小型高频收发一体化U型基阵装置的制作方法

本实用新型涉及声纳换能器的领域，具体涉及一种小型高频收发一体化u型基阵装置。

背景技术：

多波束测深仪是一种利用多波束回声信号测量、绘制海底地形和水深的装置。当前国内多波束市场基本被国外产品占据，其中适用于浅海测深的典型主流产品主要有sonic2024(美国r2sonic公司)、seabat8125、8111(丹麦reson公司)、em3002d(挪威kongsberg公司)、fansweep20(德国atlas公司)和seabeam1185(德国elac公司)，国内有一些尚未成熟的多波束产品，大多模仿国外设计。

sonic2024、seabat8125、seabat8111采用“t型”基阵架构，发射阵、接收阵分离式设计，发射阵皆采用半圆柱型，sonic2024和seabat8125的接收阵为直线型，seabat8111的接收阵为半圆型。该类设计架构的缺点在于：半圆柱型发射阵发射波束等能量分布，导致中心波束混响严重，直线型接收阵横向条带波束分辨率不均匀，大开角边缘波束分辨率较低，半圆型接收阵虽然在边缘波束分辨率上有所改善，但由于接收指向性均匀分布，导致中心波束混响无法解决。

em3002d、fansweep20、seabeam1185采用“v型”基阵架构，发射阵和接收阵均为平面阵，安装成“v”字结构，这种设计虽然使边缘波束的分辨力得到一定程度改善，但发射和接收波束横向能量分布仍不均匀。

为进一步提高浅海多波束声纳总体性能，从根本上解决中心波束混响、横向条带波束分辨率不均匀、边缘波束分辨率低等问题，目前亟需一种具有特定指向性的新型基阵架构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种小型高频收发一体化u型基阵装置，能够解决中心波束正入射海底强混响严重、水平维条带波束分辨率不均匀、边缘波束分辨率低等几个方面的问题。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种小型高频收发一体化u型基阵装置，主要包括基阵，所述基阵包括辐射面均为“u”状抛物线型的发射阵和接收阵，所述发射阵由若干内部中空的发射阵基元串联组成，接收阵由若干内部中空的接收阵基元串联组成，发射阵与接收阵串联连接并在基阵内部形成空腔，在基阵两端安装密封板通过定位螺栓将发射阵、接收阵串联固定，插接件灌注在基阵顶部，电子舱通过设置在空腔底部的导轨推入空腔内，并卡在密封板上，密封板外侧通过密封圈密封并用螺钉与盖板固定，基阵一侧的盖板上固定安装声速仪，声速仪旁开有连接声速仪孔和气密孔。

进一步讲，所述发射阵基元包括装有陶瓷颗粒的发射阵定位骨架，发射阵定位骨架上灌注去耦层和发射阵匹配层，并盖装环氧板，若干发射阵基元通过定位螺栓串联再整体灌注水密层形成发射阵；所述接收阵包括接收阵定位骨架，接收阵定位骨架中间设置软木层，前后分别灌注接收阵匹配层和泡沫材料层，若干接收阵定位骨架通过定位螺栓串联形成接收阵。

进一步讲，所述发射阵定位骨架与接收阵定位骨架采用相同结构，确保发射阵与接收阵具有相同的线形。

进一步讲，所述基阵顶部设置有吊装法兰。

进一步讲，所述盖板外侧安装有导流罩。

本实用新型的有益效果为：

1、实现了基阵中心波束比边缘波束能量降低12～15db的效果，从而大幅削弱了中心波束正入射海底强的混响；

2、确保了基阵在大开角波达方位上的有效孔径，从而大幅提升了边缘波束增益和分辨率；

3、实现了基阵在各波达方位上接收孔径的近似均匀分布，从而有效改善了水平维条带上波束分辨率的均匀性；

4、实现了多个匹配层同形换能器的同心堆叠，从而获得基阵在垂直维条带上的束控；

5、实现了声电系统一体化布局构建，有效减少干扰引入环节，大幅缩减基阵尺寸，提高产品便携性。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图。

图2为本实用新型具体实施例的结构分解图。

图3为本实用新型具体实施例的基阵线形。

图4为发射阵基元的结构示意图。

图5为发射阵的结构示意图。

图6为本实用新型实施例中发射阵水平维指向性能图。

图7为接收阵的结构示意图。

图8为本实用新型实施例中接收阵基元灵敏度示意图。

图9为基阵的结构示意图1。

图10为基阵的结构示意图2。

附图标记说明：基阵1、发射阵2、发射阵基元2-1、发射阵定位骨架2-2、陶瓷颗粒2-3、去耦层2-4、发射阵匹配层2-5、环氧板2-6、水密层2-7、接收阵3、接收阵基元3-1、接收阵定位骨架3-2、软木层3-3、接收阵匹配层3-4、泡沫材料层3-5、密封板4、空腔5、插接件6、电子舱7、导轨8、盖板9、声速仪10、连接声速仪孔11、气密孔12、吊装法兰13、导流罩14。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：

实施例：依据所需工作频率、基元数目、尺寸控制、水平维各覆盖方位波束指向性等需求确定基阵1线形，选用抛物线阵形其中x表示基阵的横坐标，y表示基阵的纵坐标，a表示阵形参数，决定了基阵的纵横比例关系，如图3所示；

根据工作频率及陶瓷颗粒2-3的纵向声速依次确定陶瓷颗粒2-3的高度、长度和宽度，根据所需带宽选择陶瓷颗粒2-3与发射阵匹配层2-5的占空比，根据垂直维波束指向性需求确定同心串并联发射阵基元2-1的数目，采用一体化硬铝与abs注塑成型发射阵定位骨架2-2，确保陶瓷颗粒2-3准确定位，再灌注去耦层2-4和发射阵匹配层2-5，最后盖上环氧板2-6，完成单个发射阵基元2-1的制作，如图4所示，多个发射阵基元2-1串联，再整体灌注水密层2-7，形成发射阵2，如图5所示，发射阵性能如图6所示；

接收阵3由128路接收阵基元3-1组成，采用与发射阵定位骨架2-2结构相同的接收阵定位骨架3-2，确保收发阵具有相同的线形，接收阵定位骨架3-2中间设置软木层3-3，前后分别灌注接收阵匹配层3-4和泡沫材料层3-5，若干接收阵定位骨架3-2通过定位螺栓串联形成接收阵3，如图7所示，接收阵基元3-1灵敏度如图8所示；

如附图1所示，这种小型高频收发一体化u型基阵装置(总重约为38kg，尺寸约为197*380*640mm)，主要包括基阵1，基阵1顶部设置有吊装法兰13。所述基阵1包括辐射面均为“u”状抛物线型的发射阵2和接收阵3(能够激发偶次模态，拓展基阵1带宽，并有效保证基阵各局部指向性起伏小于3db)；所述发射阵2由若干内部中空的发射阵基元2-1串联组成，接收阵3由若干内部中空的接收阵基元3-1串联组成，发射阵2与接收阵3串联连接并在基阵1内部形成空腔5，在基阵1两端安装密封板4通过定位螺栓将发射阵2、接收阵3串联固定，在基阵1外周整体灌注5mm厚的防污聚氨酯，同时插接件6灌注在基阵1顶部，电子舱7通过设置在空腔5底部的导轨8推入空腔5内(电子舱7两端固定于盖板9上使得基阵1导线能直接进入电子舱7，有效减少干扰引入)，并卡在密封板4上防止电子舱7上下、左右晃动，密封板4外侧通过密封圈密封并用螺钉与盖板9固定，所述盖板9外侧安装有导流罩14。基阵1一侧的盖板9上固定安装声速仪10，声速仪10旁开有连接声速仪孔11(通过导线与电子舱7相连)和气密孔12；所述发射阵基元2-1包括装有陶瓷颗粒2-3的发射阵定位骨架2-2，发射阵定位骨架2-2上灌注去耦层2-4和发射阵匹配层2-5，并盖装环氧板2-6，若干发射阵基元2-1通过定位螺栓串联再整体灌注水密层2-7形成发射阵2；所述接收阵3包括接收阵定位骨架3-2，接收阵定位骨架3-2中间设置软木层3-3，前后分别灌注接收阵匹配层3-4和泡沫材料层3-5，若干接收阵定位骨架3-2通过定位螺栓串联形成接收阵3；所述发射阵定位骨架2-2与接收阵定位骨架3-2采用相同结构，确保发射阵2与接收阵3具有相同的线形。

本实施例通过搭建一个具有特定指向性的基阵架构，使得其中心波束能量小于边缘波束约12db～15db，不仅大幅削弱了中心波束正入射海底的强混响，还有效提升了边缘波束的分辨率，改善了水平维条带波束分辨率的均匀性，同时一体化的设计理念，有效控制了基阵尺寸，提高了设备便携性。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。