一体化小尺度高阶超指向性声场传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种一体化小尺度高阶超指向性声场传感器，金属壳体上部的圆柱体内设有供电系统和内部电路板及支架平台，下部的圆柱体的中部为密封舱，密封舱外围安装高阶声场传感器接收单元，其中：接收单元的多个固定支架均匀连接于密封舱的四周，声压水听器位于固定支架上；声压水听器与内部电路板上的集成化处理单元电信号连接，集成化处理单元对水声信号接收系统输入的多路信号进行放大滤波、采集、存储和处理，降低了系统自噪声和干扰影响。本发明专利技术具有自主实时采集、存储和处理水下声信号数据，并利用超指向性波束形成方法实现对水下目标的方位估计的功能。标的方位估计的功能。标的方位估计的功能。

【技术实现步骤摘要】
一体化小尺度高阶超指向性声场传感器


[0001]本专利技术属于水下环境中的目标探测设备领域，涉及一种一体化小尺度高阶超指向性声场传感器。

技术介绍

[0002]在水声探测领域，利用被动式传感器阵列进行目标探测是十分重要的研究内容。随着目标辐射噪声不断降低，传统声呐系统的尺寸和性能之间的矛盾越来越突出，如何利用有限的阵列孔径在低信干噪比条件下实现目标的探测是一个亟待解决的重要问题。传统的常规阵列处理方法所需要的阵列孔径很大，因此，需要考虑能够实现超指向性波束形成的探测方法，以实现对低频、低信干噪比目标的探测。
[0003]上世纪90年代，文献1“Relationship of underwater acoustic intensity measurements to beamforming,Canadian Acoustics,1994,22(3):157
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158”将声场通过泰勒级数展开，指出各阶项与声压以及质点振速分量之间的关系，并提出利用声压二阶导数提高阵列的指向性。在此基础上，文献2“Highly directional acoustic receivers,J.Acoust.Soc.Am.,2003,113(3):1526
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1532”通过泰勒级数展开的各分量之间的关系，引入了二阶传感器，可以提供65
°
的波束宽度和9.5dB的最大阵增益，而一般的矢量传感器只能同时提供105
°
的波束宽度和6dB的最大阵增益。可见，高阶量的获取对提高信号处理的能力至关重要。另一方面，高阶声场传感器虽然实现了指向性的提高，但对非声学噪声更加敏感。
[0004]在水声探测中，水下声信号的采集主要依靠水听器，而传统的水听器在实际应用中，需要与前置放大电路、滤波器、以及数据采集系统一起使用。为了改进传统的水听器存在的弊端，已经有一些成熟的一体化水声测量记录产品，例如Ocean Sonics公司生产的icListen智能水听器。icListen智能水听器不同于传统的水听器，是一款自容式的水声测量记录系统。在该系统中除了水听器外，还集成了前置放大器、滤波器、A/D转换器、以及数据处理单元和数据记录单元，通过以太网接口与电脑连接，形成一个完整的水声测量记录系统。该系统含内置电池，在工作中无需电缆连接，可独立记录，工作深度可达3500米。在测量的过程中，该系统可以对采集到的数据进行实时处理，有效地减少了存储与传输的数据量。但icListen智能水听器只包含单个水听器，在实际应用中需要多个icListen自容式水听器联合使用才能实现阵列的效果，但是不同的icListen自容式水听器存在工作时间不同步，接收一致性差等问题。2006年McConnell等人研制出一种圆柱形多模态水听器，含有四个通道。多模水听器是将压电圆环上的电极分割成4等分或8等分，通过不同的输出组合，分别构成零阶、一阶和二阶指向性。该模态水听器自身带有数据存储功能，利用该水听器采集到的声信号数据可以提取到声压、振速以及振速梯度分量，即最高可提取声场的二阶信息。利用声场的高阶信息，可实现单个多模态水听器对目标方位的估计。但是该模态水听器并不具有信号处理的功能，需要获取到数据信息后利用计算机进行相关处理和分析。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种一体化小尺度高阶超指向性声场传感器，旨在实现水下低频目标探测的需要，在保证传感器工程实践的实用性，即在尽可能减小传感器阵列尺寸的前提下，提升空间处理增益。
[0007]技术方案
[0008]一种一体化小尺度高阶超指向性声场传感器，其特征在于包括高阶声场传感器接收单元1、金属壳体3、内部电路板及支架平台4和供电系统5；所述高阶声场传感器接收单元1包括声压水听器2和固定支架7；金属壳体上部的圆柱体内设有供电系统5和内部电路板及支架平台4，下部的圆柱体的中部为密封舱，密封舱外围安装高阶声场传感器接收单元1，其中：接收单元的多个固定支架7均匀连接于密封舱的四周，声压水听器2位于固定支架7上；声压水听器2与内部电路板上的集成化处理单元电信号连接，集成化处理单元对水声信号接收系统输入的多路信号进行放大滤波、采集、存储和处理，降低了系统自噪声和干扰影响。
[0009]还包括通信接口6和以太网通信接口，通信接口6位于T型结构前端，太网通信接口位于集成化处理单元的主电路板上，两者之间为电信号连接。
[0010]所述供电系统5采用电池组。
[0011]所述高阶声场传感器接收单元1内部采用硫化处理。
[0012]所述高阶声场传感器内的声压水听器2采用12个。
[0013]有益效果
[0014]本专利技术提出的一种一体化小尺度高阶超指向性声场传感器，金属壳体上部的圆柱体内设有供电系统和内部电路板及支架平台，下部的圆柱体的中部为密封舱，密封舱外围安装高阶声场传感器接收单元，其中：接收单元的多个固定支架均匀连接于密封舱的四周，声压水听器位于固定支架上；声压水听器与内部电路板上的集成化处理单元电信号连接，集成化处理单元对水声信号接收系统输入的多路信号进行放大滤波、采集、存储和处理，降低了系统自噪声和干扰影响。
[0015]本专利技术公开的一体化小尺度高阶超指向性声场传感器，包括底部黑色部分，即经过硫化后由声压水听器均匀固定在支架上所构成的一体化小型水声信号接收系统，上部的密封金属壳体以及内部的集成化处理单元。高阶超指向性声场传感器接收单元相比较传统的水听器阵列，具有尺寸小的特点，硫化固定后的小尺度高阶声场传感器大大降低了后续使用中因外部因素造成水听器阵列发生形变带来误差的可能。高阶超指向性声场传感器接收单元采集到的模拟信号沿信号线传输至金属壳体中的集成化处理单元。
[0016]本专利技术的优势在于：
[0017]本专利技术公开的一体化小尺度高阶超指向性声场传感器，具有自主实时采集、存储和处理水下声信号数据，并利用超指向性波束形成方法实现对水下目标的方位估计的功能。
[0018]本专利技术利用稳健超指向性波束形成算法，通过优化组合各阶声场信息，可获得稳健超指向性结果，使得高阶声场传感器可以在小尺寸和少阵元的前提下，降低适用的频率范围，获得超过常规方法的指向性和信噪比增益，其体积相较于传统水听器阵列更小，隐蔽
性高，适用的频率范围更低。
[0019]本专利技术的集成化处理单元将信号放大滤波、采集、存储和处理合为一体，简化了处理过程和信号数据传输，减小了噪声的引入，有效地降低了整个系统的自噪声和误差累积，对于高阶声场传感器处理方法实现具有重要作用，保证了接收数据的质量。
[0020]本专利技术的集成化处理系统具有以太网通信功能，可从水下利用水密线缆将信号数据传输至水面上，结合水面浮标中的无线通信设备传输至工作站，并配合水声数据显控系统，实现对水下环境全天候观测以及实时结果传送。
附图说明
[0021]图1：一体化小尺度高阶超指向性声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化小尺度高阶超指向性声场传感器，其特征在于包括高阶声场传感器接收单元(1)、金属壳体(3)、内部电路板及支架平台(4)和供电系统(5)；所述高阶声场传感器接收单元(1)包括声压水听器(2)和固定支架(7)；金属壳体(3)上部的圆柱体内设有供电系统(5)和内部电路板及支架平台(4)，下部的圆柱体的中部为密封舱，密封舱外围安装高阶声场传感器接收单元(1)，其中：接收单元的多个固定支架(7)均匀连接于密封舱的四周，声压水听器(2)位于固定支架(7)上；声压水听器(2)与内部电路板上的集成化处理单元电信号连接，集成化处理单元对水声信号接收系统输入的多路信号进行放大滤波、采集、存储和...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪勇，杨益新，史阳，雷波，杨龙，马远良，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：