一种多波束侧扫声纳装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是海洋测绘、航道保障等领域，更确切地说，涉及一种多波束侧扫声纳装置，在海底测绘、海底底质勘测、海底工程施工、海底障碍物和海底沉积物探测及海底矿产勘探等民用方面具有广泛应用，同时在军用领域如水下安全、航道保障、扫雷等多个领域都能得到广泛的应用。
【背景技术】
[0002]侧扫声纳是一种运用海底目标对入射声波反向散射原理来探测海底形态的声纳设备，能直观提供海底声图。其具有高分辨率特点，能够得到连续二维海底图像，高性价比，因此在海洋测绘、海洋勘察等民用方面具有广泛应用，同时在军用领域如水下安全、航道保障、扫雷等多个领域都能得到广泛的应用。侧扫声纳的基本工作原理为，其两侧各有一条换能器线阵，水平方向波束开角较小，一般为0.5°左右或更小，垂直方向开角较大，一般为30°?50°，通过载体移动形成垂直于声纳的多条海底带状区域的反射回波强度分布可以组成一幅海底二维声图，用于对水下障碍物、水下地貌的测量。
[0003]传统的侧扫声纳系统由于其在沿航向方向的波束角很窄，同时又要兼顾较大的扫宽，因此为了获得较高分辨率的图像，必须以牺牲测量效率为代价，通常为了实现海底的全覆盖，测量航速一般只能达到2节左右。因此，传统侧扫声纳沿航向方向的波束覆盖效率较低，要想得到高分辨率的声纳图像必须以降低测速度或者牺牲覆盖宽度为代价。
[0004]然而，现代海洋测绘和工程勘察等诸多领域，都提出了快速测量的概念，既要保证测量成果的高质量要求，又要提高测量的效率，因此传统的侧扫声纳系统目前已难以胜任，必须有一种新的测量设备能够确保在海底测绘领域确保数据质量和测量效率两个方面的要求。
【发明内容】
[0005]鉴于此，本发明公开了一种多波束侧扫声纳装置，该装置由水下声纳单元(101)、甲板处理单元(102)、辅助测量设备(103)和控制计算机(104)组成，其中甲板处理单元
(102)通过水密连接器(110)与安装于水下的水下声纳单元(101)的电子设备相连；甲板处理单元(102)通过数据电缆分别于位于水上的辅助测量设备(103)和控制计算机(104)相连。
[0006]本发明所公开的一种多波束侧扫声纳装置，其位于水下声纳单元(101)由安装于水密电子舱(121)外的左侧发射换能器(105)、左侧接收换能器(107)、右侧发射换能器(115)、右侧接收换能器(113)、水压力传感器(109)、声速测量仪(111)以及内部的电子系统组成。
[0007]本发明所公开的一种多波束侧扫声纳装置，其左侧发射换能器(105)和右侧发射换能器(115)结构相同均为单阵元发射换能器，其所发射声波在沿航行方向在水下声纳单元(101)左右两侧形成两个独立的扇形发射波束(501、504)，发射波束的形状为沿航向方向窄，垂直航向方向宽。
[0008]本发明所公开的一种多波束侧扫声纳装置，其左侧接收换能器(107)和右侧接收换能器(113)结构相同均为沿航行方向上的多阵元直线阵，并沿航行方向在水下声纳单元
(101)的左右两侧形成对称的多个扇形接收波束(502、503)，接收波束的形状为沿航向方向窄，垂直航向方向宽。
[0009]本发明所公开的一种多波束侧扫声纳装置，其水下声纳单元(101)的电子部分以微处理器(120)为中心分别与水压力传感器(109)、声速测量仪(111)、姿态传感器(118)、罗经(117)相连;微处理器(120)依次与左侧信号发生单元(119)、左侧发射换能器(105)相连，并依次与右侧信号发生单元(116)、右侧发射换能器(115)相连;微处理器(120)依次与左侧模数转换电路(108)、左侧多通道信号调理电路(106)、左侧接收换能器(107)相连，并依次与右侧模数转换电路(112)、右侧多通道信号调理电路(114)、右侧接收换能器(113)相连；微处理器(120)与水密连接器(110)相连并通过水密电缆与甲板处理单元(102)相连。
[0010]本发明所公开的一种多波束侧扫声纳装置，其水下声纳单元(101)中左侧信号发生单元(119)和右侧信号发生单元(116)结构完全相同，均由依次相连的信号波形发生器(301)、功率放大器(302)、发射匹配电路(303)组成;左侧多通道信号调理电路(106)与右侧多通道信号调理电路(114)结构完全相同，均由依次相连的前置放大器(201)、带通滤波器(202)、可控增益放大器(203)、二级放大器(204)和低通滤波器(205)组成。
[0011]本发明所公开的一种多波束侧扫声纳装置，其水下声纳单元(101)数据通过水密连接器(110)和水密电缆连接至甲板处理单元(102)的水下数据接收与分发单元(401);水下数据接收与分发单元(401)依次与左侧聚焦波束形成器(402)、左侧回波强度计算器(404)和水上微处理器(406)相连，组成左侧信号处理系统;水下数据接收与分发单元(401)依次与右侧聚焦波束形成器(403)、右侧回波强度计算器(405)和水上微处理器(406)相连，组成右侧信号处理系统；水上微处理器(406)分别与水下数据接收与分发单元(401)、辅助测量设备(103)相连完成对辅助测量数据的采集，并通过通信电缆与控制计算机(104)相连。
[0012]本发明所公开的一种多波束侧扫声纳装置，其基本原理为安装于水下声纳单元水密电子舱外的发射换能器在信号发生单元的驱动下向水下声纳单元两侧发射两个独立的扇形声波波束，发射波束的形状为沿航向方向窄，垂直航向方向宽；发射声波照亮海底，并形成反向散射信号，散射信号被多通道接收换能器，经放大滤波模数转换后，进行波束形成处理，沿航行方向在水下声纳单元的左右两侧形成对称的多个扇形接收波束，接收波束的形状为沿航向方向窄，垂直航向方向宽;提取每个波束内回波的时间强度序列，即可形成如图6所示的沿航行方向并排的多条海底覆盖条带(601、602)，即依次测量能够得到传统侧扫声纳多次测量的结果；随着水下声纳单元向前快速移动，形成能够反映整个海底底质的侧扫声学图像。
[0013]本发明所公开的一种多波束侧扫声纳装置与传统侧扫声纳相比其主要优势在于多波束侧扫声纳可在沿航向方向形成多个窄波束，一次测量即可覆盖较大的海底区域，因此可以大大提高测量航速，解决了传统侧扫声纳在沿航向方向只能形成一个窄波束测量效率不高的问题，而大大提高测绘效率。一般而言，如果多波束侧扫声纳的波束数为N，那么相对于传统侧扫声纳其最大可提高效率为传统的N倍。该装置在海底测绘、海底勘测、海底工程施工及海底矿产勘探等民用方面具有广泛应用，同时在军用领域如水下安全、航道保障、扫雷等多个领域都能得到广泛的应用。
[0014]由此可见，本发明设计新颖、技术含量高、可极大地提高相关海洋测绘领域的工作效率和测绘质量，非常适合于海洋测绘、海洋工程勘察、航道维护以及军用相关领域推广应用。
【附图说明】
[0015]为了使本发明的内容更利于相关专业技术人员理解，下面对附图进行简单说明。
[0016]图1为本发明所述的多波束侧扫声纳装置的系统组成框图。
[0017]图2为本发明所述的多波束侧扫声纳装置中多通道信号电路的组成框图。
[0018]图3为本发明所述的多波束侧扫声纳装置中信号发生单元电路的组成框图。
[0019]图4为本发明所述的多波束侧扫声纳装置中甲板处理单元组成框图。
[0020]图5为本发明所述的多波束侧扫声纳装置发射、接收波束示意图。
[0021]图6为本发明所述的多波束侧扫声纳装置海底覆盖条带示意图。
[0022]图7为本发明所述的多波束侧扫声纳装置一种实施例中发射换能器结构图。
[0023]图8为本发明所述的多波束侧扫声纳装置一种实施例中水下声纳部分设计图。
[0024]图9为本发明所述的多波束侧扫声纳装置一种实施例中功率放大器和发射匹配电路的电路原理图。
[0025]图10为本发明所述的多波束侧扫声纳装置一种实施例中单通道信号调理电路的电路原理图。
具体实施方案
[0026]下面结合附图和本发明一种较佳的具体实施例对本发明作