CN106569199A - 一种反蛙人声纳的换能器基阵 - Google Patents
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Abstract
本发明属于声纳小目标探测技术领域，具体公开了一种反蛙人声纳的换能器基阵，包括电子仓壳体、发射换能器基阵、接收换能器基阵及基座。基座安装在电子仓壳体上，发射换能器基阵为分布在电子仓壳体下部圆周方向上的多个列结构阵，收换能器基阵为安装在基座上的水平方向十字阵，发射换能器基阵的列结构阵与接收换能器基阵垂直。本发明采用收发分置的方式，发射换能器基阵通过在电子仓壳体圆周方向分布的多个列结构阵覆盖圆周360度方向，通过所述列结构阵的每列阵元数或每个阵元所加信号的相位，控制所述发射换能器基阵的垂直方向性开角，可实现垂直面的窄波束扫描，有效抑制来自海面和海底的混响干扰。
Description
技术领域
本发明属于声纳小目标探测技术领域，涉及一种反蛙人声纳的换能器基阵。
背景技术
水下蛙人探测已成为安全保障的重要研究领域，是当前国内外小目标探测声呐发展的关键，对海边防、港口、大型舰船、和海上石油钻井平台等重点水域安保和防御具有重要意义。在重要水域布放水声探测***，将水声作为信息的载体，对入侵目标进行探测、定位和识别是目前对抗来自水下蛙人、运载器、水下机器人等威胁的最主要手段。目前，各国投入大量的力量研究针对蛙人、水下机器人等小目标探测专用的声纳技术。
蛙人探测声纳是以小目标为探测对象的高分辨率图像声纳，工作频率越高，***方位分辨率越高，对目标的描述就越细致，越有利于对小目标的探测和识别。然而，水下声吸收正比于信号频率，频率越高，作用距离越近。因此，蛙人探测声纳的设计主要受到分辨率和作用距离的制约。反蛙人水声探测***一般布放在浅水区，在水下10-20M的深度工作，由于目标速度低且目标反射强度很小，通过传统的多普勒频移抑制混响干扰检测目标的方法已不适用，提高蛙人探测声纳作用距离的关键是如何提高信混比，抑制海面和海底的界面混响干扰。一般所采取的方法，一是合理设计发射信号形式，通过接收机和信号处理，尽量抑制混响。二是通过在后置信号处理中利用角度门（波束的不平衡度）、脉冲回波的持续时间、脉冲回波的前后沿陡度、距离门、动目标航迹特征等方法进行混响抑制。目前，国内外反蛙人声纳普遍采用的换能器基阵有收发共用的圆柱阵、收发分置的三角阵，但是换能器基阵的孔径均较小，对反蛙人探测声纳的探测效果仍不够理想。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种新型反蛙人声纳的换能器基阵，能够有效减少海面和海底的界面混响干扰，提高反蛙人声纳的探测效果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种反蛙人声纳的换能器基阵，包括电子仓壳体、发射换能器基阵、接收换能器基阵及基座。所述基座安装在所述电子仓壳体上，所述的发射换能器基阵为多个列结构阵，安装在电子仓壳体下部圆周方向上，所述的接收换能器基阵为十字阵，安装在所述基座上，所述的发射换能器基阵的列结构阵与所述的接收换能器基阵垂直。
上述技术方案中，所述的反蛙人声纳的换能器基阵采用收发分置的方式，发射换能器基阵通过在圆周方向分布的多个列结构阵覆盖水平360度方向，通过所述列结构阵的每列阵元数或每个阵元所加信号的相位，控制所述发射换能器基阵的垂直方向开角，可实现垂直面的窄波束扫描，有效抑制来自海面和海底的混响干扰，提高主动声纳的浅水海域蛙人探测距离。所述的接收换能器基阵采用水平方向安装的十字阵结构，有效地减少了接收换能器基阵所需要的阵元数和预处理的通道数量。所述的列结构阵和所述的十字阵均为面阵。
进一步地，作为上述技术方案的优选方案，所述的发射换能器基阵为4个列结构阵，每个列结构阵发射波束水平方向开角大于90度，4列覆盖圆周360度，所述的列结构阵的发射波束主轴分别在所述接收换能器基阵十字阵的4个方向上。通过采用此技术方案，4个列结构阵的辐射波束主轴为所述接收换能器基阵的十字阵的4个方向，4个列结构阵按周期向4个方向循环发射声脉冲信号，相应方向相垂直的十字阵的平面阵则接收信号。
进一步地，所述的接收换能器基阵包括横、竖两条平面阵，并且两条平面阵不相交。反蛙人声纳的探测对象为小目标，其工作频率较高，通过将十字阵配置成异面垂直结构，可有效解决小目标反射信号的遮挡问题，提高探测效果。
进一步地，所述的接收换能器基阵的横、竖两条平面阵均为由两条臂构成的***阵结构，每条臂包括多列接收换能器阵，且每列接收换能器基阵由4个压电陶瓷换能器管组成，平面阵的前后方向均可接收声信号。这样可控制接收换能器基阵的垂直方向开角，并使十字阵的每条平面阵实现前后方向工作。所述的每列接收换能器阵水平开角为120度，垂直开角为30度，在***工作频率下，接收换能器基阵***的水平波束开角可达1.2度，有效抑制来自海水中的体积混响。
进一步地，所述的每列接收换能器阵的4个压电陶瓷换能器管采用两串两并的方式排列，可提高基阵的接收灵敏度。
进一步地，所述的反蛙人声纳的换能器基阵还包括机械锁定结构，所述的发射换能器基阵的4个列结构阵、接收换能器基阵的十字阵的4个臂可通过机械锁定结构实现快速安装和拆卸。可方便运输，并能减少换能器基阵的损坏。
进一步地，所述的接收换能器基阵采用了虚拟阵技术，根据所述机械锁定结构占用的空间虚拟阵列，有效抑制了换能器基阵的付瓣，保证了***的定位精度。
本发明的有益技术效果：
（1）本发明反蛙人声纳的换能器基阵采用收发分置的方式，发射换能器基阵通过在电子仓壳体圆周方向分布的多个列结构阵覆盖圆周360度方向，通过所述列结构阵的每列阵元数或每个阵元所加信号的相位，控制所述发射换能器基阵的垂直方向性开角，可实现垂直面的窄波束扫描，有效抑制来自海面和海底的混响干扰。
（2）本发明反蛙人声纳的接收换能器基阵采用水平方向安装的十字阵结构，有效地减少了接收换能器基阵所需要的阵元数和预处理的通道数量；十字阵在水平方向上由多列换能器基阵组成，从而可以控制接收换能器基阵水平方向开角，有效减少海水中的体积混响。
（3）通过将反蛙人声纳的接收换能器的十字阵设计为由四条臂组成的十字交叉***阵结构，利用机械锁定结构实现发射换能器基阵的四个列结构阵、接收换能器基阵的十字阵的四个臂的快速安装，减小了***的运输体积和防止换能器基阵的损坏。通过采用虚拟阵列技术，有效抑制了换能器基阵的付瓣，保证了***的定位精度。
附图说明
图1是本发明反蛙人声纳的换能器基阵的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述，应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，并不构成对本发明保护范围的任何限制。
如图1所示，1为本实施例中发射换能器基阵的列结构阵，2、3、4、5为接收换能器基阵的十字阵的四条臂，6为电子仓壳体，7为基座。
一种反蛙人声纳的换能器基阵，包括电子仓壳体、发射换能器基阵、接收换能器基阵及基座。如图1所示，所述的发射换能器基阵安装在电子仓壳体6的下部，接收换能器基阵安装在基座7上。所述的发射换能器基阵为多个列结构阵1，分别安装在电子仓壳体下部圆周方向上的，所述的发射换能器基阵的列结构阵1与所述的接收换能器基阵垂直；所述的接收换能器基阵为水平方向十字阵，安装在基座7上；所述的十字阵包括横、竖两条平面阵，并且两条平面阵呈异面垂直结构；每条平面阵为***阵，由两条臂构成；所述的每条臂包括多列接收换能器阵，每列接收换能器阵由4个压电陶瓷换能器管组成。这样可控制接收换能器基阵的垂直方向开角，并使十字阵的每条平面阵实现前后方向工作。所述的每列接收换能器阵水平开角为120度，垂直开角为30度，在***工作频率下，接收换能器基阵***的水平波束开角可达1.2度，有效抑制来自海水中的体积混响。所述的4个压电陶瓷换能器管采用两串两并方式排列，可提高基阵的接收灵敏度。
本实施例中所述的发射换能器基阵优选由4个列结构阵1组成，每个列结构阵1水平方向开角大于90度，四列覆盖圆周360度，4个列结构阵与所述的接收换能器基阵的十字阵垂直。通过采用此技术方案，4个列结构阵的辐射波束主轴为所述接收换能器基阵的十字阵的4个方向，4个列结构阵按周期向4个方向循环发射声脉冲信号，向哪个方向发射则与该方向相垂直的十字阵的平面阵接收。
所述的反蛙人声纳的换能器基阵还包括机械锁定结构，所述的发射换能器基阵的4个列结构阵、接收换能器基阵的十字阵的4个臂可通过机械锁定结构快速安装在电子仓壳体及基座上，方便了***的运输，可减少换能器基阵的损坏。
所述的接收换能器基阵采用了虚拟阵技术，根据所述机械锁定结构占用的空间虚拟阵列，有效抑制了换能器基阵的付瓣，保证了***的定位精度。
Claims (7)
1.一种反蛙人声纳的换能器基阵，包括电子仓壳体、发射换能器基阵、接收换能器基阵及基座，其特征在于：所述基座安装在所述电子仓壳体上，所述的发射换能器基阵为多个列结构阵，安装在电子仓壳体下部圆周方向上，所述的接收换能器基阵为十字阵，安装在所述基座上，所述的发射换能器基阵的列结构阵与所述的接收换能器基阵垂直。
2.根据权利要求1所述的反蛙人声纳的换能器基阵，其特征在于：所述的发射换能器基阵为4个列结构阵，每个列结构阵发射波束水平方向性开角大于90度，4列覆盖圆周360度，所述的列结构阵的发射波束主轴分别在所述接收换能器基阵十字阵的4个方向上。
3.根据权利要求2所述的反蛙人声纳的换能器基阵，其特征在于：所述的接收换能器基阵包括横、竖两条平面阵，并且所述横、竖两条平面阵不相交。
4.根据权利要求3所述的反蛙人声纳的换能器基阵，其特征在于：所述的接收换能器基阵的横、竖两条平面阵均为由两条臂构成的***阵结构，所述的每条臂包括多列接收换能器阵，且每列接收换能器阵由4个压电陶瓷换能器管组成，平面阵的前后方向均可接收声信号。
5.根据权利要求4所述的反蛙人声纳的换能器基阵，其特征在于：所述的每列接收换能器阵的4个压电陶瓷换能器管采用两串两并的方式排列。
6.根据权利要求5所述的反蛙人声纳的换能器基阵，其特征在于：所述的反蛙人声纳的换能器基阵还包括机械锁定结构，所述的发射换能器基阵的4个列结构阵、接收换能器基阵的十字阵的4个臂可通过机械锁定结构快速安装和拆卸。
7.根据权利要求6所述的反蛙人声纳的换能器基阵，其特征在于：所述的接收换能器基阵采用了虚拟阵技术，根据所述机械锁定结构占用的空间虚拟阵列。
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