專利名稱：一種拖曳陣陣形校準裝置及校準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陣列信號處理領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明特別涉及一種對拖曳陣進行陣形校準的裝置與方法。
背景技術(shù)：
在聲納領(lǐng)域中，拖曳陣聲納是一種相當重要的探測聲納系統(tǒng)。由于拖曳陣聲納遠離拖曳平臺，其受本艦噪聲的影響較小，因此是進行遠程目標探測的主要聲納設備。但是由于拖戈陣一般都是柔性陣，其陣形受水流和
拖曳的影響較大。目前，國外的一些相關(guān)設備(如ATLAS拖曳線列陣)是通過水下拖魚連接線列陣，從而減小水下環(huán)境對拖曳陣陣形的影響。這種做法在一定程度上確實減小了拖曳陣的陣形畸變，但是，由于拖曳陣的實際陣形不可能達到的理想姿態(tài)，因此由于陣形畸變所引入的誤差始終存在，有時會極大影響拖曳陣的探測性能。因此，需要一種對拖曳陣陣形進行測量和校準的裝置。然而，目前針對拖曳陣的專門陣形校準設備和方法都是陣上校準器，這類的陣上校準器需要將發(fā)射裝置安裝在陣上，造成拖曳陣的直徑增大(一般直徑是原拖曳陣的2至3倍)，給拖曳陣收放以及工程實現(xiàn)造成相當大的困難，不利于實際應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用正交編碼信號的正交性，通過倒T形三元陣發(fā)射測試信號，進行高精度的時延估計，以獲得對拖曳陣列三維陣形的精確校準。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的拖曳陣陣形校準裝置，包括倒T形發(fā)射陣、接收機以及陣形校準計算單元，所述倒T形發(fā)射陣安裝在載體平臺或拖曳平臺上，包括兩個呈水平狀態(tài)的發(fā)射換能器和一個測深發(fā)射換能器，所述測深發(fā)射換能器位于兩個水平發(fā)射換能器連線的中垂線上；所述三個發(fā)射換能器用于發(fā)射相互正交的測試信號；所述接收機分布在拖曳陣中的多個位置，用于在各個位置接收所述正交測試信號，并將信號傳送給所述陣形校準計算單元；所述陣形校準計算單元用于計算各接收機之間
的相對位置，從而得出拖曳陣的陣形。
上述技術(shù)方案中，所述倒T形發(fā)射陣還包括姿態(tài)儀、深度計和倒T形支架，所述兩個水平發(fā)射換能器分別固定在倒T形支架兩側(cè)，所述測深發(fā)射換能器固定在倒T形支架的頂端，所述姿態(tài)儀和深度計固定在所述支架水平部分的中心處。
上述技術(shù)方案中，所述發(fā)射換能器的工作頻率為20 kHz 800 kHz。上述技術(shù)方案中，所述發(fā)射換能器的間距為l~5m。上述技術(shù)方案中，所述接收機包括陣校準接收換能器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和
數(shù)據(jù)發(fā)送器；所述陣校準接收換能器的工作頻率為20kHz 800kHz(與發(fā)
射換能器相同)。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的陣形校準方法，包括如下步驟1 )倒T形發(fā)射陣的三個發(fā)射換能器分別發(fā)射相互正交的三組測試信號；
2) 各個接收機接收直達信號，并將該信號傳送給所述陣形校準計算單
元^
3) 陣形校準計算單元對接收的直達信號進行相關(guān)處理，得出各個接收機接收到三組正交測試信號的時延差，然后計算出各個接收機的相對位置，從而得出拖曳陣的陣形。
上述技術(shù)方案中，所述測試信號是連續(xù)的正交編碼脈沖串。上述技術(shù)方案中，所述正交編碼脈沖串的碼元寬度的選擇范圍在0.1至100孩i秒之間。
所述步驟3)中，所述陣形校準計算單元以所述兩個水平發(fā)射換能器的中心點作為坐標原點，以兩個水平發(fā)射換能器的連線以及所述測深發(fā)射換能器到所述坐標原點的連線做為坐標軸建立三維坐標系，然后依據(jù)該坐標系計算出各個接收機的相對位置。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下技術(shù)效果
第一，本發(fā)明采用了正交編碼信號組合和短基線主動校準的方式來進行拖曳陣的陣形校準，有效地解決了陣形畸變的問題。并且，本發(fā)明利用高頻正交編碼信號組合，可以獲得高精度的時延估計，提高了校準精度。
第二，本發(fā)明用于校準的發(fā)射換能器與拖曳陣分離，避免了對拖曳陣
6尺寸的造成影響，因此安裝簡便，實用性強。
第三，本發(fā)明既可以適用于單拖曳陣聲納系統(tǒng)，也可以適用于多拖曳陣聲納系統(tǒng)。


以下，結(jié)合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，其中圖1是表示實施例中利用倒T形陣與正交信號進行拖曳陣陣形校準設備結(jié)構(gòu)框圖2是表示實施例中發(fā)射機的工作原理框3是表示實施例中倒T形發(fā)射陣的工作原理框4是表示實施例中接收機和陣形校準系統(tǒng)的工作原理框5是表示實施例中正交編碼序列與正交編碼信號波形圖(8位編碼)；圖6是表示實施例中32位正交編碼序列兩兩互相關(guān)與自相關(guān)的比較圖；其中圖6a是自相關(guān)與1-2信號互相關(guān)的對比圖，圖6b是自相關(guān)與1-3信號互相關(guān)的對比圖，圖6c是自相關(guān)與2-3信號互相關(guān)的對比圖
圖7是表示實施例中利用正交編碼信號進行時延估計的原理分析圖8是表示實施例中16位正交編碼信號互相關(guān)峰值的分布圖9是表示實施例中陣形校準系統(tǒng)對單拖曳陣進行陣形估計的原理
圖10是表示實施例中陣形校準系統(tǒng)對雙拖曳陣進行陣形估計的原理
圖li是表示實施例中陣形校準設備的試驗效果對比圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的基本思路如下將三組滿足正交條件的編碼脈沖串分別通過位于倒T形陣的三個端點的發(fā)射換能器連續(xù)發(fā)出，通過安裝在拖曳陣上的接收機獲得脈沖直達波，配合測深儀獲取的發(fā)射陣深度信息，利用正交編碼信號的正交性，對直達波信號進行高精度時延估計，從而獲得對拖曳陣列三維陣形的精確校準。
下面結(jié)合附圖與具體實施例對本發(fā)明作進一步地描述。實施例1
參考圖1,本發(fā)明提供的拖曳陣陣形校準裝置包括發(fā)射機、倒T形發(fā)。
其中發(fā)射機包括依次連接的信號編碼器、信號同步器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和 發(fā)射功率放大器。信號編碼器產(chǎn)生一組相互正交的高頻編碼信號(兩兩正 交的三個信號脈沖串)，三個正交編碼脈沖串經(jīng)過信號同步器進行時間同 步之后，分別通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和發(fā)射功率放大器后送至發(fā)射換能器發(fā)射，
如圖2所示。
倒T形發(fā)射陣安裝在載體平臺(例如船只)或拖曳平臺(例如拖魚) 上，包括發(fā)射換能器、姿態(tài)儀、深度計以及倒T形支架。本實施例中，兩 個發(fā)射換能器分別固定在支架兩側(cè)保持水平狀態(tài)，另 一個固定在倒T形支 架的頂端，構(gòu)成倒T形陣，三個發(fā)射換能器之間的間距理論上越大越好， 但是由于平臺的限制一般取1至5m為宜。姿態(tài)儀和深度計固定在支架水 平部分的中心處，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。倒T形發(fā)射陣通過剛性的支架可以 保持陣元之間的距離，通過姿態(tài)儀和深度計可以測量水平發(fā)射陣的姿態(tài)和 所在深度，通過測量的姿態(tài)信息對水平陣的水平偏差進行校準，使其將由 于水中流涌所引起的姿態(tài)偏移的影響降到最低。
接收機安裝在拖曳陣上，包括陣校準接收換能器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù) 發(fā)送器。接收機通過陣校準接收換能器接收直達的聲信號、通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換 器將接收到的直達波聲信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號、通過數(shù)據(jù)發(fā)送器 打包傳送至陣形校準計算單元。陣校準接收換能器采用水聽器，其頻率可 在20kHz 800kHz間選擇，用于陣校準水聽器的頻率通常是做為拖曳陣陣 元的水聽器的十倍以上。因為高頻水聽器體積較小因而不會對陣的尺寸產(chǎn) 生影響。為了滿足不同層次的陣校準需求，所安裝的陣校準接收換能器的 數(shù)目和位置可以根據(jù)不同的情況靈活安排。比如為了滿足精細的陣校準需 求，可以在陣上每個陣元附近均安裝一個陣校準接收換能器，這樣可以得 到對整個陣列各個陣元之間的相互位置較為細致的估計;又如當只需要對 陣形進行粗估時，可以在陣列的頭部和尾部分別安裝一個陣校準接收換能 器，再在陣列中部安裝一至兩個陣校準接收換能器，即可獲得對陣形的粗 略估計。
陣形校準計算單元包含時延估計器和陣形校準器。倒T形發(fā)射陣上的 姿態(tài)儀和深度計，以及接收機接收到的直達波聲信號均送至陣形校準計算 單元參與計算，得到陣形校準數(shù)據(jù)，如圖4所示。
如圖11所示為設備的試驗效果對比圖(圖中長虛線表示未校準的處理
8結(jié)果，實線表示校準后處理的結(jié)果)，由圖可以看出經(jīng)過陣形校準后，測向 估計目標的方位更準確，且能夠獲得更高的空間處理增益。
本發(fā)明還提供了利用所述拖曳陣陣形校準裝置進行陣形校準的方法。本
實施例是應用于單拖曳陣的陣形校準，包括以下步驟
(1)發(fā)射機通過安裝在拖曳載體上的倒T形發(fā)射陣連續(xù)地發(fā)射正交編碼 脈沖串。
本步驟中信號編碼器產(chǎn)生一組相互正交的高頻編碼信號(三個兩兩正交
的信號脈沖串)，所謂正交編碼脈沖信號可以描述為對于兩個包含元素(-l, 1),且長度為N的編碼序列c,("),q("),如果滿足以下條件
|Jc,("),c7(") = o
則稱C,(")，C,(")互為正交的，例如序列(-1, 1)和(1, -1)就是最簡單
的正交編碼序列，由正交編碼序列調(diào)制的高頻信號，即稱為正交編碼脈沖信
號，如圖5所示，便是兩個8位正交編碼脈沖串信號(圖中C1、 C2、 C3編 碼序列，Ml、 M2、 M3表示脈沖串信號)。
為了滿足拖曳陣的陣形校準的要求，在正交編碼脈沖信號的設計中，盡 量選取互干擾旁瓣水平低的編碼組合，同時為了提高正交編碼脈沖的時間分 辨能力，每個碼元根據(jù)符號的不同分別采用正調(diào)頻和負調(diào)頻的形式進行調(diào) 制。
三個正交編碼脈沖串經(jīng)過信號同步器進行時間同步之后，分別通過數(shù)/模 轉(zhuǎn)換器和發(fā)射功率放大器后送至發(fā)射換能器發(fā)射，如圖2所示。
(2 )安裝在拖曳陣上的接收機接收所發(fā)射的正交編碼脈沖串直達波，并 送至陣形校準計算單元。
本步驟中，安裝在拖曳陣上的接收機通過陣校準接收換能器接收直達的 聲信號、通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收到的直達波聲信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號、通過數(shù)據(jù)發(fā)送器打包傳送至陣形校準計算單元，同時把水平發(fā)射陣上 的姿態(tài)儀和深度計數(shù)據(jù)均送至陣形校準計算單元參與計算，如圖4所示。
(3)陣形校準計算單元利用正交編碼信號的正交特性和測深儀獲取的發(fā) 射陣深度信息，通過時延估計器和陣形校準器對直達波信號進行高精度時延 估計，從而獲得對拖曳陣列陣形的三維校準。所謂正交編碼信號的正交特性，是指對于正交編碼信號而言，其自相關(guān)
譜具有主瓣窄且峰值-均值比高，而相互的互相關(guān)i普峰值-均值比低，并且自 相關(guān)譜的峰值水平相對于互相關(guān)譜的峰值水平的比值較大。圖6a、圖6b、 圖6c是三個32位正交編碼脈沖串信號的自相關(guān)和互相關(guān)圖，(假設發(fā)射正 交編碼信號分別為1、 2、 3號信號，圖6a是自相關(guān)與1-2信號互相關(guān)的對 比圖，圖6b是自相關(guān)與l-3信號互相關(guān)的對比圖，圖6c是自相關(guān)與2-3信 號互相關(guān)的對比圖)，其中實線表示信號的自相關(guān)、點虛線表示1和2號信 號之間的互相關(guān)、長虛線表示1和3號信號之間的互相關(guān)、短虛線表示2和 3號信號之間的互相關(guān)，可以看出正交編碼信號自相關(guān)具有較高的峰均比而 相互之間的互相關(guān)水平較低，所以正交編碼脈沖信號是進行相干時延估計的 理想波形。因此，雖然接收機所接收到的三個發(fā)射機發(fā)射信號的自達波在時 間上是混合在一起的，但是根據(jù)正交編碼信號的正交特性，利用不同信號副 本進行相關(guān)檢測，能夠獲得較高的相干峰值，從而可以精確估計不同發(fā)射信 號到達的時延。
圖7為時延估計實例。圖7中Sl表示不考慮噪聲時接收機所接收到的第 一個正交編碼信號的時間序列、S2表示不考慮噪聲時接收機所接收到的第二 個正交編碼信號的時間序列，S3表示不考慮噪聲時接收機所接收到的第三個 正交編碼信號的時間序列，可見它們到達接收機的時刻是不同的，即估計時 延是不同的。S表示考慮噪聲時接收機實際所接收到的時間序列，可見接收 機所接收到三個正交編碼信號的直達波信號是相互混合在一起的，單通過時 間序列分析是無法獲得各自的時延估計的;而使用正交編碼信號Sl的副本 進行相關(guān)時，參考圖7中相關(guān)處理后的Ml,可以看出Ml出現(xiàn)了明顯的峰值， 根據(jù)這一峰值可以得到對Sl信號直達波的時延估計；使用正交編碼信號S2 的副本進行相關(guān)時，參考圖7中相關(guān)處理后的M2，可以看出M2出現(xiàn)了明顯 的峰值，根據(jù)這一峰值可以得到對S2信號直達波的時延估計；使用正交編 碼信號S3的副本進行相關(guān)時,參考圖7中相關(guān)處理后的M3,可以看出M3 出現(xiàn)了明顯的峰值，根據(jù)這一峰值可以得到對S3信號直達波的時延估計。 比較M1、 M2和M3，可以發(fā)現(xiàn)由于自相關(guān)峰值較高同時互相關(guān)水平低，時延 估計的精度較高。正交碼的分辨能力取決于碼元寬度，但在水聲領(lǐng)域中，如 果碼元寬度過短，其需要的帶寬就較大，不適于水聲應用，如果碼元寬度過 寬，其得到的精度又太低。因此，本發(fā)明中碼元寬度在0. 1至IOO微秒內(nèi)選 擇。本實施例中碼元寬度為IO微秒，這時可分辨時間達到5微秒。
10不同的正交編碼信號組具有不同的自相關(guān)和互相關(guān)水平，如圖8表示了 16位正交編碼信號互相關(guān)峰值的分布。通過選取互相關(guān)峰值較低的正交編碼 信號組，可以獲得更好的時延估計性能。
陣形校準器通過時延估計和深度計測量的深度信息可以計算出每個陣校 準接收換能器相對載體平臺或者拖曳平臺的相對位置，從而獲得對拖戔陣列
陣形的三維校準信息。位置估計的原理如下
如圖9所示，在設定坐標系中，，支定發(fā)射機M、 N、 P到中心O之間的間 距為L, c表示聲速；x, y, z表示坐標位置，而x0, y0表示A的水平面位置， zO表示A的深度，r表示發(fā)射機到接收機的時延，r的下標表示發(fā)射點和接 收點。
對于接收器A，在設定坐標系中有
發(fā)射器M發(fā)出的信號 發(fā)射器N發(fā)出的信號 發(fā)射器P發(fā)出的信號 由式(1)和(2)相加有
("脇)2+(cr似)
(x0 -丄)2 + (y0 - 0)2 + (z0 - 0)2 =( )2 (x0 +丄)2 + (少0 — 0)2 + (z0 — 0)2 = (cr似)2 (x0 — 0)2 + O0 一 0)2 + (z0 —丄)2 =( )2
2
展開式(3)有
x02 + :v02 + z02 + I2 - 2丄z0 = (cr尸J2
將式(4 )代入(5 )得
c2[(4 _ 。 + (4 _4)]
(1)
(2)
(3)
(4)
(5) (6)
另外，由式(1)和(2)相減有
C _ 7旭)
x0 =
(7)
同理，對于接收器B,在設定坐標系中有:
發(fā)射器M發(fā)出的信號 發(fā)射器N發(fā)出的信號 發(fā)射器P發(fā)出的信號
(xl -丄)2 + (少l - 0)2 + (zl - 0)2 =("細)2 ( 8 )
(xl +丄)2 + 04 — 0)2 + 01 — 0)2 =("朋)2 ( 9 )
(Xl - 0)2 + 01 - 0)2 + 01 - Z)2 =( )2 (10)
其中Xl, yl表示A的水平面位置，zl表示B的深度，r表示發(fā)射機到 接收機的時延，r的下標表示發(fā)射點和接收點。 同樣有 .
ii<formula>formula see original document page 12</formula> (11)
<formula>formula see original document page 12</formula> (工2 )
4丄
由此可以得到兩個接收換能器之間在X軸方向上和在z軸方向上的間
距
:cl _ xO = c —T， _ 4 + 4) (13)
zl - zO = c -r尸a) + (r細_ rra) - (7似_ 7尸》-(7脇- 4)] (14) —
已知x和z后，同理可以得到兩接收換能器在y軸方向上的間距，
少l _= V(cr/>s) - z — xl 一 zl + 2丄zl — —- xO2 _ zO2 + 2丄z0
在分別獲得陣校準接收換能器兩兩之間的x、 y、 z軸方向上的間距后， 即可得出陣元間距、陣元前后錯位差等參數(shù)。
(4)周期性重復步驟(1)至(3)更新陣形參數(shù)，從而獲得實時的陣形 校準結(jié)果。 .
實施例2
本實施例的拖曳陣陣形校準裝置與實施例1 一致，不同之處是本實施例 應用于雙拖曳陣的陣形校準。本實施例的陣形校準方法包括以下步驟
(1 )發(fā)射機通過安裝在拖曳載體上的倒T形發(fā)射陣連續(xù)地發(fā)射正交編碼 脈沖串；
(2)安裝在拖曳陣上的接收機接收所發(fā)射的正交編碼脈沖串直達波，并 送至陣形校準計算單元；
(3 )陣形校準計算單元利用正交編碼信號的正交特性，通過時延估計器和 陣形校準器對直達波信號進行高精度時延估計，從而獲得對拖曳陣列陣形的 三維校準以及雙陣間距的校準；
(4 )周期性重復步驟(1)至(3)更新陣形參數(shù)。
所述步驟(1)至(3)有關(guān)正交編碼脈沖信號的原理與實施例2中所述完全相同。
所述步驟(3)中，由于應用于雙拖曳線列陣，除了需要進行各個單拖曳 線列陣的位置估計以外，進行雙拖曳線列陣之間的位置估計也是需要的，其
原理如下
如圖10所示，在拖曳線列陣1的前后兩端安裝接收換能器C和E，在拖 曳線列陣1的前后兩端安裝接收換能器D和F。
在設定坐標系中，假定發(fā)射機M、 N和P之間到中心0之間的間距為L, c表示聲速；x,y，z表示坐標位置，而x2, y2表示C的水平面位置，z2表示 C的深度，x3, y3表示D的水平面位置，z3表示D的深度，x4, y4表示E 的水平面位置，z4表示E的深度，x5, y5表示F的水平面位置，z5表示F 的深度；r表示發(fā)射機到接收機的時延，下標表示發(fā)射點和接收點；
對于陣校準接收換能器C，在設定坐標系中有，
發(fā)射器M發(fā)出的信號(x2 —丄)2+02 —o)2+02 —o)2 =("亂.)2 (15)
發(fā)射器N發(fā)出的^(言號(;c2 +丄)2+(j;2 —0)2+(z2 —0)2 =(crwc)2 (16) 發(fā)射器P發(fā)出的4言號(x2 — 0)2+O2 —0)2 + 02 —丄)2 =("PC)2 (17) 對于接收換能器D，在設定坐標系中有
發(fā)射器M發(fā)出的信號(x3-Z)2+(y3-0)2+(z3-0)2=("MD)2 (18) 發(fā)射器N發(fā)出的^[言號(x3 + ￡)2+03 —0)2+O3 —0)2 =("柳)2 (19) 發(fā)射器P發(fā)出的信號(x3-0)2 + C^-0)2+(Z3-Z)2=("ro)2 (20) 與實施例1同理可得 同才羊由
z2:
c [(fwc _ 7pc ) + (7m: _ r尸c )] ^1
(21)
z3
c [(t船_ 7尸￡)) + (7雄- "^Vj9)]
x2 =
c (:wc - )
(22)
(23)
x3 =
c (rwz - t婦)
(24)
由此可以得到雙陣前段之間在x軸方向上和在z軸方向上的間距
x3 — x2:
恥_ 7細_ 7wc + )
(25):3 :2 = C — 7尸￡|) + (^"節(jié)—7尸￡>)_(rwc -)-(7mc -rfc)] (26)
同理可以得到雙陣前段在y軸方向上的間距，
>6 —少2:^/(cr尸d) —Z —x3 —z3十2Zz3— iy(cr^) —丄一x2 — 屮2丄z2
另外通過陣校準接收換能器E和F,可以得到雙陣后段的位置估計。 當陣校準接收換能器位于其它位置時，換能器兩兩之間在x、 y、 z軸上 的間距均可根據(jù)上述方法得出。在分別獲得陣校準接收換能器兩兩之間的x、 y、 z軸方向上的間距后，即可得出陣元間距、陣交角、陣元前后錯位差等參 數(shù)。
最后所應說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明理論原理和技術(shù)方案而非限 制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等 同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán) 利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1. 一種拖曳陣陣形校準裝置，包括倒T形發(fā)射陣、接收機以及陣形校準計算單元，所述倒T形發(fā)射陣安裝在載體平臺或拖曳平臺上，包括兩個呈水平狀態(tài)的發(fā)射換能器和一個測深發(fā)射換能器，所述測深發(fā)射換能器位于兩個水平發(fā)射換能器連線的中垂線上；所述三個發(fā)射換能器用于發(fā)射相互正交的測試信號；所述接收機分布在拖曳陣中的多個位置，用于在各個位置接收所述正交測試信號，并將信號傳送給所述陣形校準計算單元；所述陣形校準計算單元用于計算各接收機之間的相對位置，從而得出拖曳陣的陣形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳陣陣形校準裝置，其特征在于，所述倒 T形發(fā)射陣還包括姿態(tài)儀、深度計和倒T形支架，所述兩個水平發(fā)射換能 器分別固定在倒T形支架兩側(cè)，所述測深發(fā)射換能器固定在倒T形支架的 頂端，所述姿態(tài)儀和深度計固定在所述支架水平部分的中心處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳陣陣形校準裝置，其特征在于，所述發(fā) 射換能器的工作頻率為20kHz 800 kHz。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳陣陣形校準裝置，其特征在于，所述發(fā) 射換能器的間距為1 5m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳陣陣形校準裝置，其特征在于，所述接 收機包括陣校準接收換能器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)發(fā)送器；所述陣校準接收 換能器的工作頻率為20 kHz 800kHz。
6. 基于權(quán)利要求1所述的拖曳陣陣形校準裝置的陣形校準方法，包括 如下步驟1 )倒T形發(fā)射陣的三個發(fā)射換能器分別發(fā)射相互正交的三組測試信號；2) 各個接收機接收直達信號，并將該信號傳送給所述陣形校準計算單元；3) 陣形校準計算單元對接收的直達信號進行相關(guān)處理，得出各個接收 機接收到三組正交測試信號的時延差，然后計算出各個接收機的相對位置， 從而得出拖曳陣的陣形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的陣形校準方法，其特征在于，所述測試信號 是連續(xù)的正交編碼脈沖串。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的陣形校準方法，其特征在于，所述正交編碼脈沖串的碼元寬度的選擇范閨在0. 1至100微秒之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣形校準方法，其特征在于，所述步驟3) 中，所述陣形校準計算單元以所述兩個水平發(fā)射換能器的中心點作為坐標 原點，以兩個水平發(fā)射換能器的連線以及所述測深發(fā)射換能器到所述坐標原 點的連線做為坐標軸建立三維坐標系，然后依據(jù)該坐標系計算出各個接收機 的相對位置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的陣形校準方法，其特征在于，當拖曳陣為 單陣時，所述步驟3)中，計算出各個接收機的相對位置的過程如下在設定坐標系中，假定發(fā)射機M、 N、 P到中心0之間的間距為L， c表 示聲速；A、 B分別為安裝在拖曳陣上的兩個陣校準接收換能器的位置，x0， yO表示A的水平面位置，.zo表示A的深度，xl, yl表示B的水平面位置， d表示B的深度，z"表示發(fā)射機到接收機的時延，r的下標表示發(fā)射點和接 收點；31)根據(jù)聲信號從M、 N、 P點到A、 B點的時延，計算出x0、 z0、 xl、Zl ， x0 = C (7似—r脇) zO = C [(TAM - rJM) + - rW)] xi = C (f抑_ 7細)zl = C —r尸fl) + (r細—7尸3)] .32) 根據(jù)x0、 W、 xl、 Zl,計算出y0、 yl;33) 計算出A 、 B點的各方向的相對距離xl-xO、 yl-yO、 d，O 。
11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的陣形校準方法，其特征在于，當拖曳陣為 單陣時，所述步驟33)中，xl-x0、 yl-yO、 zl-zO分別為C (rWS — -+ rW〉少l —少O = V(crra)2 —丄2 — xl2 - zl2 + 2￡zl — V(cr^)2 — f — xOz — zO" + 2ZzO- zO = c [(rws - r尸g) + (r細-) - (r似—r尸力)-(r飽- r尸力)] —_ ^ 。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的陣形校準方法，其特征在于，當拖曳陣為 雙陣時，所述步驟3)中，計算出各個接收機的相對位置的過程如下在設定坐標系中，假定發(fā)射機M、 N和P之間到中心0之間的間距為L， c表示聲速；C、 D為分別安裝在兩個拖曳陣上的兩個陣校準接收換能器的位置，x2， y2表示C的水平面位置，z2表示C的深度，x3， y3表示D的水 平面位置，z3表示D的深度；r表示發(fā)射機到接收機的時延，下標表示發(fā)射 點和接收點；31) 根據(jù)聲信號從M、 N、 P點到C、 D點的時延，計算出x2、 z2、 x3、<formula>formula see original document page 4</formula>32) 根據(jù)x2、 Z2、 x3、 z3，計算出y2、 y3;33) 計算出C、 D點各方向的相對距離x3 一x2、 y3-y2、 z3-z2 。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的陣形校準方法，其特征在于，當拖曳陣為 單陣時，所述步驟33)中，x3 -x2、 y3-y2、 z3，2分別為 <formula>formula see original document page 4</formula>
全文摘要
本發(fā)明提供一種拖曳陣陣形校準裝置及校準方法，包括倒T形發(fā)射陣、接收機以及陣形校準計算單元，所述倒T形發(fā)射陣安裝在載體平臺或拖曳平臺上，包括兩個呈水平狀態(tài)的發(fā)射換能器和一個測深發(fā)射換能器，所述測深發(fā)射換能器位于兩個水平發(fā)射換能器連線的中垂線上；所述三個發(fā)射換能器用于發(fā)射相互正交的測試信號；所述接收機分布在拖曳陣中的多個位置，用于在各個位置接收所述正交測試信號，并將信號傳送給所述陣形校準計算單元；所述陣形校準計算單元用于計算各接收機之間的相對位置，從而得出拖曳陣的陣形。另外，本發(fā)明還提供了相應的校準方法。本發(fā)明的優(yōu)點是既克服了陣上校準器對拖曳陣尺寸的影響，又保證了校準的時延精度。
文檔編號G01S7/52GK101470198SQ200810182999
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者宇 李, 李淑秋, 勇 黃, 黃海寧 申請人:中國科學院聲學研究所