本发明专利技术提供一种拖曳阵阵形校准装置及校准方法，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。另外，本发明专利技术还提供了相应的校准方法。本发明专利技术的优点是既克服了阵上校准器对拖曳阵尺寸的影响，又保证了校准的时延精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阵列信号处理领域，具体地说，本专利技术特别涉及一种对拖曳阵进行阵形校准的装置与方法。
技术介绍
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。但是由于拖戈阵一般都是柔性阵，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。
技术实现思路
本专利技术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。为实现上述专利技术目的，本专利技术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20 kHz 800 kHz。上述技术方案中，所述发射换能器的间距为l~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)。为实现上述专利技术目的，本专利技术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沖串。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孩i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。本专利技术相对于现有技术具有如下技术效果第一，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术用于校准的发射换能器与拖曳阵分离，避免了对拖曳阵6尺寸的造成影响，因此安装简便，实用性强。第三，本专利技术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专利技术的实施例，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2是表示实施例中发射机的工作原理框3是表示实施例中倒T形发射阵的工作原理框4是表示实施例中接收机和阵形校准系统的工作原理框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图7是表示实施例中利用正交编码信号进行时延估计的原理分析图8是表示实施例中16位正交编码信号互相关峰值的分布图9是表示实施例中阵形校准系统对单拖曳阵进行阵形估计的原理图10是表示实施例中阵形校准系统对双拖曳阵进行阵形估计的原理图li是表示实施例中阵形校准设备的试验效果对比图。具体实施例方式本专利技术的基本思路如下将三组满足正交条件的编码脉沖串分别通过位于倒T形阵的三个端点的发射换能器连续发出，通过安装在拖曳阵上的接收机获得脉沖直达波，配合测深仪获取的发射阵深度信息，利用正交编码信号的正交性，对直达波信号进行高精度时延估计，从而获得对拖曳阵列三维阵形的精确校准。下面结合附图与具体实施例对本专利技术作进一步地描述。实施例1参考图1,本专利技术提供的拖曳阵阵形校准装置包括发射机、倒T形发。其中发射机包括依次连接的信号编码器、信号同步器、数/模转换器和 发射功率放大器。信号编码器产生一组相互正交的高频编码信号(两两正 交的三个信号脉冲串)，三个正交编码脉冲串经过信号同步器进行时间同 步之后，分别通过数/模转换器和发射功率放大器后送至发射换能器发射，如图2所示。倒T形发射阵安装在载体平台(例如船只)或拖曳平台(例如拖鱼) 上，包括发射换能器、姿态仪、深度计以及倒T形支架。本实施例中，两 个发射换能器分别固定在支架两侧保持水平状态，另 一个固定在倒T形支 架的顶端，构成倒T形阵，三个发射换能器之间的间距理论上越大越好， 但是由于平台的限制一般取1至5m为宜。姿态仪和深度计固定在支架水 平部分的中心处，其结构如图3所示。倒T形发射阵通过刚性的支架可以 保持阵元之间的距离，通过姿态仪和深度计可以测量水平发射阵的姿态和 所在深度，通过测量的姿态信息对水平阵的水平偏差进行校准，使其将由 于水中流涌所引起的姿态偏移的影响降到最低。接收机安装在拖曳阵上，包括阵校准接收换能器、模/数转换器、数据 发送器。接收机通过阵校准接收换能器接收直达的声信号、通过模/数转换 器将接收到的直达波声信号由模拟信号转换为数字信号、通过数据发送器 打包传送至阵形校准计算单元。阵校准接收换能器采用水听器，其频率可 在20kHz 800kHz间选择，用于阵校准水听器的频率通常是做为拖曳阵阵 元的水听器的十倍以上。因为高频水听器体积较小因而不会对阵的尺寸产 生影响。为了满足不同层次的阵校准需求，所安装的阵校准接收换能器的 数目和位置可以根据不同的情况灵活安排。比如为了满足精细的阵校准需 求，可以在阵上每个阵元附近均安装一个阵校准接收换能器，这样可以得 到对整个阵列各个阵元之间的相互位置较为细致的估计;又如当只需要对 阵形进行粗估时，可以在阵列的头部和尾部分别安装一个阵校准接收换能 器，再在阵列中部安装一至两个阵校准接收换能器，即可获得对阵形的粗 略估计。阵形校准计算单元包含时延估计器和阵形校准器。倒T形发射阵上的 姿态仪和深度计，以及接收机接收到的直达波声信号均送至阵形校准计算 单本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种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。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宇，李淑秋，黄勇，黄海宁，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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