一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法及系统技术方案

一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法及系统，涉及一种声学基元的声学相位中心校准技术，为了解决现有的声学基阵上各基元声学相位中心校准方法校准的精度差的问题，本发明专利技术通过控制装载有声学换能器的行车围绕声学基阵航行，并获得声学相位中心校准数据；根据声学相位中心校准数据建立声学基阵的各基元声学相位中心标校模型，计算行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标；根据行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标，计算声学基阵的各基元之间的基线长度；根据声学基阵的各基元之间的基线长度，计算基阵坐标系下的声学基阵的各基元声学相位中心坐标，完成声学相位中心校准。有益效果为校准精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法及系统
本专利技术涉及一种声学基元的声学相位中心校准技术。
技术介绍
海洋覆盖地球表面积为71％左右，蕴藏着许多丰富的自然资源，为了开发海洋资源，需要用到水下定位技术；常用的水下定位手段包括惯性测量、光学测量和水声测量；但是惯性测量由于积分容易出现累计误差，光学测量的作用距离较小，因此水声定位技术应用最为广泛；而在水声定位技术中声学基阵最为常用；根据基阵上各个基元的声学相位中心相对位置和声传播时延差来定位，所以声学基阵的各个基元的声学相位中心精确校准尤为重要；现有的声学基阵上各基元的声学相位中心测量方法是通过机械加工得到几何中心作为声学相位中心，而在实际的应用过程中发现：声学基阵上的各个基元的等效声学中心与它的几何中心不重合，所以现有的声学基阵上各基元声学相位中心校准方法校准的精度较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的声学基阵上各基元声学相位中心校准方法校准的精度差的问题，提出了一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法及系统。本专利技术所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法包括以下步骤：步骤一、控制装载有声学换能器的行车围绕声学基阵航行，并获得声学相位中心校准数据；所述声学基阵放置在声学暗室底部；步骤二、根据步骤一获得的声学相位中心校准数据建立声学基阵的各基元声学相位中心标校模型，计算行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标；步骤三、根据步骤二中的行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标，计算声学基阵的各基元之间的基线长度；步骤四、根据步骤三中的声学基阵的各基元之间的基线长度，计算基阵坐标系下的声学基阵的各基元声学相位中心坐标，完成声学相位中心校准。本专利技术所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准系统，该校准系统用于校准声学基阵上各阵元的声学相位中心；该校准系统包括声学暗室、数据采集模块、第一位置解算模块、基线长度计算模块和第二位置解算模块；所述声学暗室为六面体水池，并且六面体水池的每个面上分别设有吸声尖劈，用于模拟无边界深海；所述声学基阵放置在声学暗室底部；所述数据采集模块，用于采集声学相位中心校准数据；第一位置解算模块，用于根据数据采集模块采集的声学相位中心校准数据，解算声学基阵上各个基元在行车坐标系下的坐标；基线长度计算模块，用于计算声学基阵的各基元之间的基线长度；第二位置解算模块，用于解算声学基阵上各个基元在基阵坐标系下的坐标。本专利技术的有益效果是：采用了建立声学基阵的各基元声学相位中心标校模型方式，获取行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标，并以先计算声学基阵的各基元之间的基线长度，最后再计算基阵坐标系下的声学基阵的各基元声学相位中心坐标的方法，实现对声学基阵上基元的声学相位中心的校准，并且克服了声学基阵上各基元的几何中心与声学相位中心不重合问题，进而校准精度高，同时利用声学暗室模拟无边界深海，为声学相位中心校准提供了一个高精度、低干扰的校准环境，进一步提高了校准精度。附图说明图1为具体实施方式一所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法流程图；图2为具体实施方式六中数据采集模块的结构框图；图3为具体实施方式六中一种基于声学暗室的声学相位中心校准系统的立体图；图4为具体实施方式九中俯视声学暗室看到的行车运动轨迹示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法，该校准方法包括以下步骤：步骤一、控制装载有声学换能器的行车围绕声学基阵航行，并获得声学相位中心校准数据；所述声学基阵放置在声学暗室底部；步骤二、根据步骤一获得的声学相位中心校准数据建立声学基阵的各基元声学相位中心标校模型，计算行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标；步骤三、根据步骤二中的行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标，计算声学基阵的各基元之间的基线长度；步骤四、根据步骤三中的声学基阵的各基元之间的基线长度，计算基阵坐标系下的声学基阵的各基元声学相位中心坐标，完成对声学基阵上基元的声学相位中心的校准。具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法进一步限定，在本实施方式中，步骤一中获得声学相位中心校准数据包括声学换能器在行车坐标系下的坐标、声速、信号从声学换能器到声学基阵上各基元的传播时间和声学基阵的各基元通道的固定时间延迟；其中，声学换能器在行车坐标系下的坐标由行车的运动轨迹获得；声速由声速剖面仪测得；信号从声学换能器到声学基阵上各个基元的传播时间由声学基阵各基元收到信号和声学换能器发送的参考信号进行拷贝相关处理获得，声学基阵的各基元通道的固定时间延迟为信号在仪器内部电路的传播时间。具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法进一步限定，在本实施方式中，步骤二中建立的声学基阵的各基元声学相位中心标校模型为：||Xi-XN||＝ciN·(tiN-τN)，i＝1,2,3，…,M；其中，M为取声学换能器在行车坐标系下的坐标个数，并为M个观测点，i为观测点的序号，Xi为第i个观测点在行车坐标系下的具体坐标值，N为声学基阵中基元的序号，XN为第N个基元在行车坐标系下的具体坐标值，ciN为第i个观测点与第N个基元之间的声速；tiN为第i个观测点与第N个基元之间的传播时间；τN为第N个基元接收通道对应的固定时间延迟。具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法进一步限定，在本实施方式中，步骤三中计算声学基阵的各基元之间的基线长度的具体方法为：||XNi-XNj||＝lNi,Nj其中，Ni和Nj为声学基阵上两个不同的基元；XNi为基元Ni在行车坐标系下的具体坐标值；XNj为基元Nj在行车坐标系下的具体坐标值，lNi,Nj为基元Ni和基元Nj之间的基线长度。具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一或四所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法进一步限定，在本实施方式中，步骤四中计算基阵坐标系下的声学基阵的各基元声学相位中心坐标的具体流程为：步骤四一、任意选择声学基阵上的三个基元构建一个平面，建立基阵坐标系；步骤四二、确定出步骤四一中任意选择的声学基阵上三个基元在基阵坐标系下的声学相位中心坐标；步骤四三、通过基线长度交汇求解出声学基阵上的其他基元在基阵坐标系下的声学相位中心坐标，所述声学基阵上的其他基元是指除去步骤四一中任意选择的声学基阵上的三个基元。具体实施方式六：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准系统，该校准系统用于校准声学基阵4上各阵元的声学相位中心；该校准系统包括声学暗室1、数据采集模块、第一位置解算模块、基线长度计算模块和第二位置解算模块；...

【技术保护点】
1.一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法，其特征在于，该校准方法包括以下步骤：/n步骤一、控制装载有声学换能器的行车围绕声学基阵航行，并获得声学相位中心校准数据；所述声学基阵放置在声学暗室底部；/n步骤二、根据步骤一获得的声学相位中心校准数据建立声学基阵的各基元声学相位中心标校模型，计算行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标；/n步骤三、根据步骤二中的行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标，计算声学基阵的各基元之间的基线长度；/n步骤四、根据步骤三中的声学基阵的各基元之间的基线长度，计算基阵坐标系下的声学基阵的各基元声学相位中心坐标，完成对声学基阵上基元的声学相位中心的校准。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法，其特征在于，该校准方法包括以下步骤：
步骤一、控制装载有声学换能器的行车围绕声学基阵航行，并获得声学相位中心校准数据；所述声学基阵放置在声学暗室底部；
步骤二、根据步骤一获得的声学相位中心校准数据建立声学基阵的各基元声学相位中心标校模型，计算行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标；
步骤三、根据步骤二中的行车坐标系下声学基阵的各基元声学相位中心的坐标，计算声学基阵的各基元之间的基线长度；
步骤四、根据步骤三中的声学基阵的各基元之间的基线长度，计算基阵坐标系下的声学基阵的各基元声学相位中心坐标，完成对声学基阵上基元的声学相位中心的校准。


2.根据权利要求1所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法，其特征在于，步骤一中获得声学相位中心校准数据包括声学换能器在行车坐标系下的坐标、声速、信号从声学换能器到声学基阵上各基元的传播时间和声学基阵的各基元通道的固定时间延迟；其中，声学换能器在行车坐标系下的坐标由行车的运动轨迹获得；声速由声速剖面仪测得；信号从声学换能器到声学基阵上各个基元的传播时间由声学基阵各基元收到信号和声学换能器发送的参考信号进行拷贝相关处理获得，声学基阵的各基元通道的固定时间延迟为信号在仪器内部电路的传播时间。


3.根据权利要求2所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法，其特征在于，步骤二中建立的声学基阵的各基元声学相位中心标校模型为：
||Xi-XN||＝ciN·(tiN-τN)，i＝1,2,3，…,M；
其中，M为取声学换能器在行车坐标系下的坐标个数，并为M个观测点，i为观测点的序号，Xi为第i个观测点在行车坐标系下的具体坐标值，N为声学基阵中基元的序号，XN为第N个基元在行车坐标系下的具体坐标值，ciN为第i个观测点与第N个基元之间的声速；tiN为第i个观测点与第N个基元之间的传播时间；τN为第N个基元接收通道对应的固定时间延迟。


4.根据权利要求3所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法，其特征在于，步骤三中计算声学基阵的各基元之间的基线长度的具体方法为：
||XNi-XNj||＝lNi,Nj
其中，Ni和Nj为声学基阵上两个不同的基元；XNi为基元Ni在行车坐标系下的具体坐标值；XNj为基元Nj在行车坐标系下的具体坐标值，lNi,Nj为基元Ni和基元Nj之间的基线长度。


5.根据权利要求1或4所述的一种基于声学暗室的声学相位中心校准方法，其特征在于，步骤四中计算基阵坐标系下的声学基阵的各基元声学相位中心坐标的具体流程为：
步骤四一、任意选择声学基阵上的三个基元构建一个平面，建立基阵坐标系；
步骤四二、确定出步骤四一中任意选择的声学基阵上三个基元在基阵坐标系下的声学相位中心坐标；
步骤四三、通过基线长度交汇求解出声学基阵上的其他基元在基阵坐标系下的声学相位中心坐标，所述声学基阵上的其他基元是指除去步骤四一中任意选...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑翠娥，孙大军，张居成，韩云峰，勇俊，张殿伦，崔宏宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23