专利名称：声纳系统指向性的湖上测量系统及测量方法
技术领域：
本发明属于一种声纳系统指向性的湖上测量系统及测量方法。
背景技术：
声纳系统的指向性是保证设备完成预定功能的重要指标。一般系统的指向性测量，需在水池中进行。声源发射信号，转动基阵同时利用电平记录仪记录系统的输出电平。利用电平记录仪测量波束，一次只能测量一个波束，测量效率低。对于多波束系统，采用上述的方法逐个测量各个波束通道的指向性，工作量将很大。目前国内在湖上，对基阵指向性的测量方法是，人工读取回波幅度，逐点记录；对声纳系统指向性的测量方法也只是利用电平记录仪，绘制主波束。采用这两种方法在湖上测量声纳系统的指向性均无法测量到系统完整的指向性，甚至在条件不好的情况下根本无法进行测量。湖水的流动，使得声源与接收基阵之间的位置不断发生相对运动，这样测得的数据误差较大，尤其在波束较窄且须在较远的距离上测量的情况下，测量误差则更大，甚至根本无法测量。
目前在国外如何对于水域内声纳系统指向性进行测量，还未见到任何形式文献资料的报导。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统的声纳系统指向性测量方法不能在湖上进行实地测量的缺点，提供一种声纳系统指向性湖上测量系统及其测量方法，即利用数据采集系统，加上距离门控制实现波束测量的方法。该方法不但解决了因湖水的流动，声源与接收基阵之间的位置不断发生相对运动造成波束测量困难的问题，同时也大大提高了测量效率。该方法使用简便灵活、测量效率高，一次测量可以获得所有波束的数据，且测量数据可以存储在计算机内，可随时打印。
本发明的构成主要是声源[1]、声纳系统[2]、数据采集电路[3]、计算机[4]、同步信号产生电路[5]和基阵转动装置[6]组成。其中声源[1]由信号源[7]、功率放大器[8]和换能器[9]等测量仪器组成，声纳系统[2]包括接收基阵[10]、接收和波束形成电路[11]是被测系统，而数据采集电路[3]和计算机[4]可以是测量设备，也可以是被测声纳系统的一部分。测量方法是第一步测量前的准备工作，启动声源[1]向水中发射幅度合适的短周期的CW脉冲，转动基阵转动装置[6]使接收基阵[10]转角置于初始位置，接收基阵[10]接收水中的回波信号经接收和波束形成电路[11]输出波束信号，然后加到数据采集电路[3]的输入端，用示波器观测数据采集电路[3]的输入信号，测试人员调整同步信号产生电路[5]使同步信号与接收到的脉冲回波信号同步；第二步进行波束数据采集，在声源[1]不断向水中发射幅度合适的短周期的CW脉冲，通过基阵转动装置[6]快速转动接收基阵[10]的同时，数据采集电路[3]根据同步信号产生电路[5]产生的同步脉冲将采集到的波束数据存储在计算机[4]内；第三步绘制声纳系统[2]的指向性图，在计算机[4]或其它计算机上，利用应用软件将采集到的波束数据绘制成声纳系统[2]的指向性图。测量任务完成。声源[1]发射的CW脉冲信号为短周期的脉冲信号，声源[1]与接收基阵[10]的距离按测量要求确定；基阵转动装置[6]与接收基阵[10]机械连接，使接收基阵[10]可以朝任意方向转动；数据采集电路[3]、计算机[4]可以是测量系统的一部分，也可以是被测声纳系统[2]的一部分；同步信号产生电路[5]是为了解决利用被测声纳系统[2]自带计算机[4]进行测量时，由于数据存储单元存储容量不够而设定的，数据采集电路[3]可以根据同步信号，只采集有回波信号的一段波束数据，当数据存储单元存储容量足够大时，可以不加同步信号产生电路[5]，测量系统的数据采集电路[3]可以直接采集波束数据，并将采集到的波束数据存储在计算机[4]内。
该测量系统如若将声源[1]换成相位可控的信号源，去掉接收基阵[10]该方法还可以用于实验室测量声纳系统[2]中接收和波束形成电路[11]的指向性。
综上所述，本发明由于采用了数据采集技术，使该测量方法具备了简便灵活、测量效率高，一次测量可以获得所有波束的数据，且测量数据可以存储在计算机内，可随时打印的优点；由于该方法测量速度快，还可以大大减小由于湖水的流动，造成的测量数据的误差。此外，本测量方法充分利用被测系统自身所带的数据采集电路和计算机，减少了测量所用仪器设备。本发明完全适用于在各种相应的水域上或水池中对声纳设备波束形成电路和系统指向性进行测量。
图1声纳系统指向性的湖上测量系统组成框2声纳系统指向性的湖上测量系统的同步信号产生电路原理图具体实施方式
本发明测量系统中所采用的信号源[7]可以是一般实验用仪器，也可以选用AGILENT33120A型号的信号源，其可以产生周期可调、幅度可调的CW脉冲信号；功率放大器[8]为丹麦的功率放大器TYPE2713；换能器[9]为与声纳系统工作频率相匹配的换能器；同步信号产生电路[5]为自行设计的见附图2；数据采集电路[3]可以是LA1600数据采集器，也可以是其它的标准数据采集器，还可以是被测声纳系统[2]的一部分；基阵转动装置[6]为自行设计的与实验船结构匹配的转动装置。
本发明利用了数据采集技术，使该测量方法简便灵活、测量效率高，测量误差小的特点，它不但可以用在湖上，也可以用在其它水中对系统指向性的测量。另外，若将声源[1]换成相位可控的信号源，去掉接收基阵[10]该方法还可以用于实验室测量波束形成器的指向性。本发明可应用在对声纳设备波束形成电路和系统指向性的测量上。
权利要求
1.一种声纳系统指向性的湖上测量系统及测量方法，测量系统包括由接收基阵[10]和接收和波束形成电路[11]组成的被测声纳系统[2]，其特征在于它还包括由依次电信号相连的信号源[7]、功率放大器[8]和换能器[9]组成的声源[1]及分别与接收和波束形成电路[11]、同步信号产生电路[5]和计算机[4]进行电信号连接的数据采集电路[3]、还包括与接收基阵[10]具有机械连接的基阵转动装置[6]，其中信号源[7]与同步信号产生电路[5]进行电信号连接。
2.如权利要求1所述的声纳系统指向性的湖上测量系统及测量方法，其特征在于其测量方法如下第一步测量前的准备工作启动声源[1]向水中发射幅度合适的短周期的CW脉冲，转动基阵转动装置[6]使接收基阵[10]转角置于初始位置，接收基阵[10]接收水中的回波信号经接收和波束形成电路[11]输出波束信号，然后加到数据采集电路[3]的输入端，用示波器观测数据采集电路[3]的输入信号，测试人员调整同步信号产生电路[5]使同步信号与接收到的脉冲回波信号同步；第二步进行波束数据采集在声源[1]不断向水中发射幅度合适的短周期的CW脉冲，通过基阵转动装置[6]快速转动接收基阵[10]的同时，数据采集电路[3]根据同步信号产生电路[5]产生的同步脉冲将采集到的波束数据存储在计算机[4]内；第三步绘制声纳系统[2]的指向性图在计算机[4]或其它计算机上，利用应用软件将采集到的波束数据绘制成声纳系统[2]的指向性图。
3.如权利要求1所述的声纳系统指向性的湖上测量系统及测量方法，其特征在于数据采集电路[3]、计算机[4]可以是测量系统的一部分也可以是被测声纳系统的一部分。
4.如权利要求1所述的声纳系统指向性的湖上测量系统及测量方法，其特征在于当作为被测声纳系统[2]的一部分的计算机[4]的数据存储单元的存储容量足够大时，可以不加同步信号产生电路[5]。
5.如权利要求1所述的声纳系统指向性的湖上测量系统及测量方法，其特征在于若将声源[1]换成相位可控的信号源，去掉接收基阵[10]该方法还可以用于实验室里测量声纳系统[2]中接收和波束形成电路[11]的指向性。
全文摘要
本发明是一种声纳系统指向性的湖上测量系统及测量方法，它包括声源和被测声纳系统、数据采集电路、计算机、同步信号产生电路、基阵转动装置。其中声源又包括信号源、功率放大器和换能器，声纳系统又包括接收基阵、接收和波束形成电路，而数据采集电路和计算机可以是测量设备，也可以是被测声纳系统的一部分。本发明采用数据采集技术使测量方法简便灵活、测量效率高，一次测量可获得所有波束的数据，且测量数据可存储在计算机内可随时打印；该方法测量速度快，大大减小了由于湖水的流动所造成测量数据的误差。本发明充分利用被测系统自身所带的数据采集电路和计算机，减少了测量用仪器设备，可应用在对声纳设备波束形成电路和系统指向性的测量上。
文档编号G01S15/00GK1598613SQ20041004381
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月18日 优先权日2004年8月18日
发明者卢逢春, 张殿伦, 吕云飞, 樊世斌, 刘国枝, 田坦, 孙大军 申请人:哈尔滨工程大学