：

1.换能器基阵

基阵内含有四个采用压电陶瓷材质的换能器，按Janus法配置，形成十字对称分布，外八字形。四个换能器发射时形成四个波束，分别指向船艏、船艉、船的右舷和左舷。(如图2)