一种可变深扩展阵声系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于水声工程技术领域，尤其涉及一种主动探测声学浮标装置上可用的可变深扩展阵声系统及其控制方法。可变深扩展阵声系统包括变深机构、发射机构、接收机构和控制系统，变深机构包括绞车和承重电缆；发射机构包括功率放大器和发射阵；接收机构包括接收阵；控制系统与变深机构、发射机构和接收机构信号连接，用于生成并发送控制信号至变深机构、发射机构、接收机构，以及接收并处理接收机构的回波信号；通过绞车收放承重电缆控制发射阵和接收阵的深度，功率放大器根据发射阵和接收阵的深度订制放大倍数。本发明专利技术通过变深机构使得声基阵可大范围变深，通过发射机构发出大功率声信号进行主动探测，通过展开接收阵以大孔径接收中低频回波信号。中低频回波信号。中低频回波信号。

【技术实现步骤摘要】
一种可变深扩展阵声系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于水声工程
，尤其涉及一种主动探测声学浮标装置上可用的可变深扩展阵声系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着自主探测与自动跟踪、水下组网通信、机器学习分类等技术的发展，水下目标探测正向网络化体系化发展，基于各类型浮/潜标、UUV、水下滑翔机等无人平台的自主探测手段，正在成为体系中的重要一环，而浮标则以其易于部署且性价比高的优势成为其中的主力成员。
[0003]现有的声学浮标以自带电池供电，多数采取被动工作方式，能感知但难以定位水下目标。现有的声学浮标主要存在两个方面的问题：一是无法持续性发射大功率声脉冲，这意味着目标回波也不会很强且无法持续感知；二是无法经常性驱动绞车收放缆以变深声基阵，这意味着无法利用表面声道、深海声道、会聚区、可靠声路径、海底反射等多种声传播路径探测目标。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术致力于设计一种可变深扩展阵声系统，适用于主动探测声学浮标装置，载荷探测性能和适装性俱佳的声系统，在解决上述两方面问题的同时，以尽可能大的阵列孔径收发中低频信号，扩大声学浮标的感知范围。能够连续发射稳定的大功率声源，具有展开前紧凑收纳展开后孔径够大的声基阵可接收中低频信号，还具有小型绞车和足长线缆收放声基阵可大范围变深，从而支撑声学浮标胜任深远海水下局域警戒探测使命。
[0005]本专利技术提供一种可变深扩展阵声系统，包括变深机构、发射机构、接收机构及控制系统。变深机构包括绞车以及卷绕在所述绞车上的承重电缆；发射机构包括功率放大器和发射阵；接收机构包括接收阵；控制系统与变深机构、发射机构和接收机构信号连接，用于生成并发送控制信号至变深机构、发射机构、接收机构，以及接收并处理接收机构的回波信号。其中，所述发射阵和接收阵悬挂在所述承重电缆的下端，通过所述绞车收放所述承重电缆控制所述发射阵和接收阵的深度，所述功率放大器根据发射阵和接收阵的深度订制放大倍数。
[0006]优选的，所述控制系统包括顶层电子单元，所述顶层电子单元发出的所述控制信号包括变深控制信号、探测控制信号和姿态控制信号。
[0007]优选的，所述绞车设置有绞车控制系统，所述绞车控制系统接收所述顶层电子单元发出的变深控制信号并根据所述变深控制信号控制所述承重电缆卷绕或解卷绕，使发射机构和接收机构达到设定深度。
[0008]优选的，所述探测控制信号包括功率放大器控制信号和探测信号，所述功率放大器根据所述功率放大器控制信号按订制放大倍数放大提供给发射阵的探测信号。
[0009]优选的，所述顶层电子单元设置若干个信号通道，所述功率放大器设置若干个与所述信号通道对应的功率放大器模块，所述发射阵设置若干个与所述功率放大器模块对应的阵元，任一所述顶层电子单元的信号通道与对应的所述功率模块以及对应所述阵元依次信号连接。
[0010]优选的，所述发射阵包括垂直线阵列布置的若干个阵元，任一所述阵元包括盘托，以及平铺在盘托上的一个或多个圆盘式换能器。
[0011]优选的，所述控制系统还包括刚性连接于所述接收阵底部的底层电子单元，所述底层电子单元接收所述顶层电子单元发出的姿态控制信号并根据所述姿态控制信号控制所述接收阵展开成设定形态的阵型。
[0012]优选的，所述接收阵包括中心杆和围绕所述中心杆的多条接收臂，所述接收臂一端与所述中心杆活动连接，以使所述接收臂能相对所述中心杆展开或收拢；所述接收阵还包括罗经、姿态传感器和深度传感器。
[0013]优选的，所述接收阵还包括多个水听器，所述水听器径向或周向分布在所述接收臂上。
[0014]本专利技术还提供一种采用上述的可变深扩展阵声系统的控制方法，包括以下步骤：
[0015]S1、所述可变深扩展阵声系统的控制系统自动生成探测策略，并根据所述探测策略发送控制信号至所述变深机构、发射机构和接收机构；
[0016]S2、所述变深机构驱动所述发射机构和接收机构变深至设定深度；
[0017]S3、所述发射机构中的功率放大器按订制倍数放大探测信号输送至发射阵，所述发射阵以设定形式发出探测信号；
[0018]S4、所述接收机构接收回波信号并将回波信号和接收阵信息传输至控制系统。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1.本专利技术可变深扩展阵声系统为主动探测声学浮标装置设置了变深机构，包括绞车以及卷绕在绞车上的承重电缆，绞车根据控制系统发出的变深控制信号解卷绕承重电缆，将发射阵和悬于其下的接收阵以一定速度收放至指定深度，可经常性驱动绞车收放缆以变深声基阵，这意味着声学浮标装置可以利用表面声道、深海声道、会聚区、可靠声路径、海底反射等多种声传播路径探测目标，使得浮标装置的探测范围变得更大。
[0021]2.本专利技术可变深扩展阵声系统的发射机构包括功率放大器和发射阵，功率放大器根据控制系统发出的探测控制信号按订制放大倍数对探测信号进行放大，再通过信号缆将放大后的探测信号提供给发射阵，发射阵将之由电信号转换为声信号再辐射至水中，使得声学浮标装置能够主动发出大功率的声信号辐射至水中进行目标探测。
[0022]3.本专利技术可变深扩展阵声系统的接收机构包括接收阵，接收阵的接收臂能相对中心杆展开或收拢，接收阵根据控制系统发出的姿态控制信号展开成设定形态的阵型，以水平或立体中大孔径接收中低频声信号，能够扩大声学浮标装置的感知范围。接收阵上还配备精密罗经和姿态、深度传感器，以随时测量校准接收阵的方向、姿态与深度，从而支撑接收机进行目标真方位解算以及与阵深及姿态适配的信号处理，提高目标真方位解算和信号处理的准确性。
[0023]4.本专利技术可变深扩展阵声系统的控制系统包括顶层电子单元和底层电子单元，控制系统除了能对变深机构、发射机构和接收机构进行控制以外，底层电子单元还能够实时
处理接收阵接收到的回波信号，并将处理结果和接收阵信息实时传输至顶层电子单元，顶层电子单元通过通信系统能够实时传输目标探测结果和声学浮标实时状态给控制中心，使得用户能够实时监控声学浮标装置状态和查看目标探测结果。
附图说明
[0024]通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，附图所示的浮标装置组件构成及展开形态、供能流及信号信息流、标发射阵形态、标接收阵形态等仅是各自主题的对应示意或示例，其中：
[0025]图1示出了本专利技术实施例可变深扩展阵声系统的整体结构示意图；
[0026]图2示出了本专利技术实施例可变深扩展阵声系统的典型供能流及主要信号信息流示意图；
[0027]图3示出了本专利技术实施例可变深扩展阵声系统收拢状态的发射阵的结构示意图；
[0028]图4示出了本专利技术实施例可变深扩展阵声系统展开状态的发射阵的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变深扩展阵声系统，其特征在于，包括：变深机构，包括绞车以及卷绕在所述绞车上的承重电缆；发射机构，包括功率放大器和发射阵；接收机构，包括接收阵；控制系统，与变深机构、发射机构和接收机构信号连接，用于生成并发送控制信号至变深机构、发射机构、接收机构，以及接收并处理接收机构的回波信号；其中，所述发射阵和接收阵悬挂在所述承重电缆的下端，通过所述绞车收放所述承重电缆控制所述发射阵和接收阵的深度，所述功率放大器根据发射阵和接收阵的深度订制放大倍数。2.根据权利要求1所述的一种可变深扩展阵声系统，其特征在于，所述控制系统包括顶层电子单元，所述顶层电子单元发出的所述控制信号包括变深控制信号、探测控制信号和姿态控制信号。3.根据权利要求2所述的一种可变深扩展阵声系统，其特征在于，所述绞车设置有绞车控制系统，所述绞车控制系统接收所述顶层电子单元发出的变深控制信号并根据所述变深控制信号控制所述承重电缆卷绕或解卷绕，使发射机构和接收机构达到设定深度。4.根据权利要求2所述的一种可变深扩展阵声系统，其特征在于，所述探测控制信号包括功率放大器控制信号和探测信号，所述功率放大器根据所述功率放大器控制信号按订制的放大倍数放大提供给发射阵的探测信号。5.根据权利要求4所述的一种可变深扩展阵声系统，其特征在于，所述顶层电子单元设置若干个信号通道，所述功率放大器设置若干个与所述信号通道对应的功率放大器模块，所述发射阵设置若干个与所述功率放大器模块对应的阵元，任一所述顶层电子单元的信号通道与对应的所述功率模...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫红凯，王平波，吕波，张润，
申请(专利权)人：北京星网船电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：