本发明专利技术涉及一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器及其工作方式，包括声头，声头侧面间隔安装多组声基阵，声头底部安装电子舱，电子舱底部安装水下云台；根据多个声基阵反馈的声信号的强弱以及水下目标的方位角信号，信号处理模块生成旋转指令，经控制器模块控制水下云台工作，通过驱动电机来带动转轴转动，从而声头转动，使得收发换能器的最佳作用区域对准水下目标，以精确地进行跟踪定位。本发明专利技术通过在声头侧面间隔安装多组声基阵，有效解决了现有超短基线定位系统作业区域不足的问题，实现了侧向大开角范围内的精准定位，大大扩大了其有效作业区域，并且收发换能器能够根据实际情况自动旋转声头以更准确地定位，适用性好。
An inverted ultrashort baseline transducer for lateral measurement and its working mode
【技术实现步骤摘要】
一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器及其工作方式
本专利技术涉及水下定位
，尤其是一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器及其工作方式。
技术介绍
21世纪是海洋的世纪，海洋的研究、开发和利用离不开海洋工程装备，深海空间站已成为发达国家海洋技术研究的前沿领域。深海空间站是一类不受海面恶劣风浪环境的制约，可长周期、全天候地在深海域直接操控作业工具与装置，进行海洋科学研究、资源探测开发与海底工程作业的深海运载装备。针对具体的水下作业任务，深海空间站一般搭载作业型缆控潜器(ROV)完成其任务使命。当到达特定的作业海域后，为节省能量，深海空间站通常处于悬停或者坐底状态，并释放ROV在指定位置完成作业任务。在此过程中，深海空间站需要实时跟踪ROV的位置，以便于操作人员进行有效操控并顺利完成作业任务。水面船舶主要使用超短基线定位系统对水下移动目标(如ROV)进行跟踪定位。超短基线定位系统主要包括收发换能器和应答器两部分，并且分别安装在两个运动载体上。当收发换能器采用耐压结构并装载于水下移动目标上时，则称该定位系统为倒置超短基线定位系统。对于深海应用而言，深海空间站则主要使用倒置超短基线定位系统对ROV进行跟踪定位。现有技术中，收发换能器可同时跟踪多个目标，收发换能器通常安装于深海空间站上底部，应答器则安装在ROV上。根据超短基线定位原理，收发换能器可测量出与应答器之间的相对位置矢量，从而对ROV定位。然而，当深海空间站坐底时，超短基线定位系统显然不可用；当深海空间站悬停时，由于超短基线定位系统存在特定的有效作业区域，一般是以收发换能器为顶点的锥形区域，且离中轴线越近效果越好，因此，当ROV处于深海空间站正下方时，深海空间站对ROV的定位效果最好，定位最准确，而当ROV与深海空间站深度差较小或者处于同一深度时，ROV则很容易偏离超短基线定位系统的有效作用范围。因此，因超短基线定位系统存在特定的有效作业区域，现有的倒置超短基线定位系统存在使用局限性。收发换能器装在深海空间站的底部或是顶部，都无法对深海空间站正侧方的运动目标定位；若收发换能器装在正前方，则深海空间站又无法对其两侧及后方的运动目标定位；若各个方向都装，则需要花费较大的代价。
技术实现思路
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的侧向测量式倒置超短基线收发换能器及其工作方式，从而大大改善现有超短基线定位系统的有效作业区域，实现了侧向大开角范围内的精准定位，适用性好。本专利技术所采用的技术方案如下：一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，包括声头，所述声头侧面间隔安装有多组声基阵，所述声头底部安装有电子舱，所述电子舱底部安装有水下云台；所述电子舱内安装有控制器模块，所述水下云台在控制器模块的控制下工作，从而带动声头转动。作为上述技术方案的进一步改进：所述声头的结构为：包括圆柱形结构的支撑体，所述支撑体圆周面上沿周向均匀安装有多个透声橡胶，单个透声橡胶与支撑体之间安装有一组声基阵。所述支撑体侧面沿着圆周方向均匀开有多个凹口，所述声基阵与凹口一一对应，单组声基阵安装于凹口内，单个透声橡胶与凹口一一对应并且匹配卡装。单组声基阵包括声源和多个水听器，多个水听器以声源为中心均布于支撑体上。所述电子舱内安装有信号处理模块、惯导模块和控制器模块，所述声基阵、惯导模块和控制器模块均与信号处理模块相连通；所述控制器模块控制水下云台工作；还包括电源模块，所述声基阵、惯导模块、控制器模块和信号处理模块均与电源模块相连。所述信号处理模块通过外部接口与外部深海空间站相连。所述水下云台的结构为：包括与电子舱相连的云台主体，云台主体底部安装有转轴，转轴底端安装有基座；所述云台主体内安装有驱动转轴转动的电机。所述水下云台底部安装有法兰盘，所述法兰盘固装于外部深海空间站的顶端，所述收发换能器通过电缆线与深海空间站相连；还包括与收发换能器配合使用的应答器，所述应答器安装于缆控潜器的顶部；所述缆控潜器位于深海空间站的侧方。所述声头与电子舱连接处安装有水密接插件一；所述电子舱侧壁上安装有水密接插件二；所述电子舱与水下云台连接处安装有水密接插件三。所述一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器的工作方式，包括如下步骤：第一步：布置于声头侧面的多组声基阵同时检测应答器的声信号，多组声基阵将声信号发送至信号处理模块；第二步：根据接收到的声信号，信号处理模块分析声信号的强弱以及应答器的方位角，生成旋转指令，并将该旋转指令发送至控制器模块；第三步：控制器模块根据旋转指令控制电机工作；转轴在电机带动下转动，进而带动水下云台、电子舱和声头转动，从而使得多个声基阵中的一个与应答器对准，该声基阵检测此时应答器的声信号并发送至信号处理模块；第四步：惯导模块测量收发换能器的当前航向、姿态角及在大地坐标系中的位置，并将信号发送至信号处理模块；第五步：信号处理模块结合第三步中声基阵的声信号以及第四步中惯导模块的信号，信号处理模块解算出应答器的准确位置，并将该位置信息发送至外部深海空间站。本专利技术的有益效果如下：本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，通过在声头侧面间隔安装多组声基阵，有效解决现有超短基线定位系统作业区域不足的问题，实现了侧向大开角范围内的精准定位，大大扩大了其有效作业区域；尤其适用于深海空间站和ROV，当两者深度差较小或是处于同一深度平面时，能够实现深海空间站对ROV的精准跟踪定位。本专利技术还包括如下优点：根据多个声基阵反馈的声信号的强弱以及水下目标的角度信号，信号控制模块生成旋转指令，经控制器模块控制水下云台工作，驱动电机并带动转轴转动，从而声头转动，使得收发换能器的最佳作用区域对准水下目标，进而大大促进并提升跟踪定位精度。电子舱用于声头、水下云台以及外部的信息交互，并进行信号处理及位置解算，控制收发换能器的转动。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术支撑体的结构示意图。图3为图2中沿A-A向的剖视图。图4为本专利技术电子舱内各模块及其与声头、水下云台的连接原理图。图5为本专利技术安装于深海空间站并与应答器配合工作示意图。其中：1、声头；11、支撑体；111、声源；112、水听器；113、凹口；12、透声橡胶；13、水密接插件一；2、电子舱；21、惯导模块；22、信号处理模块；23、控制器模块；24、电源模块；25、水密接插件二；3、水下云台；31、云台主体；32、转轴；33、基座；34、水密接插件三；4、法兰盘；5、电缆线；6、深海空间站；7、应答器；8、缆控潜器。具体实施方式下面结合附图，说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，本实施例的一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，包括声头1，声头1侧面间隔安装有多组声基阵，声头1底部安装有电子舱2，电子舱2底部安装有水下云台3，电子舱2内安装有控制器模块23，水下云台3在控制器模块23的控制下工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，其特征在于：包括声头(1)，所述声头(1)侧面间隔安装有多组声基阵，所述声头(1)底部安装有电子舱(2)，所述电子舱(2)底部安装有水下云台(3)；所述电子舱(2)内安装有控制器模块(23)，所述水下云台(3)在控制器模块(23)的控制下工作，从而带动声头(1)转动。/n
【技术特征摘要】
1.一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，其特征在于：包括声头(1)，所述声头(1)侧面间隔安装有多组声基阵，所述声头(1)底部安装有电子舱(2)，所述电子舱(2)底部安装有水下云台(3)；所述电子舱(2)内安装有控制器模块(23)，所述水下云台(3)在控制器模块(23)的控制下工作，从而带动声头(1)转动。
2.如权利要求1所述的一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，其特征在于：所述声头(1)的结构为：包括圆柱形结构的支撑体(11)，所述支撑体(11)圆周面上沿周向均匀安装有多个透声橡胶(12)，单个透声橡胶(12)与支撑体(11)之间安装有一组声基阵。
3.如权利要求2所述的一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，其特征在于：所述支撑体(11)侧面沿着圆周方向均匀开有多个凹口(113)，所述声基阵与凹口(113)一一对应，单组声基阵安装于凹口(113)内，单个透声橡胶(12)与凹口(113)一一对应并且匹配卡装。
4.如权利要求2或3所述的一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，其特征在于：单组声基阵包括声源(111)和多个水听器(112)，多个水听器(112)以声源(111)为中心均布于支撑体(11)上。
5.如权利要求1所述的一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，其特征在于：所述电子舱(2)内安装有信号处理模块(22)、惯导模块(21)和控制器模块(23)，所述声基阵、惯导模块(21)和控制器模块(23)均与信号处理模块(22)相连通；所述控制器模块(23)控制水下云台(3)工作；还包括电源模块(24)，所述声基阵、惯导模块(21)、控制器模块(23)和信号处理模块(22)均与电源模块(24)相连。
6.如权利要求5所述的一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，其特征在于：所述信号处理模块(22)通过外部接口与外部深海空间站相连。
7.如权利要求1所述的一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器，其特征在于：所述水下云台(3)的结构为...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊波，葛锡云，周宏坤，冯雪磊，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心中国船舶重工集团公司第七零二研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。