用于相控阵列单基地声雷达系统的壳体的制作方法

专利名称：：用于相控阵列单基地声雷达系统的壳体的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种声波探测和测距(声雷达)系统。
背景技术：
：声雷达系统利用声波例如风速来检测大气现象。单基地(monostatic)声雷达通过发射定向声脉冲和检测从单一装置反射回的信号来进行操作。相控阵列单基地声雷达利用多组声换能器借助于电子部件来发射和接收不同方向的声波束。这是通过改变由组成阵列的独立换能器所发射信号的相位和改变采样过程的相位以使得换能器检测从大气反射回来的信号来实现的。在操作过程中，阵列本身结构上保持静止。在专利号为US4558594的专利中描述了这种方法，该专利公开的内容在此通过引用而并入。此相控阵列方法的优点是所发射信号的定向功率密度和要接收信号的阵列的定向敏感度具有相对于单换能器来说非常窄的主波束宽度，并且其可以利用合适的电子器件被定向在多个方向上。单基地声雷达系统典型地利用被布置在矩形网格填充布置中的换能器阵列，使得换能器以行和列布置，如专利号为4558594的专利中的图2、4和5所示。这些阵列被操作使得这些阵列发射三个连续的波束，一个垂直于阵列平面，另外两个相对于阵列以一定仰角倾斜并且它们之间相位角为90度。采用圆形换能器的矩形网格间隔使得阵列表面的27%成为空白区，这样就在阵列上产生了声压的不均匀，有可能导致测量误差。另外，这还内在地降低了声压的最大强度，相应地降低了阵列的准确性和敏感度。而且采用不对称声波束导致了不对称感测，这就产生了测量和计算误差。相控阵列当发射时理想地产生可控制瞄准的、清晰定界的定向声锥，并且当接收时产生等效形状的灵敏度锥。在实际中，这样的阵列具有不足。例如，锥不是由良好限定的边界完全定界；强度随着离开主波束轴线的角度增大而逐渐下降。而且，锥不是完全地成形，而是偏离在主波束轴线上对中的相等声强度的完全圆形轮廓。而且，声发射和接收不是完全在计划的锥内，而是包括在定向聚焦和准-全向性质的计划锥外侧的强度。在不希望方向上辐射的声能的量可通过几种技术最小化，包括优化各个换能器的数量和实际布置。不幸地，要理解，相控阵列手段自己和本身不能产生完全定向波束。使用实际数量的换能器，在除希望波束方向之外的多个方向上，阵列不可避免地在发射模式中发射声音，并且在接收模式中对于声音敏感。例如，产生一个或多个边瓣波束。这样的边瓣在发射中不如主波束强或者在接收中不如主波束灵敏，但强得足以降低声雷达的性能。这些边瓣由理论建模预测，并且它们的存在由实验证实。而且，主波束强度不会随着测量角度偏离波束中心轴线而突然地、或甚至单调地下降到背景水平。而是，强度下降到第一零点，然后从这个零点略微增大到更高水平，然后下降到第二零点，并且以此类推。这导致主波束由在对于主波束轴线的角度处的声音的一个或多个环形"圆环"包围。这些环形圆环也强得足以降低声雷达的操作性能。像边瓣那样，这些环也由理论建模预测，并且由实验测量证实。而且，另外的信号强度在所有方向上按变化的低水平散布，可能包括边瓣和环形圆环的复杂组合、以及归因于换能器灵敏度变化的缺陷、传感器阵列的几何精度、及声雷达系统的其它方面的变化或缺陷。实际相控-阵列声雷达通常由敞开-端外壳包围。在以前设计中实施的外壳典型地由平面板材料构造。这样的外壳可适当地作为用于换能器的挡风板。然而，它们即使有的话，对于既不在希望波束的方向上也不是几乎水平的宽角度范围，也几乎不限制离-轴线发射和接收的强度。现有技术的多个例子在壳体的上部唇边上具有直的锐利边缘。在这个位置中的锐利边缘将形成表面，在该表面附近，外出声波的一部分可折射到不希望的、接近水平的方向。同样，接近地面由源产生的、或从物体反射的干扰噪声可能由这样的锐利边缘折射成在接收模式中到达换能器阵列，并且干扰希望回波信号的探测。现有技术的其它例子采用壳体的上部边缘外形的三角形皱折、或"三角形的顶部边缘挡板(thnadners)"，以限制声音在接近_水平角度下进出壳体的折射。
发明内容本发明包括一种用于声雷达系统的声换能器的布置或阵列，以及一种操作该阵列以实现改进的大气探测的系统和方法。一方面，本发明包括以大致六边形网格填充布置代替传统的矩形网格填充布置来组合声换能器阵列。因为在母专利申请No.11/934，915中讨论的原因，这样一种六边形阵列具有其自己的优点，并且便利的是，在六边形阵列声雷达的范围中描述本壳体发明。然而，对于本领域的技术人员显而易见，本壳体设计和设计技术可同样良好地适于其它类型的声雷达，包括常规矩形网格单基地相控阵列声雷达，在这些常规矩形网格单基地相控阵列声雷达中，换能器按矩形网格阵列排列。的确，在这样的矩形网格阵列单元中，来自本发明的成形壳体的益处可能与用于六边形阵列的成形壳体的益处一样大、或更大，因为这样的矩形网格阵列具有比较差的方向性，并因此具有用于改进的较大空间。另一方面，本发明包括将所述换能器操作为在被间隔开120度的三个定向行(而不是被间隔开90度的两个定向行)上按顺序操作的相控阵列。该操作产生了三个连续声波束，这三个波束具有彼此被间隔开120度相位角的主轴线。作为优选，三个波束均在同一仰角处。这样就使得三个波束的主轴线围绕以阵列中心为其顶点的虚拟的竖直定向锥的表面被均匀地间隔开。作为优选，在本发明中使用具有对称(圆形)致动器和喇叭(horn)的换能器，使得每个换能器不存在内在的方向性。本发明的一个优势在于，所述阵列的大致六边形网格填充布置生成被各换能器包围的区域接近于换能器致动器、换能器喇叭和与它们相关联的声学散布图案的圆形的阵列。这种换能器填充布置内在降低了喇叭之间的空间的不希望有的声学特性，从而提高了阵列前侧声压的均匀性。均匀性的提高减少了声音向被导向波束周边之外的发射，对称性也降低了阵列对波束外声音的接收方式的敏感度。另一个优势在于，与以行和列排列的换能器的矩形网格间隔所允许采用的换能器相比，大体六边形的网格填充布置允许在给定区域中采用更多的换能器。本发明的阵列的换能器填充密度也提高了穿过换能器前侧的声压的均匀性和强度。另一个优点还在于，利用被定向间隔开120度的三个波束，对在波束被传播的相位角方向中的每个方向上结构对称的阵列的操作使得声雷达基于结构上对称的三个连续声波束进行操作。这使得声雷达的外壳被加工成形状对称，并继而产生形状对称的被发射和被接收的声波束。这样，由于与外壳的相互作用而产生的失真内在地被施加到所有三个定向上。这就降低了由于不对称操作而产生的测量和计算误差。还有另一个优点在于，利用被定向间隔开120度的三个波束，阵列的操作允许在各波束的中心之间具有最大角度，并允许在任一波束中心和顶点之间有任意特定的最大角度。因为增大各波束之间的角度可以提高精确度，而增大每个波束与顶点之间的角度则由于大气影响会降低精确度和数据收集的可靠性，所以相对于现有技术，此结构提高了准确度和数据收集的可靠性。本发明包括成形为包容声雷达的多个希望波束和对应灵敏度锥的至少部分的敞开端结构。形状优选地形成为尽可能紧密地包围这些希望波束的至少部分，而实际上不碰到它们。在优选实施例中，外壳的上部唇边以相对大的半径倒圆。本发明提供优于具有矩形开口的现有技术平侧面外壳的巨大改进性能；两者都起防止风直接吹在换能器阵列上的挡风板的作用，这种风吹会产生可淹没比较微弱返回信号的不希望噪声。然而，本发明的壳体以由吹过壳体开口的风产生较小类似不希望噪声的方式进行。而且，本发明的壳体具有平侧面外壳缺少的益处，或者平侧面外壳具有的益处比本发明的壳体的益处小得多。而且，通过用吸声材料给外壳加衬里，提供声音阻尼。这限制波束的回响和波束在不希望方向上的反射。当在接收模式中时，外壳也阻塞来自近水平源的声音。这样的声音可能包括道路噪声、和来自昆虫和动物的噪声。这些有害噪声可严重地干扰探测返回信号。当在发射模式中时，外壳也阻塞来自阵列的近水平声发射。这样的声发射可能是有害的。而且，如果与用于声束的反射表面相结合，阵列可竖直地、或几乎竖直地安装。这为换能器阵列提供免受易发生的降雨的保护。另外，发明的外壳也提供另外的益处，包括在发射模式中大体阻塞来自阵列的非_水平离轴发射、和在接收模式中大体阻塞来自阵列的非_水平离轴声音的接收。发明的外壳至少具有如下优点。例如，它降低相控阵列在水平与计划测量区域之间的宽范围方向上发射声音、和在对于来自这些方向的声音敏感的趋势，这些计划测量区域可能接近竖直。这又降低各种测量误差共用源的可能性，包括来自发射到附近的树、建筑物、塔、及其它结构或地貌特征的声音的接收、和从它们反射回的回波的接收。也减小来自外部源的噪声的接收，这些外部源包括建筑物通风系统、诸如蟋蟀和青蛙之类的野生生物、及道路交通。来自这样的源的声音常常接近由声雷达典型地使用的频谱(4000Hz左右)，并且呈现对于微弱返回信号的探测的高度有害干扰。在很大程度上，这样的噪声源集中在希望主波束外的较小仰角处，但即使它们按方向均匀地分布，在除希望波束的方向之外的所有方向上大体阻塞声音也将减弱这样的干扰的整体强度。这也减小在各种距离处产生的有害噪声的接收，这些有害噪声"跳过"或折射离开大气，并且按在水平与竖直之间的入射角到达。它也增大反射来自的大气现象在计划锥形体积内的概率。对于声雷达的某些用途，最具体地说对于水平风速的测量，精度关键地取决于来自空气的计划体积的接收回波。甚至更关键的是，以某种精度知道回波从哪个空气体积返回，即使该体积不准确，而只是近似地是计划体积。对于主发射波束的任何具体声音强度，它也降低声雷达发射是经来自比计7划低的角度的反射和散射的可听见噪扰的可能性。因为这个，有可能发射比否则可能的信号更强的信号，允许系统在其中返回信号否则可能太弱而探测不到的条件下操作。在本发明的壳体的优选实施例中的倒圆唇边具有优于具有thnadners的壳体的多个优点。例如，对于外壳的任何具体整体最大高度，thnadners以外壳中断不希望低角度或近似水平声音的直接通过的有效性的降低为代价，限制声音在边缘周围的折射。thnadners的锐利三角形形状易于损坏，它们使辅助拉线或其它支撑与壳体的连结复杂，并且不利于帮助壳体的整体强度。thnadners可绊住来自自然或人类源的风吹杂物，这些杂物如果在有风时段期间捕获在唇边上，则可对于系统操作产生严重的声学干扰。而且，吹过thnadners本身的末端的风可能是干扰噪声的源，而倒圆唇边的更加空气动力学形状允许空气越过它而不产生这样的噪声。而且，具有倒圆唇边的本发明壳体更有效地与环境相融合，并且在某些用途中比具有thnadners的壳体将更不可能吸引剌眼的公害申诉。在可能通过调节相控阵列参数将边瓣的发射角设置得足够低，从而适当外壳可截获它，而不干扰主波束。如果外壳衬有适当的吸声材料，并且边瓣的角度足够低，则波束可能由离开吸声外壳壁的重复性反射进一步减弱。本发明的特征在于一种用于具有换能器阵列的相控阵列单基地声雷达系统的壳体，该换能器阵列大体沿不同的主轴线顺序发射和接收声音的多个大致锥形的主波束，壳体包括外壳，它限定在顶部处对于大气基本上敞开以发射和接收波束的内部体积；和弯曲唇边，它至少部分地限定外壳的开口，唇边与在唇边的位置处的一个主波束的至少一部分的锥形形状密切地相符。壳体还可以包括覆盖外壳内表面的至少一部分的吸声材料，这些内表面面对内部体积。外壳可以包括一个或多个向上定向的侧壁。唇边可以在至少一个侧壁的至少一部分的顶部处。唇边的顶部可以是弯曲的，以防止声音当它离开壳体时被折射。唇边的顶部曲线可以是基本上部分地圆形的。由阵列发射的声音在空气中可以具有限定波长，并且唇边曲线的曲率半径至少大约与所发射的声音的波长一样大。唇边可以包括多个部分椭圆形唇边段。外壳内表面的至少一些可以成形为与波束的至少一个密切相符。外壳内表面的至少一些的横截面大致可以是部分圆形的，以与锥形波束轮廓密切相符。横截面大致是部分圆形的外壳内表面可以与垂线成角度，以限定内表面，该内表面本身限定大致竖直的锥的表面的一部分。波束锥的中心线的角度相对于垂线可以是约十度，并且更优选地可以是约11.2度。锥的角度、和外壳内表面的角度可以对于锥的中心线成近似五度的角。阵列可以产生三个波束。三个波束的方位角可以以彼此成约120。的角度取向。组成阵列的换能器可以安装在大致竖直的平面中，使主波束由位于壳体内的倾斜的声音-反射表面反射到大气和从大气反射。壳体还可以包括排出开口，以允许碎屑和降雨离开外壳。壳体可以由塑料材料模制。壳体可以由旋转模制的聚乙烯塑料制作。唇边可以包括多个部分椭圆形唇边段。唇边可以是基本上水平的。壳体还可以包括覆盖外壳内表面的至少一部分的无纺纤维吸声材料，这些内表面面对内部体积。纤维可以是合成的。吸声材料可以由聚酯基纤维制成。纤维可以具有多个不同的直径。壳体还可以包括粘合剂，该粘合剂将吸声材料粘结到外壳表面上。粘合剂可以是涂敷到吸声材料上的连续薄膜。由波束接触的侧壁部分优选地用吸声材料基本上完全覆盖。阵列可以包括多个分立的声换能器，以便将声音发射到大气中和检测已经由大气反射的所发射的声音，其中换能器按大致平面的、大致六边形的网格填充布置排列。阵列可以包括一系列行的紧密填充的基本相同的换能器，使在相邻行中的换能器在与行纵向轴线正交的方向上彼此偏移换能器的宽度的约一半(更明确地说V3/2)。换能器可以限定大致六边形周边形状。组成行的换能器优选地在基本上相同的频率下一致地操作，并且每个顺序行的操作相对于紧前面行均匀地相移，以产生相对于换能器的平面以一定仰角倾斜的波束。行-对-行相移可以是约六十度。波束角宽度从波束主轴线到波束半功率点可以是约五度。可以有顺序产生的至少三个波束，每个这样的波束限定波束的主轴线，其中三个波束的主轴线位于从法向到换能器平面约IO度的基本上相同的仰角处。三个波束的方位角以彼此成120°的角度取向。在更具体的实施例中，本发明的特征在于一种用于具有换能器阵列的相控阵列单基地声雷达系统的壳体，该换能器阵列大体沿方位角彼此间隔开约120°的不同主轴线顺序发射和接收声音的至少三个大致锥形的主波束，壳体包括至少三个向上定向的侧壁，这些侧壁在它们之间限定在顶部处对于大气基本上敞开以发射和接收波束的体积，侧壁中的每个限定内表面，该内表面本身限定大致竖直或稍微倾斜的锥的表面的一部分；和唇边，包括至少三个半椭圆形上部唇边段，在每个侧壁的顶部处有一个唇边段，从而唇边限定在体积顶部处的多_瓣弯曲周边，该多_瓣弯曲周边与在唇边的位置处的至少三个主波束中的每一个的一部分的锥形形状密切地相符。侧壁可以与垂线成约十度的角度。唇边的顶部可以是弯曲的，以防止声音当它离开壳体时被折射，唇边的顶部曲线是基本上部分地圆形的，其中由阵列发射的声音在空气中具有限定波长，并且唇边曲线的曲率半径至少大约与所发射的声音的波长一样大。另外还有一个特征是一种设计壳体的方法，该壳体用于具有换能器阵列的相控阵列单基地声雷达系统，该换能器阵列沿不同的主轴线顺序发射和接收声音的至少三个大致锥形的主波束，该方法包括确定主波束的表面的近似位置；布置一个或多个向上定向的侧壁，这些侧壁在它们之间限定在顶部处对于大气基本上敞开以发射和接收波束的体积；及将上部唇边布置在一个侧壁的至少一部分的顶部处，上部唇边限定在体积至少一些的顶部处的弯曲周边，该弯曲周边与在唇边的位置处的三个主波束的至少一部分的表面的锥形形状密切地相符。本发明的各种其它目的、特征及优点将被充分地认识，因为本发明当与附图一道考虑时变得更好理解，在附图的各视图中，相同的附图标记表示相同或类似的部件，并且其中图1是供本发明的实施例使用的三十六换能器元件阵列的立体图；图2A、2B及2C示意描绘按照本发明实施例由图1的阵列的操作产生的三个波束。在这些图中，为了清楚起见，波束按比阵列本身小得多的比例描绘；图3A-3C示意地描绘在没有本发明的外壳的情况下从水平相控阵列发射的三个波束的简化型式，每个波束由其两个最近环形"痕迹"圆环包围，并且每个波束具有其主边瓣；图4A、4B及4C表示按分别产生图2A、2B及2C的波束的顺序而顺序操作的阵列元件行；图5是按照本发明用来操作换能器阵列的系统的示意方块图；图6A和6B是本发明的声雷达外壳的优选实施例的不同立体图，并且图6C是其俯视图；图6D是在图6A-6C中表示的外壳的剖视图，详细表明声束路径；图6E是与图6C相类似的视图，示意描绘三个声束；图7A-7C分别描绘对于图3A-3C的波束的三个等效波束，这些波束从具有本发明的外壳的优选实施例的相控阵列发射，图7A-7C表明，每个波束的边瓣和环形圆环的主要部分已经由外壳消除，只留下环形圆环的片段；图8是来自现有技术矩形网格换能器填充布置32元件相控阵列的计算机_建模发射的画出标准化数值的合成，其中发射器元件建模成点源，并且所有元件彼此同相，这样产生与阵列的平面相垂直的主波束；图9A-9D是在三十六元件六边形网格填充布置阵列的优选实施例的原型上的近似半球形位置矩阵上得到的声音强度测量的图形"拼合"概括，该三十六元件六边形网格填充布置阵列编程成发射在图3A-3C中表示的波束。图9A和9B表示在水平放置的、没有外壳操作的阵列上的测量声压。图9C和9D表示在如图6A-6E中所示的本发明外壳的优选实施例中安装的相同阵列上进行的相同测量；图10是在与图6A-6E中表示的设计相同的一般设计的外壳中换能器阵列的可选择设置的俯视图；图11A和11B分别是本发明壳体的可选择实施例的立体图和俯视图；图12是曲线图，表示相对于半英寸层的数量的信号衰减，它来自在本发明实施例中使用的吸声材料的测试。具体实施例方式单基地声雷达利用连续的定向声波束作为其操作的一部分。典型地，分立的声换能器在一近似于球形表面的宽波阵面中发出声音，这使得这些声换能器不适合用于没有对焦机构的声雷达。如图l所示，紧密填充并均匀间隔开的换能器的阵列io能够通过产生一个复杂的波阵面干涉图案来完成聚焦，从而能有效地产生比单个换能器所生成的主波束更窄的主波束。波束的角展度与阵列中换能器的数量有关，总体来说，换能器越多，产生的波束就越窄。具有32到60个换能器的阵列通常能够产生对于声雷达应用足够窄的波束，本发明所述阵列10具有36个换能器12。每个换能器12具有圆形的致动器和喇叭。换能器12沿着多个平行行紧密地填充(在图l所示发明的非限定优选实施方案中有7个这样的行)，同时相邻行的换能器在垂直于各行的方向上彼此偏移换能器直径的一半(更明确地说V3/2)。这种布置在此被定义为大致六边形的网格填充布置。每个换能器优选具有六边形的整体周边形状，与直径为3英寸的圆形有效喇叭区紧密外接。换能器是基于标准压电高音号筒元件，此元件的外形被改装从而便于六边形网格填充布置。换能器的纸质圆锥体可以用塑料(优选地聚碳酸酯或Mylar(它是双轴向取向的聚对苯二甲酸乙酯薄膜)圆锥体或等效物代替，以提高设备的抗大气腐蚀能力。为了便于设备的安装和更换，换能器12设置有连接器。所述换能器可以被设计成作为对本发明的设备来说优选的操作频率约为4000Hz(更具体为4425Hz)的声音的发送器和接收器来有效地进行操作。所述换能器的尺寸被确定为使得相控阵列技术可以使用合理数量的换能器来产生具有良好方向性的声波束。其他形状和类型的换能器元件就不能如此有效地装配在六边形阵列中，也不能如此有效地在所期望的操作频率下同时作为发送器和接收器进行操作，并且不适合安装在露天的设备中。所述阵列的大致六边形的外部形状和所述阵列的大致六边形的网格填充布置也允许在未设置机械部件的情况下进行操控波束所必须的方向控制。波束操控是通过驱动位于一系列平行行中的换能器来完成的，每一行中的换能器被彼此同相地驱动，而每行是由相同波长驱动，但是行与行之间具有连续的相等的相移。如果各行之间没有相移，就沿着垂直于阵列平面的轴线发射主波束。由于引入了相移，干涉图案就改变成使得波束被定向在不再是竖直的(假设阵列是水平的)仰角处。另外，波束与组成各行中的每一行的换能器沿其定位的轴线垂直。这样，通过驱动位于不同相对定向的各行中的换能器，能够产生沿所期望方位角方向被定向的波束。阵列10由多行紧密填充的换能器组成。每个换能器具有大致六边形周边形状。所述周边紧密地外接在圆形的换能器有效区域。六边形周边主要是便于组装阵列。如果换能器有效区域本身是六边形，则能产生另一优点，即有效地消除了阵列中的所有死区(也就是没有声音产生的区域)。同样的，与现有技术中的矩形布置的阵列相比，带有方形有效喇叭区域的方形换能器与根据本发明的以大约换能器宽度的一半偏移的相邻行中的换能器一起能提供本发明的一些优点(但不是所有优点)。因此，阵列本身优选地具有图l所示的大致六边形周边。大致六边形的网格填充布置使得阵列的每个有效元件所占据的六边形区域大约仅大于每个换能器喇叭的圆形所占据的实际区域大10%。这样，大约仅有阵列区域的10%没有参与声音产生或感测。这与现有技术中矩形网格阵列元件布置截然不同，在现有技术中，每个圆形换能器所占据的方形区域比圆形换能器喇叭所占据的实际区域大27%。本发明的大致六边形网格阵列填充布置使得整个阵列中的对所期望的干涉图案和对穿过阵列的声压的一致性都不起作用的区域最小。圆形换能器之间区域中的空气流动也能产生干涉图案，所述干涉图案在不同于预计波束的方向的其它方向上产生声音发射。这种不必要的发射降低了声雷达系统辨析波束方向的能力，从而减低了其测量性能。这种不必要的发射也沿水平方向辐射，从而会碰到树或其他附近的物体，产生了与预计波束对大气现象的反射幅度相似或比其更大的回波。本发明的大致六边形阵列围绕以60度间隔开的六个径向轴线结构上对称。这是采用构成六边形的六个边的六个外侧行的每一行中的两个或更多个换能器来实现的；因而换能器的最小数量是七。而且，换能器紧密地填充在阵列中(在阵列的相邻平行行中的换能器的轴线偏移换能器宽度的V3/2(近似0.8660)倍)。大致六边形网格填充布置允许操作为按顺序产生沿着主波束轴线发射的三到六个大致锥形波束，所述主波束轴线围绕具有位于垂直于阵列的轴线上的顶点的虚拟的竖直锥的表面大致对称并位于该表面上。优选的实施例产生间隔为120度的三个这种波束。所述波束位于一合适的仰角处，这个仰角是由11操作方式确定的。在图2A-2C中示意性描绘了这种波束。此示意图完全是示意性的，因为波束的底部更像一个大致为阵列尺寸的圆形。波束的有效长度大约为阵列直径的400倍。图4A-4C示意性示出了产生这种波束的阵列的操作。图5中示出了用于完成该操作的系统的示意性框图。例如，为了生成图2A中示意性示出的波束1，组成行1的换能器16、22、28和33(参见图4A)由一特定波形驱动；组成行2的换能器10、17、23、29和34由具有相移n的同一波形驱动；行3相对于行1具有相移2n;行4相对于行1具有相移3n;行5相对于行1具有相移4n;行6相对于行1具有相移5n;行7相对于行1具有相移6n。如图4B所示，波束2是通过使第一行按照顺时针方式移动120度而生成的，使得第一行包括换能器1、2、3和4，同时图中也示出了行2至7并且以同一方式操作阵列。如图4C所示，同样通过再次使第一行按照顺时针方式移动120度而生成波束3，使得第一行包括换能器21、27、32和36，同时图中也示出了行2至7并且也以同一方式操作各行。图5中所示系统150通过信号发生器152为相位转换控制装置154提供信号来完成该操作，所述相位转换控制装置154为换能器1至N的阵列156提供适当的换能器驱动信号。由换能器阵列156所接收的回波信号由某一路线发送到接收器158和处理器160，此处理器输出可以从声雷达系统得到的大气信息。可以从现有技术中了解从声雷达信号得到的大气信息，如美国专利4558594中所阐述的。对本领域技术人员来说很显然，系统150可以作为所有硬件，或硬件和固件的组合来实现。作为优选，除了所有信号发生器152和相位转换控制装置150的一部分被实施为微处理器和DSP芯片中的固件之外，系统150由硬件来实现。由于阵列10的换能器布置是关于六边形阵列的六个边中的每个边对称的，三个波束基本上彼此相同，唯一的区别是波束主轴线的方位角方向。能产生多达六个这样的波束。图6A-6E中喇叭形状的外壳100同样具有对称的形状，限定了围绕外壳100的中心竖直轴线105间隔开120度的三个相同形状的瓣102、104和106。外壳100中，阵列10优选被竖直定位在入口门122之后，直接面对与竖直方向成45度角的平坦声反射表面110，从而该平坦表面用作声音反射装置。如附图6D中的截面示意图所示。这种布置从声学上近似于把相同的阵列IO水平设置在外壳的底部中间处，如图10中所示的替代实施方式的俯视图所示。图6D中所示的竖直阵列位置可以防止换能器堆积水、冰、雪或者碎片。在一非限制的具体实施方式中，每个换能器的直径大约为3英寸，并且阵列在相应于波长大约为3英寸的频率下工作。典型的频率为4425Hz。这个波长的声音被发现反射自大气中的湍流和热梯度并穿越大气中的湍流和热梯度，对声雷达作业是至关重要的一个折中方法。优选阵列由在7行中的36个换能器组成，行与行之间的相移大约为60度(或者大约3.75X10—5秒)，这实现了波束在从换能器的法向到换能器平面倾斜大约10度(更具体的为11.2度)的仰角，同时从主波束轴线到半功率点测量的主波束角宽度约为5度。波束功率在大约与波束主轴线成10度角的零位处大约降到了零(总波束宽度大约20度)。作为优选，外壳100的三个瓣102、104和106中的每一个瓣对于波束1、2和3分别限定了位于大致位于此零位的内表面。在其中外壳衬有吸声材料的情况下，这个内表面定义为吸声材料的内表面。这使得主波束在帮助拦截从而压制非主波束部分的不必要的发射和非主波束的反射的不必要的返回信号的同时完全被用于大气感测。作为替换，壳体的内表面可布置得离波束的主轴线更近，这将产生更窄、更小功率的波束。如图1所示的阵列的优选实施方式具有36个换能器；在阵列中心未设置换能器，尽管可以设置。这主要是因为优选实施方式中的电子器件被设计成位于通常用于环绕声应用的集成电路的周围。这些电路中的每个电路分别具有3个左通道和3个右通道，即每个电路共有6个通道。阵列的每个60度的扇形体恰好由这些电路中的一个电路来操控，用于发射电路的共六个几何形状和电子器件都等同的子部分。给阵列的中心处加上第37个换能器大大增加了发射电路设计和固件设计的复杂性。试验表明，中心扬声器并没有对设备的方向性有大的影响，方向性最多会提高3%，同时却可能增加电子设备17%的成本和复杂性。因此，不设置中心扬声器是考虑成本和功能性后合适的折中方案。如图6A-6E所示，本发明外壳的优选实施例包括结构100，该结构100成形为按某一精度部分地包络声雷达的多个希望波束和相应的灵敏度锥。内部侧壁128、129及130是部分锥形的，每个围绕主波束的近似一半，并且位于第一零点处，如下面描述的那样。这些壁优选地衬有吸声材料。例如，如图6D中所示，在图中表示的侧壁128和129的内部衬有一层或多层吸声材料181。非常靠近阵列10的一般锥形壁133也衬有材料181。优选的衬层是单层的1.5〃厚白色毡，它是由变化直径的聚酯纤维制成的并且由NationalNon-WovenFiberInc.ofEasthampton，Massachusetts提供的无纺材茅斗，或者是等效物，如多于一层的这种材料、不同总厚度的这种材料、或不同的无纺材料，如天然纤维毡。优选的毡状材料可由各种类型的合成纤维制成，如聚酯、聚乙烯、聚丙烯、或尼龙。纤维是各种旦尼尔(denier)的，典型地范围在0.8与100旦尼尔之间。该材料是交叉铺网和针剌的粗梳丝网。该材料可通过加热固化或添加剂处理按希望的那样增强。厚度是约1.6〃。重量是约72盎司每平方码。该材料包括约80%的空穴体积。不同纤维尺寸和大量空穴空间在4000Hz左右的感兴趣频率范围中提供优良的声阻尼。该材料优选地使用涂敷到毡材料的一个表面上的适当压敏粘合剂薄膜粘附到壳体的基本上所有暴露于声束的内表面上。这种优选衬层材料的试验结果在下面叙述。外壳ioo被设计成使吸收毡材料的表面与波束/锥的预测的和试验证实的第一主"零点"位置相重合。下面见图8和其描述。毡的厚度优选地至少大约与由阵列发射的声音的波长的一半一样大；这种厚度保证，反射离开下置外壳壁的任何声音必须传播过至少大约等于波长的厚度，这增加了声音阻尼。阻尼声音的毡的使用至少实现如下优点。壳体100的上部唇边108优选地以大半径倒圆，优选地等于或大于发射声音的波长。三个相同的半椭圆形上部唇边段通过用螺栓固定到在六个位置112处在外壳本体116中的螺纹插入件上、和在三个位置114处的螺纹插入件对上，将结构结合在一起。唇边部分基本上沿水平平面和三个倾斜的锥中的每一个的交线布置，这三个倾斜的锥由三个声束的第一零点限定。外壳起吊和/或锚定孔眼螺栓可拧到在位置114处的插入件中。可选择地，卫星或蜂窝天线142可安装在一个位置114处。由于单-阵列声雷达的波束从单个相控阵列10的表面但在不同的方向上发射，所以它们的锥形轮廓在阵列附近在空间上重叠。这意味着，重叠结构具有异常的"沟槽"形状，如图中所示。如果形状竖直地扩展，则它成为在基底处接合的三-喇叭形外壳。由于这样一种结构的高度是不实用的，所以沟槽形状对于声雷达系统的希望可携带性是最好的。组13成三个沟槽的每一个的外壳壁一般限定半圆形横截面；由于锥从垂线俯仰，所以水平横截面是椭圆形的。锥都从阵列10发出，计入45。反射器IIO。在优选实施例中，结构具有离安装底板146的底部大约74英寸的整体高度。在任何两个沟槽之间的最宽点处对于唇边108的外侧测得的宽度是大约70英寸。图6E表示结构的顶部。重叠区域125、126及127表示波束的近似横截面，在该处它们离开在结构的顶部中的开口。区域125、126及127分别指示用于波束1、2及3的横截面。如由说明显然的那样，这些截面在结构的中心区域中大体重叠，但每个波束具有形成结构的沟槽形状的非_重叠区域。结构的中心空腔大体是分别对于波束1、2及3在图6C中表示的三个重叠锥形截面128、129及130的结合，以允许三个锥形波束不受阻碍地从结构通过。提供圆角表面或圆角131，从而允许锥形截面12S、129及130接合而没有锐利角部。这样一种锐利角部由于制造和结构考虑是不希望的，并且可能引入离轴声音的不希望折射，该离轴声音否则由结构适当地截获。在图6E中，由这些圆角生成的区域132构成结构的开口的区域，三个波束的任一个不需要这些区域。由于这些区域132很小，所以由它们的存在引起的危害与以上讨论的圆角131的好处相比很小。外壳的有效性由形成外壳的形状的锥的相交形成的开口限制。在任何具体波束的情况下，壳体对于该波束不能截获碰巧落在两个其它波束的主方向内的离轴信号(例如，与区域125不重叠的区域126和127的部分不能截获波束1的离轴声音中的一些，并且对于波束2和3类似)。这样的离轴信号是包围主波束的一般环形圆环的主要剩余部分。这些圆环的最初两个表示在图3A-3C中。在外壳壁截获每个圆环的部分(约一半)之后剩余的圆环片段表示在图7A-7C中。图3A所示的两点钟波束20包括主波束21和不希望部分，这些不希望部分分别包括边瓣24、和第一和第二环形圆环22和23。如图7A所示，当使用外壳100时，波束20被部分地围绕，从而边瓣24被抑制，就像环形圆环22和23的外部部分(约一半)那样，留下圆环片段22a和23a。图3B所示的十点钟波束30包括主波束31和不希望部分，这些不希望部分分别包括边瓣34、和第一和第二环形圆环32和33。如图7B所示，当使用外壳100时，波束30被围绕，从而边瓣34被抑制，就像环形圆环32和33的外部部分(约一半)那样，留下圆环片段32a和33a。图3C所示的六点钟波束40包括主波束41和不希望部分，这些不希望部分分别包括边瓣44、和第一和第二环形圆环42和43。如图7C所示，当使用外壳100时，波束40被围绕，从而边瓣44被抑制，就像环形圆环42和43的外部部分(约一半)那样，留下圆环片段42a和43a。剩余圆环片段具有比较良好限定的强度和方向，并且来自接近竖直方向，其中任何响应几乎肯定地来自返回比较弱信号的清洁空气，并且不是来自返回强的、并且可能分裂的信号的树、建筑物或其它可能干扰结构。而且，它们相当靠近希望的主波束，并且在各个波束之间基本上是对称的。因为这些因素，有可能估计环形圆环片段对于整个主波束的影响，并且数学地校正在风速或其它大气性质的估计中的任何误差，它们否则可能引入这些误差。对于每个波束的环形圆环片段以一种方式与该主中心波束相组合，这种方式简单地将有效波束偏置成比由主中心波束单独期望略微更竖直。在水平风速的计算中可解释这样一种偏置。在优选实施例中，壳体由定制模制(例如，通过旋转模制)成用于应用形状的小数量的热塑性(聚乙烯)部件组装而成。然而，由于壳体的大部分包括部分锥形截面，所以在可选择实施例中，通过将扁平坯料(如适当阻尼的薄片金属、薄片塑料、复合材料薄片或胶合板)形成为可展开锥形截面，也可制作壳体的主要部分。另外的可选择实施例是可能的，其中壳体由接近希望空腔形状的大量扁平表面元件制作，或者由切削成希望形状的泡沫或其它松密度实心材料制作。理论预测和分析测试表明，壳体结构的唇边、或上部边缘的几何形状不应该是锐利边缘。理论建议，在结构的上部边缘处形成倒圆唇边，在该处唇边的曲率半径巨大，例如大于或等于所发射的声音的波长，大体消除关于折射或反射的声音的任何问题。试验测量证实这点。唇边可与侧壁(即，侧壁的顶部)是整体的，或者能是分离结构，如在图中表示的那样。在优选实施例中，声雷达的相控阵列为了免受降雨影响而被竖直地安装，并且对角取向的铝板用作反射器、或"反射镜"，以将波束定向到希望的近-竖直方向。在优选实施例中，这个反射镜由壳体悬挂，并且在结构上加强它。然而，其它实施例是可能的，其中反射表面是其它材料的，其中反射表面独立于壳体被安装，其中反射表面不加强壳体，或者甚至(有本发明好处的一些损失，但不是全部)其中省去反射表面，并且直接面向上的相控阵列由稍微简单的壳体包围。在外壳100a中阵列10的水平安装表示在图10中。在优选实施例中，壳体精确地包络锥形波束的形状，因为它们近似水平地从相控阵列传播到反射镜，并且也包络波束形状，因为它反射离开反射镜并且从壳体顶部出去。表面133，表示在图6D中，围绕刚从阵列IO发射之后的三个锥形波束。这个表面包围由三个波束占据的体积的合并。表面133的形状基本上是锥形截面。更明确地说，优选地其形状是外壳内部的三瓣沟槽形状的延伸，在表面133的位置处反射离开声音反射镜。刚离开阵列IO之后，波束大体足够地重叠成在三个重叠锥与单个基本上锥形形状之间的形状差别不是非常显著，并且表面133可事实上形成为简单锥形截面表面，使性能有很小差别。尽管表面133的范围不大，但其对于阵列10的接近使得它在截获边瓣24、44及(特别是)34时比其尺寸建议的更显著重要。其它实施例是可能的，其中壳体的形状不连续地跟随波束的形状。在极端情况下，壳体可具有仅在顶部处有开口的任意形状，例如矩形形状，使该开口的轮廓与波束离开壳体时波束的横截面相符，例如通过与在优选实施中相同的唇边的使用。为了同样好地实现优选实施例，这样一种矩形外壳需要高级的吸声材料，以阻尼内部波束反射。在优选实施例中，壳体在竖直安装相控阵列下面、在反射器的下部端部处装有开口、或排水口(在图6D中的134)，该开口、或排水口的尺寸设计成为雨水、树叶及其它碎屑离开壳体提供通路。而且，对于冷气候设施，反射器可以选择性地装有加热系统(未表示)，以熔化可能积累的任何雪或冰，并且允许这种降水也以液体形式离开排水口。这可电气地、或者通过包括丙烷罐作为用于在门144后面的区域145中的加热系统的燃料源而实现。其它实施例是可能的，例如在碎屑不可能积累的场合没有用来允许碎屑离开的任何装置，或者通过在壳体的开口上提供对于声音足够透明的适当屏蔽，以首先阻止碎屑进入壳体。在优选实施例中，壳体用于六边形相控阵列，该六边形相控阵列发射相对竖直方向倾斜的、彼此以120。方位角间隔开的三个波束。然而，其它实施例是可能的，其中壳体配合到其它相控阵列体系结构上，这些其它相控阵列体系结构包括更常规的矩形网格填充布置相控阵列，该矩形网格填充布置相控阵列发射一个直接竖直波束和彼此成90°方位角取向的两个倾斜波束，如在美国专利4，558，594中详细说明的那样。在这种后一情况下，系统的整体性能将次于具有三个或更多个对称波束的优选实施例。然而，发明的壳体具有限定两个或更多个大体部分椭圆形唇边段的唇边，并且优选地具有在三个波束的每一个的第一零点处布置的壁，由于现有技术矩形网格阵列相对于优选实施例的六边形网格阵列的显著不良定向性能，本发明的壳体将具有显著较大的价值。在优选实施例中，安装六边形相控阵列，从而三个波束中的一个波束在相对阵列的方位角方向上倾斜地离开反射器，并且其它两个波束的方位角取向成以60°角大致反射回阵列上，从而得到最紧凑的整体尺寸。在尺寸不是十分重要的场合，其它实施例是可能的。图8是来自现有技术32-元件矩形网格填充布置阵列的计算机_建模发射的画出标准化数值的合成，其中发射器元件建模成点源，并且所有元件彼此同相，这样产生与阵列的平面相垂直的主波束。数值相对于与垂线的倾角画出，该垂线是波束的中心。不同曲线每个代表作为倾角函数的预测波束强度，如从阵列行沿不同角度测量的那样，0(或90)度与行共线，45度对于它们是对角的。在所有这些情况下，模型预测到，主波束60在约10度的倾角处突然降落到第一零点。强度在较大角度处再次增大以产生第一环形圆环61，然后第二环形圆环62，以此类推，如在图中表示的那样。本发明外壳的内表面优选地定位在离主波束轴线约十度处的第一零点位置的紧外侧，以阻塞除希望主波束之外的所有形成和发射。图9A和9B表示测试这里的优选实施例的裸六边形相控阵列换能器的结果。图9C和9D表示来自测试在图中表示的本发明壳体的优选实施例内安装的相同换能器阵列的结果。在这个系列的试验中使用的原型由胶合板和造型泡沫制造，然后在别的方面与以上描述的模制塑料优选实施例的设计相适应。系统在发射器模式中被测试，该发射器模式在4425Hz(用于声雷达系统的一种典型操作频率)下发射脉冲声音信号。包括麦克风扫描阵列的计算机化装置系统用来绘制来自裸相控换能器阵列的发射图案(图9A和9B)、和来自在壳体内安装的阵列的发射图案(图9C禾P9D)。对于每次运行，将数据标准化成在图9A和9C中的主波束41的中心41和图9B和9D中的主波束31的中心处1.00的信号强度。进行坐标变换，以将数据绘制到在仪器的基准帧中对中的球形坐标系中，并且画出相等声音强度的等值线(在图中"i")。对于其中波束从仪器在与阵列位置相对的方位角方向上发射(称作"6点钟波束")的情形并且也对于其中波束从上方看从第一种情形在方向120°逆时针发射(称作"2点钟波束")的情形，收集数据。这些数据分别表示在图9A和9C、和图9B和9D中。对于第三("10点钟")方位角方向没有获取数据。由于外壳的双侧对称性，"2点钟"和"IO点钟"波束将是镜像图像，其它与试验精度的极限相同。图9A的检查表明，裸阵列产生比主波束的强度大0.4倍的边瓣44(在0度处)；这个边瓣表示在图3C中。这个有害波束由壳体完全消除(见图9C)，因为它在25度左右的非常小的仰角处，并且所以撞到壳体壁且由吸声壁衬层吸收。而且，在裸阵列数据中，由理论预测的环形圆环显现为，在接近0.2倍主波束强度的区域47内的信号强度接近0.3倍主波束强度的区域42。由于画出投影和试验数据可变性，圆环形状被明显地扭曲。如期望的那样，这个圆环的部分保留在壳体数据中(图9C的42a)，但环形圆环的区域47在尺寸和强度方面被大大地减弱，如圆环的整体强度相对于裸阵列数据那样。类似地，图9B表示对于裸阵列2点钟情形的边瓣34和显著环形圆环32、37。在图9D所示的壳体情形下，在图9B中所示的裸阵列情形下的接近0.2倍主波束强度的边瓣34和主区域37几乎被消除。相对于图9B的裸阵列数据，图9B所示的接近0.3倍主波束强度的环的主区域32在壳体数据中大大地减小(在图9D中表示的区域32a)。在图9A和9B的裸阵列数据中，不希望离轴声音的多个其它微小区域是显然的，例如区域48和38。当引入壳体时，这些区域几乎不存在，如图9C和9D所示。图9因而概括本发明外壳如预测的那样起作用的试验证据。试验表明，当外壳壁表面布置得与第一零点的位置近似重合时，主波束的强度大致不受影响。因而，相控阵列在外壳内比在自由空气中工作得更好。壁表面可布置得稍靠近波束的中心轴线，这会减小整体波束功率，但依据用途可能是可接受的。可选择地，将波束布置得离轴线稍远些会引起痕迹(wake)圆环的包括，这也会降低性能，但同样依据用途可能是可接受的。可选择实施例描绘在图IIA和11B中。壳体200包括三-壁外壳202，该三-壁外壳202适于供矩形网格换能器阵列使用，该矩形网格换能器阵列布置在门230后面，直接面对反射表面240;操作阵列，从而发射三个顺序波束，一个与阵列的平面正交，并且两个相对于阵列以一定仰角倾斜且方位角彼此相差90度。具有内部壁表面205的壳体段204围绕正交波束的大约一半，而具有内部壁212的段210和具有内部壁222的段220中的每个围绕比两个倾斜波束的每一个的半部稍大。每个这样的壁是部分锥形的。壳体段204的唇边段206是部分圆形的，而壳体段210和220的唇边段214和224每个是部分椭圆形的。而且，这些图表明向外张开而不是圆形的唇边、和在壁表面和唇边表面上毡衬里的使用。按如下测试优选毡吸声纤维材料的环境耐受性。毡材料的近似3平方英寸试样固定到竖直面向南的表面上，该竖直面向南的表面暴露于在Amherst，Massachusetts的天气。这种试样在一年时段上没有表现出可见的或触觉到的退化迹象。相邻安装的、诸如来自AcousticalSolutionsInc.的TypeAF-1聚氨基甲酸乙酯泡沫之类的声学泡沫的类似试样表现出显著退化。泡沫的表面变脆到离表面约1/10〃的深度。温和地触及这个表面层会使它破碎成细粉末。脆性表面层在暴露几星期内产生。显得好像这个层保护下置泡沫免于进一步退化，直到它被刷掉。一旦刷掉，新的脆性层在几星期内产生。在试验地点处泡沫的不良性能可能比在用于声雷达设备的可能地点处期望的性能好，在该处风和其它环境因素可能使脆性层脱落，永远不会成为厚得足以保护下置泡沫。测试证实，毡适于长期室外暴露，而声学泡沫不适于。而且，测试可能耐老化的优选材料和可选择材料的吸声质量。为测试选择的材料是制造成吸声材料的材料以及可能期望具有适当吸声性能和脱水性能的其它可得到材料的组合，该吸声性能和脱水性能对于在本发明中使用的壳体衬层材料很重要。测试的材料是1.卡车后排座椅衬料织物近似1/4〃厚的起毛织物，由WiselndustriesofOldHickory,TN供给的粗聚酯纤维编织，通常用作他们的"Bedrug"商标名的小货车后排座椅衬料的暴露表面。172.烧结玻璃瓷砖1〃厚"Re即or"商标名的吸声烧结玻璃瓷砖，由RPGDiffusorSystems,IncofUpperMarlboro,MD制造。3.玻璃纤维绝缘材料l"厚无涂层玻璃纤维薄片，作为吸声材料销售；McMaster-CarrStock#55075T21。4.天然纤维门口脚垫从地方家居商店购买的天然纤维(或许黄麻)编织门口脚垫。5.重切门口脚垫从地方家居商店购买的天然纤维(或许黄麻)深切起毛门口脚垫。6.1/2〃厚白毡这是在这里的优选实施例中使用的材料。它是无纺织物(毡材料)，由变化直径的聚酯纤维制成，并且由NationalNonwovensInc.ofEasthamptom，MA提供。7.Vee泡沫"AuralexStudiofoamWedges"商标名的声学泡沫，由TrueSoundControlDivisionofMetroMusic,Bayville，NJ供给。来自试验材料的反射4425Hz音调的测量幅值与来自非吸收表面的反射相比较。如下表1概括试验结果表l<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>试验注释1.测量反射信号，标准化到具有裸反射器的信号_约17伏特交流麦克风输出。2.声源32元件高频扬声器阵列，所有高频扬声器并联地驱动。(近似2(T波束)。3.源频率4425Hz。4.随后测试表明，三层l/2"白毡用作在以上测试中对于1.5"厚白毡的优秀代表。有几个重要发现工业评定为良好宽带声吸收的一定材料在试验频率下不像期望的那样有效，这在声雷达用途中是典型的。(例如，玻璃纤维、烧结玻璃)。，声吸收有效性随增大的材料厚度而增加。性能改进在较大厚度处减小。见图12，它是半英寸厚白毡材料的一个或多个层片的吸声性能的曲线图。由几种直径的聚酯纤维制成的毡，按厚度表现得几乎与高质量吸声泡沫一样好。优选白毡材料的测试结果描绘在图12中，图12表示，1.5〃的材料(三个0.5〃19层)将声音反射减小约89%。对于水分保持和在用水饱和的不同阶段中的声学性能测试毡，以反映室外状态。发现，当几乎竖直时，毡将水迅速地从完全饱和排放到仅仅潮湿。当使用这里描述的优选外壳时，材料将在离垂线约十度的表面上。当在毡中的可见水位(与在毡中的空穴空间在其下面基本上是水饱和的水位相对应)下降到离材料的底部约一英寸高时，排水会突然停止。通过将毡定向成它不具有水平底部边缘，在毡中保持的水量是可减少的。例如，通过转动毡的竖直正方形试样从而其角部之一直接指向下，毡排水直到其可见水位下降到离这个角部约一英寸。在这个转动竖直位置中排水之后保持的水量大约与毡的重量相同。在潮湿毡中的残余保持水通过蒸发缓慢地消失。潮湿毡的吸声质量(在4425Hz下)从其干燥状态减小不大于25%。在边缘对边缘接触中的多片毡材料的组件，在以上方面表现得仿佛组件是单片毡。水从所有片迅速排出，仅收集在连续组件中的最下部毡片的底部中。对于本发明的应用和操作方式的进一步讨论，由上面的分析可以清楚了解。因此不再提供有关应用和操作方式的进一步讨论。根据以上分析可以了解，对于本发明的各部件的最佳尺寸关系，包括尺寸变化、材料、形状、结构、操作频率和波长、操作功能和方式、装配和使用，对于本领域的技术人员来说是显而易见的，并且本发明旨在包括与附图中所示的和说明书中所描述的关系等效的所有关系。因此，认为上述的内容仅仅阐述了本发明的原理。此外，由于对于本领域普通技术人员来说很容易对本发明进行多处修改和变化，本发明并不局限于文中所示意和描述的确切的结构和操作，相应地，所有适当的修改和类似方案都可以认为落在了本发明所限制的范围内。权利要求一种用于具有换能器阵列的相控阵列单基地声雷达系统的壳体，该换能器阵列沿不同的主轴线顺序发射和接收声音的多个大致锥形的主波束，所述壳体包括外壳，该外壳限定内部体积，该内部体积在顶部处对于大气基本上敞开，以发射和接收波束；和其中，至少开口的形状与一个主波束的至少一部分的锥形形状密切相符。2.根据权利要求1所述的壳体，其中，所述外壳包括一个或多个向上定向的侧壁。3.根据权利要求2所述的壳体，其中，所述开口至少部分地由在至少一个侧壁的至少一部分的顶部处的唇边限定。4.根据权利要求3所述的壳体，其中，所述唇边的顶部绕其纵向轴线倒圆，以防止声音在它离开壳体时被折射。5.根据权利要求4所述的壳体，其中，所述唇边的顶部的倒圆基本上是部分圆形的。6.根据权利要求5所述的壳体，其中，由阵列发射的声音在空气中具有限定波长，并且所述唇边的倒圆的曲率半径至少大约与所发射的声音的波长一样大。7.根据权利要求1所述的壳体，其中，所述外壳的内表面中的至少一些内表面成形为与所述波束中的每一个的至少部分密切相符。8.根据权利要求7所述的壳体，其中，所述外壳的内表面中的至少一些内表面的横截面大致是部分椭圆形的，以与倾斜的锥形波束轮廓密切相符。9.根据权利要求8所述的壳体，其中，横截面大致是部分椭圆形的外壳的内表面限定一内表面，该内表面本身基本上限定锥的表面的一部分，该锥从垂线稍微倾斜。10.根据权利要求9所述的壳体，其中，所述锥的轴线的角度是约十度。11.根据权利要求IO所述的壳体，其中，所述锥的轴线的角度是约11.2度。12.根据权利要求9所述的壳体，包括唇边，该唇边包括多个部分椭圆形唇边段，每个唇边段大致沿倾斜的锥形表面布置。13.根据权利要求12所述的壳体，其中，所述唇边段的每一个与所述外壳的内表面的至少一部分是整体的。14.根据权利要求7所述的壳体，还包括布置在所述阵列与所述外壳之间的大致部分锥形的通道部分。15.根据权利要求1所述的壳体，其中，组成阵列的换能器安装在大致竖直的平面中，并且所述主波束由位于壳体内的倾斜的声音反射表面反射到大气和从大气反射。16.根据权利要求15所述的壳体，还包括排出开口，以允许碎屑和降雨离开外壳。17.根据权利要求1所述的壳体，该壳体由塑料模制而成。18.根据权利要求17所述的壳体，该壳体由旋转模制的聚乙烯塑料制造而成。19.根据权利要求3所述的壳体，其中，所述唇边包括多个部分椭圆形的唇边段。20.根据权利要求19所述的壳体，其中，所述唇边基本上是水平的。21.根据权利要求1所述的壳体，还包括覆盖外壳的面对内部体积的内表面的至少一部分的吸声材料。22.根据权利要求21所述的壳体，其中，所述吸声材料包括无纺材料，该无纺材料包括合成纤维。23.根据权利要求22所述的壳体，其中，所述吸声材料由聚酯基纤维制成。24.根据权利要求22所述的壳体，其中，所述纤维具有多个不同的直径。25.根据权利要求22所述的壳体，还包括粘合剂，该粘合剂将所述吸声材料粘结到外壳表面上。26.根据权利要求25所述的壳体，其中，所述粘合剂是涂敷到吸声材料上的连续薄膜。27.根据权利要求21所述的壳体，其中，侧壁的由波束接触的部分用吸声材料基本上完全覆盖。28.根据权利要求1所述的壳体，其中，所述阵列包括多个分立的声换能器，用于将声音发射到大气中并用于检测已经由大气反射的所发射的声音，其中换能器按大致平面的、大致六边形的网格填充布置排列。29.根据权利要求28所述的壳体，其中，所述阵列包括多行紧密填充的基本上相同的换能器，同时在相邻行中的换能器在与行的纵向轴线正交的方向上彼此偏移换能器宽度的大约V3/2。30.根据权利要求29所述的壳体，其中，所述换能器限定大致六边形的周边形状。31.根据权利要求29所述的壳体，其中，组成行的换能器在基本上相同的频率下一致地操作，并且每个顺序行的操作相对于紧前面的行均匀地相移，以产生相对于换能器的平面以仰角倾斜的波束。32.根据权利要求31所述的壳体，其中，行_对-行相移是约六十度。33.根据权利要求31所述的壳体，其中，波束角宽度从波束主轴线到波束半功率点大约是五度。34.根据权利要求31所述的壳体，包括顺序产生的三个波束，每个这样的波束限定波束的主轴线，其中三个波束的主轴线位于从法向到换能器的平面约IO度的基本上相同的仰角处。35.根据权利要求31所述的壳体，其中，三个波束的方位角以彼此成约120。的角度取向。36.—种用于具有换能器阵列的相控阵列单基地声雷达系统的壳体，该换能器阵列大体沿方位角彼此间隔开约120°的不同主轴线顺序发射和接收声音的至少三个大致锥形的主波束，所述壳体包括至少三个向上定向的侧壁，这些侧壁在它们之间限定在顶部处对于大气基本上敞开以发射和接收波束的体积，所述侧壁中的每个限定内表面，该内表面本身限定锥的表面的一部分，该锥基本上是竖直的或从垂线稍微倾斜；禾口唇边，包括至少三个部分椭圆形上部唇边段，在每个侧壁的顶部处具有一个唇边段，从而所述唇边限定在体积的顶部处的多瓣弯曲周边，该多瓣弯曲周边与在唇边的位置处的至少三个主波束中的每一个的一部分的锥形形状密切相符。37.根据权利要求36所述的壳体，其中，所述侧壁与三个主波束的中心线成约十度的角度。38.根据权利要求36所述的壳体，其中，唇边的顶部绕其纵向轴线倒圆，以防止声音在它离开壳体时被折射，唇边的顶部的倒圆基本上是部分圆形的，其中由阵列发射的声音在空气中具有限定波长，并且唇边倒圆的曲率半径至少大约与所发射的声音的波长一样大。39.根据权利要求36所述的壳体，包括三个侧壁和三个唇边段，并且还包括位于侧壁的相交处的被倒圆的圆角区域；大致水平的基本上锥形的通路部分，布置在阵列与侧壁之间；及吸声材料，基本上完全覆盖侧壁的内表面和通路部分，其中吸声材料的内表面大致位于主声束中的每一个的第一零点处。40.—种相控阵列单基地声雷达系统，包括换能器阵列，该换能器阵列沿不同的主轴线顺序发射和接收声音的至少三个大致锥形的主波束；壳体，包含换能器阵列，并且包括外壳和唇边，该外壳限定内部体积，该内部体积在顶部处对于大气基本上敞开，以发射和接收波束，该唇边至少部分地限定外壳的开口，唇边与在唇边的位置处的三个主波束中的每一个的至少一部分的锥形形状密切相符；及吸声材料，衬在外壳的面对内部体积的表面的至少一些表面上。41.一种设计用于具有换能器阵列的相控阵列单基地声雷达系统的壳体的方法，该换能器阵列沿不同的主轴线顺序发射和接收声音的多个大致锥形的主波束，该方法包括确定锥形的主波束的表面的大致位置；布置一个或多个向上定向的侧壁，这些侧壁在它们之间限定在顶部处对于大气基本上敞开以发射和接收波束的体积；及将上部唇边布置在一个侧壁的至少一部分的顶部处，上部唇边限定在体积的至少一些的顶部处的弯曲周边，该弯曲周边与在唇边的位置处的至少一个主波束的至少一部分的锥形表面的形状密切相符。42.根据权利要求41所述的方法，其中，每个侧壁基本上布置在主波束之一的一部分的锥形表面处。43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述唇边布置在每个侧壁的顶部处。全文摘要一种用于具有换能器阵列(10)的相控阵列单基地声雷达系统的壳体(100)，该换能器阵列沿不同的主轴线发射和接收声音的多个大致锥形的主波束。壳体(100)包括一个或多个向上定向的侧壁(128、129、130)，在它们之间限定在顶部处对于大气敞开以发射和接收波束的体积；和上部唇边(108)，在至少一个侧壁(128、129、130)的顶部处，限定在体积的至少一些的顶部处的弯曲周边，该弯曲周边与在唇边(108)的位置处的至少一个主波束的形状密切相符。文档编号E04B1/84GK101715502SQ200880018374公开日2010年5月26日申请日期2008年5月22日优先权日2007年6月1日发明者L·曼弗雷迪,N·拉怀特,W·L·萨斯申请人:涅磐公司