一種多波束側掃聲納裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是海洋測繪、航道保障等領域，更確切地說，涉及一種多波束側掃聲納裝置，在海底測繪、海底底質勘測、海底工程施工、海底障礙物和海底沉積物探測及海底礦產勘探等民用方面具有廣泛應用，同時在軍用領域如水下安全、航道保障、掃雷等多個領域都能得到廣泛的應用。
【背景技術】
[0002]側掃聲納是一種運用海底目標對入射聲波反向散射原理來探測海底形態的聲納設備，能直觀提供海底聲圖。其具有高分辨率特點，能夠得到連續二維海底圖像，高性價比，因此在海洋測繪、海洋勘察等民用方面具有廣泛應用，同時在軍用領域如水下安全、航道保障、掃雷等多個領域都能得到廣泛的應用。側掃聲納的基本工作原理為，其兩側各有一條換能器線陣，水平方向波束開角較小，一般為0.5°左右或更小，垂直方向開角較大，一般為30°?50°，通過載體移動形成垂直于聲納的多條海底帶狀區域的反射回波強度分布可以組成一幅海底二維聲圖，用于對水下障礙物、水下地貌的測量。
[0003]傳統的側掃聲納系統由于其在沿航向方向的波束角很窄，同時又要兼顧較大的掃寬，因此為了獲得較高分辨率的圖像，必須以犧牲測量效率為代價，通常為了實現海底的全覆蓋，測量航速一般只能達到2節左右。因此，傳統側掃聲納沿航向方向的波束覆蓋效率較低，要想得到高分辨率的聲納圖像必須以降低測速度或者犧牲覆蓋寬度為代價。
[0004]然而，現代海洋測繪和工程勘察等諸多領域，都提出了快速測量的概念，既要保證測量成果的高質量要求，又要提高測量的效率，因此傳統的側掃聲納系統目前已難以勝任，必須有一種新的測量設備能夠確保在海底測繪領域確保數據質量和測量效率兩個方面的要求。
【發明內容】
[0005]鑒于此，本發明公開了一種多波束側掃聲納裝置，該裝置由水下聲納單元(101)、甲板處理單元(102)、輔助測量設備(103)和控制計算機(104)組成，其中甲板處理單元
(102)通過水密連接器(110)與安裝于水下的水下聲納單元(101)的電子設備相連；甲板處理單元(102)通過數據電纜分別于位于水上的輔助測量設備(103)和控制計算機(104)相連。
[0006]本發明所公開的一種多波束側掃聲納裝置，其位于水下聲納單元(101)由安裝于水密電子艙(121)外的左側發射換能器(105)、左側接收換能器(107)、右側發射換能器(115)、右側接收換能器(113)、水壓力傳感器(109)、聲速測量儀(111)以及內部的電子系統組成。
[0007]本發明所公開的一種多波束側掃聲納裝置，其左側發射換能器(105)和右側發射換能器(115)結構相同均為單陣元發射換能器，其所發射聲波在沿航行方向在水下聲納單元(101)左右兩側形成兩個獨立的扇形發射波束(501、504)，發射波束的形狀為沿航向方向窄，垂直航向方向寬。
[0008]本發明所公開的一種多波束側掃聲納裝置，其左側接收換能器(107)和右側接收換能器(113)結構相同均為沿航行方向上的多陣元直線陣，并沿航行方向在水下聲納單元
(101)的左右兩側形成對稱的多個扇形接收波束(502、503)，接收波束的形狀為沿航向方向窄，垂直航向方向寬。
[0009]本發明所公開的一種多波束側掃聲納裝置，其水下聲納單元(101)的電子部分以微處理器(120)為中心分別與水壓力傳感器(109)、聲速測量儀(111)、姿態傳感器(118)、羅經(117)相連;微處理器(120)依次與左側信號發生單元(119)、左側發射換能器(105)相連，并依次與右側信號發生單元(116)、右側發射換能器(115)相連;微處理器(120)依次與左側模數轉換電路(108)、左側多通道信號調理電路(106)、左側接收換能器(107)相連，并依次與右側模數轉換電路(112)、右側多通道信號調理電路(114)、右側接收換能器(113)相連；微處理器(120)與水密連接器(110)相連并通過水密電纜與甲板處理單元(102)相連。
[0010]本發明所公開的一種多波束側掃聲納裝置，其水下聲納單元(101)中左側信號發生單元(119)和右側信號發生單元(116)結構完全相同，均由依次相連的信號波形發生器(301)、功率放大器(302)、發射匹配電路(303)組成;左側多通道信號調理電路(106)與右側多通道信號調理電路(114)結構完全相同，均由依次相連的前置放大器(201)、帶通濾波器(202)、可控增益放大器(203)、二級放大器(204)和低通濾波器(205)組成。
[0011]本發明所公開的一種多波束側掃聲納裝置，其水下聲納單元(101)數據通過水密連接器(110)和水密電纜連接至甲板處理單元(102)的水下數據接收與分發單元(401);水下數據接收與分發單元(401)依次與左側聚焦波束形成器(402)、左側回波強度計算器(404)和水上微處理器(406)相連，組成左側信號處理系統;水下數據接收與分發單元(401)依次與右側聚焦波束形成器(403)、右側回波強度計算器(405)和水上微處理器(406)相連，組成右側信號處理系統；水上微處理器(406)分別與水下數據接收與分發單元(401)、輔助測量設備(103)相連完成對輔助測量數據的采集，并通過通信電纜與控制計算機(104)相連。
[0012]本發明所公開的一種多波束側掃聲納裝置，其基本原理為安裝于水下聲納單元水密電子艙外的發射換能器在信號發生單元的驅動下向水下聲納單元兩側發射兩個獨立的扇形聲波波束，發射波束的形狀為沿航向方向窄，垂直航向方向寬；發射聲波照亮海底，并形成反向散射信號，散射信號被多通道接收換能器，經放大濾波模數轉換后，進行波束形成處理，沿航行方向在水下聲納單元的左右兩側形成對稱的多個扇形接收波束，接收波束的形狀為沿航向方向窄，垂直航向方向寬;提取每個波束內回波的時間強度序列，即可形成如圖6所示的沿航行方向并排的多條海底覆蓋條帶(601、602)，即依次測量能夠得到傳統側掃聲納多次測量的結果；隨著水下聲納單元向前快速移動，形成能夠反映整個海底底質的側掃聲學圖像。
[0013]本發明所公開的一種多波束側掃聲納裝置與傳統側掃聲納相比其主要優勢在于多波束側掃聲納可在沿航向方向形成多個窄波束，一次測量即可覆蓋較大的海底區域，因此可以大大提高測量航速，解決了傳統側掃聲納在沿航向方向只能形成一個窄波束測量效率不高的問題，而大大提高測繪效率。一般而言，如果多波束側掃聲納的波束數為N，那么相對于傳統側掃聲納其最大可提高效率為傳統的N倍。該裝置在海底測繪、海底勘測、海底工程施工及海底礦產勘探等民用方面具有廣泛應用，同時在軍用領域如水下安全、航道保障、掃雷等多個領域都能得到廣泛的應用。
[0014]由此可見，本發明設計新穎、技術含量高、可極大地提高相關海洋測繪領域的工作效率和測繪質量，非常適合于海洋測繪、海洋工程勘察、航道維護以及軍用相關領域推廣應用。
【附圖說明】
[0015]為了使本發明的內容更利于相關專業技術人員理解，下面對附圖進行簡單說明。
[0016]圖1為本發明所述的多波束側掃聲納裝置的系統組成框圖。
[0017]圖2為本發明所述的多波束側掃聲納裝置中多通道信號電路的組成框圖。
[0018]圖3為本發明所述的多波束側掃聲納裝置中信號發生單元電路的組成框圖。
[0019]圖4為本發明所述的多波束側掃聲納裝置中甲板處理單元組成框圖。
[0020]圖5為本發明所述的多波束側掃聲納裝置發射、接收波束示意圖。
[0021]圖6為本發明所述的多波束側掃聲納裝置海底覆蓋條帶示意圖。
[0022]圖7為本發明所述的多波束側掃聲納裝置一種實施例中發射換能器結構圖。
[0023]圖8為本發明所述的多波束側掃聲納裝置一種實施例中水下聲納部分設計圖。
[0024]圖9為本發明所述的多波束側掃聲納裝置一種實施例中功率放大器和發射匹配電路的電路原理圖。
[0025]圖10為本發明所述的多波束側掃聲納裝置一種實施例中單通道信號調理電路的電路原理圖。
具體實施方案
[0026]下面結合附圖和本發明一種較佳的具體實施例對本發明作