一种用于水声测试的螺线空间阵制造技术

本发明专利技术公开了一种用于水声测试的螺线空间阵，涉及水下声学测试领域，包括螺线空间阵、水面浮标、浮体、水下定位信标和重力锚。螺线空间阵是通过将单条线阵进行空间扭转，得到单条螺线阵，阵元在垂直方向上等间隔排列；将多条单螺线阵在圆周方向进行组合得到螺线空间阵。螺线空间阵上下分别连有1个水下定位信标，顶部通过浮体和水面浮标保持姿态固定，底部通过浮体和重力锚保持姿态固定。本发明专利技术相比于常规体积阵，具有更低的旁瓣级，能够进一步提高水下声学测试的能力。下声学测试的能力。下声学测试的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水声测试的螺线空间阵


[0001]本专利技术涉及水下声学测试领域，尤其是一种用于水声测试的螺线空间阵。

技术介绍

[0002]相比于一、二维基阵，圆柱阵的空间对称性好，在周向方向上波束宽度不变，具有水平360
°
范围内相同的探测能力，因此广泛应用于各类舰载声呐系统中。但圆柱阵在周向方向上的指向性函数为贝塞尔函数，旁瓣级较高，因此抗干扰能力不足。

技术实现思路

[0003]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于水声测试的螺线空间阵，本专利技术的技术方案如下：
[0004]一种用于水声测试的螺线空间阵，包括螺线空间阵和与空间阵两侧相连的水下定位声信标，以及与一个水下定位声信标依次相连的浮体和水面浮标、与另一个水下定位声信标依次相连的浮体和重力锚，使螺线空间阵在水下以垂直姿态固定；螺线空间阵为由N条单螺线阵在圆周向组合形成的双锥体阵列，且两锥体沿轴心呈中心对称分布。
[0005]其进一步的技术方案为，单螺线阵是通过单线阵围绕轴心进行空间扭转得到的，且在垂直方向上沿轴心呈中心对称分布，单螺线阵有K个圆周，每个圆周为2π，圆周的半径从螺线阵两端到轴心逐渐收缩为零；每条螺线阵上均包含M个阵元，且在垂直方向上以间距d等间隔排列，单螺线阵的高度为H＝(M
‑
1)
·
d。
[0006]其进一步的技术方案为，利用单螺线阵的高度得到螺线空间阵中各阵元在垂直方向的坐标表示为：
[0007]z
i,j
＝(i
‑
1)
·
d
‑
H/2；
[0008]其中，i表示M层中的第i层平面圆周，j表示N列中的第j条螺线阵，z
i,j
的范围在
‑
H/2～H/2之间。
[0009]其进一步的技术方案为，利用单螺线阵各阵元所在的平面圆周半径及周向角度，得到单螺线阵各阵元在水平方向的坐标；对于每个圆周，获取N个等间隔分布的阵元将圆周均匀分割的角度；将任一列单螺线阵的各阵元围绕轴心，以该角度进行等间隔旋转，结合该列单螺线阵在水平方向的坐标得到各列单螺线阵各阵元在水平方向的坐标。
[0010]其进一步的技术方案为，单螺线阵各阵元所在的平面圆周半径为：
[0011]r
i,1
＝2Rz
i,1
/H；
[0012]其中，R表示圆周中的最大半径；
[0013]单螺线阵各阵元所在的周向角度为：
[0014][0015]其进一步的技术方案为，单螺线阵各阵元在水平方向的坐标表示为：
[0016]x
i,1
＝r
i,1
·
cosα
i,1
；
[0017]y
i,1
＝r
i,1
·
sinα
i,1
；
[0018]其中，r
i,1
表示单条螺线阵中第i层阵元的平面圆周半径，α
i,1
表示单条螺线阵中第i层阵元的周向角度。
[0019]其进一步的技术方案为，对于每个圆周，N个等间隔分布的阵元将圆周均匀分割的角度为：
[0020][0021]其进一步的技术方案为，各列单螺线阵各阵元在水平方向的坐标表示为：
[0022]x
i,j
＝x
i,1
·
cosβ
j
‑
y
i,1
sinβ
j
；
[0023]y
i,j
＝x
i,1
·
sinβ
j
+y
i,1
cosβ
j
；
[0024]其中，x
i,1
、y
i,1
分别表示单螺线阵中第i层阵元在水平方向的横坐标和纵坐标，β
j
表示阵元绕轴心旋转到下一个阵元的角度。
[0025]其进一步的技术方案为，螺线空间阵阵列的波束响应表示为：
[0026][0027]其中，表示观测方向为水平角θ0和俯仰角时的阵列流型向量，w
H
表示不同扫描角度下的阵列加权向量；
[0028]令θ0＝0,并对波束响应进行归一化后取对数形式，以此表示阵列的空间指向性，取其水平方向指向性切片，用于观测水平方向阵列指向性旁瓣的高度，空间指向性表达式为：
[0029][0030]其进一步的技术方案为，每个阵元代表设置一个水听器。
[0031]本专利技术的有益技术效果是：
[0032]本申请通过将直线阵进行空间扭转得到螺线阵，再进一步组合形成螺线空间阵，充分利用了这种阵列在空间分布的稀疏特性，且各阵元按照规定设置避免重复空间采样，能有效抑制混叠效应，大幅降低了阵列指向性旁瓣的高度，相比圆柱阵和双锥阵具有更低的旁瓣级，拥有更强的抗干扰能力，能够进一步提高水下声学测试的能力。
附图说明
[0033]图1为本申请提供的螺线空间阵模型。
[0034]图2为本申请提供的空间扭转后的单条螺线阵示意图。
[0035]图3(a)为本申请提供的螺线空间阵空间尺度与阵元分布的立体图。
[0036]图3(b)为本申请提供的螺线空间阵空间尺度与阵元分布的左视图。
[0037]图3(c)为本申请提供的螺线空间阵空间尺度与阵元分布的俯视图。
[0038]图4(a)为圆柱阵空间尺度与阵元分布的立体图。
[0039]图4(b)为双锥阵空间尺度与阵元分布的立体图。
[0040]图5(a)为本申请提供的螺线空间阵在1000Hz频点处的空间指向性图。
[0041]图5(b)为圆柱阵在1000Hz频点处的空间指向性图。
[0042]图5(c)为双锥阵在1000Hz频点处的空间指向性图。
[0043]图6为螺线空间阵、圆柱阵和双锥阵在1000Hz频点处的水平方向指向性切片。
[0044]其中：1
‑
水面浮标；2
‑
浮体；3
‑
水下定位声信标；4
‑
螺线空间阵；5
‑
水下定位声信标；6
‑
浮体；7
‑
重力锚。
具体实施方式
[0045]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。
[0046]如图1所示，本申请提供了一种用于水声测试的螺线空间阵，包括螺线空间阵4和与空间阵两侧相连的水下定位声信标3、5，以及与一个水下定位声信标3依次相连的浮体2和水面浮标1、与另一个水下定位声信标5依次相连的浮体6和重力锚7，使螺线空间阵4在水下以垂直姿态固定。其中，螺线空间阵4为由N条单螺线阵在圆周向等间隔组合形成的双锥体阵列，且两锥体沿轴心O呈中心对称分布。
[0047]如图2所示，单螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水声测试的螺线空间阵，其特征在于，包括螺线空间阵和与空间阵两侧相连的水下定位声信标，以及与一个水下定位声信标依次相连的浮体和水面浮标、与另一个水下定位声信标依次相连的浮体和重力锚，使所述螺线空间阵在水下以垂直姿态固定；所述螺线空间阵为由N条单螺线阵在圆周向组合形成的双锥体阵列，且两锥体沿轴心呈中心对称分布。2.根据权利要求1所述的用于水声测试的螺线空间阵，其特征在于，所述单螺线阵是通过单线阵围绕轴心进行空间扭转得到的，且在垂直方向上沿轴心呈中心对称分布，所述单螺线阵有K个圆周，每个圆周为2π，所述圆周的半径从螺线阵两端到轴心逐渐收缩为零；每条螺线阵上均包含M个阵元，且在垂直方向上以间距d等间隔排列，所述单螺线阵的高度为H＝(M
‑
1)
·
d。3.根据权利要求2所述的用于水声测试的螺线空间阵，其特征在于，利用单螺线阵的高度得到螺线空间阵中各阵元在垂直方向的坐标表示为：z
i,j
＝(i
‑
1)
·
d
‑
H/2；其中，i表示M层中的第i层平面圆周，j表示N列中的第j条螺线阵，z
i,j
的范围在
‑
H/2～H/2之间。4.根据权利要求2所述的用于水声测试的螺线空间阵，其特征在于，利用单螺线阵各阵元所在的平面圆周半径及周向角度，得到单螺线阵各阵元在水平方向的坐标；对于每个圆周，获取N个等间隔分布的阵元将所述圆周均匀分割的角度；将任一列单螺线阵的各阵元围绕轴心，以该角度进行等间隔旋转，结合该列单螺线阵在水平方向的坐标得到各列单螺线阵各阵元在水平方向的坐标。5.根据权利要求4所述的用于水声测试的螺线空间阵，其特征在于，所述单螺线阵各阵元所在的平面圆周半径为：r
i,1
＝2Rz
i,1
/H；其中，R表示圆周中的最大半径；所述单螺线阵各阵元所在的周向角度为：6.根据权利要求4所述的用于水声测试的螺线空间阵，其特征在于，所述单螺线阵各阵元在水平方向的坐标表示为：x

【专利技术属性】
技术研发人员：李志超，裴雨晴，范军，庞业珍，
申请(专利权)人：深海技术科学太湖实验室上海交通大学，
类型：发明
国别省市：