典型分裂波束声学探测系统及其应用

分裂波束声学探测系统是海洋生物研究的不可或缺的仪器设备,也是现代大型综合科考船的必备装备。首先介绍了分裂波束声学探测的基本原理和系统组成,然后系统介绍了Simrad和BioSoncis的2款典型分裂波束声学探测系统,并分析了其在渔业资源调查、羽状流探测等方面的应用。     

一种提高分裂阵频域波束形成测向分辨力的方法

为了提高声呐系统对目标方位的分辨能力,本文提出一种分裂阵频域波束形成方法,即超波束互谱测向法。通过将超波束方法得到的方位谱加权到互谱方法得到的波束形成结果上,从而得到最终的波束输出结果。超波束互谱测向方法的优点是既能够降低主瓣宽度,抑制旁瓣,提高测向分辨力;又能够保留相位信息,为后续谱分析应用提供参考。实验室水池测试结果表明,利用阵元间距为0.016 m的16元均匀直线阵,对于37.5 k Hz的声信号,采用超波束互谱方法进行波束形成与单纯采用互谱方法进行波束形成相比较,在0°和60°方位上的波束主瓣宽度分别减小了3.8°和6.9°,旁瓣幅度降低超过30 d B,测向分辨力得到明显提高,从而验证采用超波束互谱测向方法提高测向分辨力的可行性和有效性。     

一种提高分裂阵频域波束形成测向分辨力的方法

为了提高声呐系统对目标方位的分辨能力,本文提出一种分裂阵频域波束形成方法,即超波束互谱测向法。通过将超波束方法得到的方位谱加权到互谱方法得到的波束形成结果上,从而得到最终的波束输出结果。超波束互谱测向方法的优点是既能够降低主瓣宽度,抑制旁瓣,提高测向分辨力;又能够保留相位信息,为后续谱分析应用提供参考。实验室水池测试结果表明,利用阵元间距为0.016 m的16元均匀直线阵,对于37.5 kHz的声信号,采用超波束互谱方法进行波束形成与单纯采用互谱方法进行波束形成相比较,在0°和60°方位上的波束主瓣宽度分别减小了3.8°和6.9°,旁瓣幅度降低超过30 dB,测向分辨力得到明显提高,从而验证采用超波束互谱测向方法提高测向分辨力的可行性和有效性。     

基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术

大孔径拖曳线列阵受舰艇横向机动、洋流影响和水动力影响时会产生一定的阵形畸变,阵形畸变使得波束形成时阵列流型失配,进而降低了波束分辨率和信号的增益。在无法进行阵形估计时,基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术将大孔径拖曳线阵分为左右双子阵分别做波束形成,通过最大似然时延估计算法估算对应波束的时延差,再依据估算时延差对左右波束进行延时求和得到最终的波束信号。仿真和海试数据证明,相对于全阵直接做波束形成的方法,基于时延估计的分裂阵的时域波束形成技术有效提高了波束分辨率和信号的增益。     

多波束探测系统在护岸施工中测量检测的应用

本文分析多波束探测系统的工作原理,结合工程实例介绍了多波束探测系统在海底深水铺检测、抛石工程和护岸施工中的应用和数据采集、数据处理和水深测量成果图方面的优势,提高工作效率,可为类似工程提供参考。     

水下超波束形成技术性能仿真研究

基于声呐分裂波束阵列信号处理的特点,对超波束形成(hyper beam forming,HBF)的二维(2D)和三维(3D)算法进行介绍,探讨其工作特性以及影响因子。将HBF技术应用在水下阵列信号处理中,通过仿真计算分析了其分辨能力和分辨特性。研究结果表明:HBF使得主瓣束宽得到锐化,同时旁瓣级也有很大的降低,与常规波束形成技术相比,其分辨能力有较大提高,是一种有广阔应用前景的水下阵列信号处理新方法。     

多波束声呐声学参数校准系统设计

依据水声计量测试原理与方法,设计了一套多波束声呐声学关键参数的计量校准系统。利用多维运行控制装置,在消声水池中对多波束声呐进行了声源级、工作频率、波束宽度、脉冲宽度等声学指标的校准。阐述了校准系统的主要组成、计量器具控制和校准方法。实现了在等效自由场、远场中对水下声呐换能器位置的精确控制、声信号采集与分析等功能。通过不确定度评定,给出了该校准系统工作频率、波束宽度测量结果的扩展不确定度。通过参考值与标称值比对,求得被检多波束声呐声源级误差小于0.7 dB,工作频率误差小于0.03%,脉宽误差小于2%,波束宽度误差小于10%。     

分裂阵宽带相关检测在圆阵中应用

宽带能量检测作为一种非相关检测方法广泛应用于被动声呐中,但是在复杂环境下其检测性能迅速降低.为了实现分裂阵半波束在圆阵中的应用,本文通过对圆阵的半波束相位差推导和仿真,将分裂阵半波束应用于圆阵的宽带信号检测中,给出一种应用于圆阵的分裂阵宽带相关检测方法.该方法能有效地改善目标方位分辨率,提高被动声呐的宽带检测性能.仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性,易于工程应用.     

分裂阵宽带相关检测在圆阵中应用

宽带能量检测作为一种非相关检测方法广泛应用于被动声呐中,但是在复杂环境下其检测性能迅速降低。为了实现分裂阵半波束在圆阵中的应用,本文通过对圆阵的半波束相位差推导和仿真,将分裂阵半波束应用于圆阵的宽带信号检测中,给出一种应用于圆阵的分裂阵宽带相关检测方法。该方法能有效地改善目标方位分辨率,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性,易于工程应用。     

2D HyperBeam在主动阵列信号检测中的应用

对分裂波束的阵列信号特性进行了分析,对HyperBeam的1D和2D定义及工作原理进行了讨论,给出主动阵列信号处理中基于2D HyperBeam频域检测的信号处理方法.仿真结果表明,2D HyperBeam波束形成使得主瓣束宽得到锐化,同时旁瓣级也有较大幅度降低,在主动阵列信号检测中性能超过常规波束形成.     

超波束技术在岸基光纤阵中的应用

本文针对常规波束形成在岸基光纤阵信号处理应用中的宽主瓣、高旁瓣的问题,采用基于超波束技术对常规波束输出进行加权,不但能保证波束的高分辨力,而且可保留波束输出的相位信息。该方法较常规波束输出能够提升“V”型岸基被动阵左右分辨的能力。结合仿真和实际数据处理进行了检验,并指出该方法在岸基被动阵列实际工程应用中需要注意的问题,如阵形误差等。     

多波束声速改正模拟及其误差分析

声速改正是多波束测量误差的主要来源,文章介绍了多波束声速改正的原理和实现方法。着重解释了声速变化对海底测点位置和深度的影响,利用V-basic和Excel电子表格形式,采用实际声速剖面模拟了任意波束测点海底位置和深度的计算过程,定量地揭示了浅层声速数据对海底弯曲变形的成因和影响程度;利用误差传播理论分析了声速对测量误差的影响。     

多波束切换技术在船载卫星通信系统中的应用

船载卫星通信技术凭借其自身优势,在海洋移动通信、军事侦察、灾难救援等领域发挥着重要作用。近年来,随着网络技术的发展,船载卫星通信系统如何满足人们对数据传输和高带宽等的需求,成为行业研究热点。多波束切换技术能够实现卫星频率的复用,提高卫星信道的利用率,保障卫星通信的带宽质量。本文设计实现基于概率估计的多波束切换算法,该算法能够避免波束过早切换,缓解波束切换过程中产生的"乒乓切换"问题。     

多波束倾斜安装技术在水下检测工程中的应用

由于常规多波束系统垂直安装,无法精确测量临岸水域、码头、防波堤、丁坝、海岛礁等特殊水下地形地貌。针对这一难题,进行了多波束倾斜安装和校准的技术研究。采用多波束倾斜安装的方法,增加相关侧的波束数量,测量能够达到吃水线位置。水深成果精度满足规范及工程需求,实现了水下特殊地形地貌的全覆盖测量,为水上水下一体化模型提供技术支撑,可以广泛应用在水下检测工程中。     

实时三维多波束声呐在海底管道勘测中的应用

为了勘测海底石油管道在海床中的赋存状态,保证石油管道安全生产,以三维多波束声呐为测量设备,结合海上勘测实例,主要从海底管道路由勘察及海底管道断点位置定位等方面进行了分析.得出三维多波束声呐在海底勘测中具有便携、快速、实时成像等优点.尤其在海底管道发生泄漏时,显示管道的赋存状态,实时量取管道位置、长度和悬空高度等数据方面...     

多波束测深系统在水下检测码头接缝中的应用

为探索多波束测深系统在水下检测码头接缝的效用和技术特点,对在建的沉箱码头岸壁开展水下检测现场试验。针对检测对象的特点,改进了多波束测深系统的安装方式和设置,对采集的数据提取点云图进行分析,并对接缝宽度进行水下摄像验证。结果表明,接缝宽度检测的分辨率与船速、波束的发射频率、探测距离等因素有关,且在作业时应力求船舶的航行姿态平稳和匀速航行以保证检测质量。该系统在水下检测时能获得三维点云数据,可直观反映接缝的整体形态,为码头水下接缝检测提供了一种新方法。     

一种多波束声呐在船舶水下安检系统中的应用

针对船舶水下安检技术发展现状,介绍了一种应用于船舶水下安检的多波束声呐系统的组成和原理,开展了一系列的湖上试验。通过对试验船只水下部分的声学扫描,得到了船底三维图像及船只吃水信息。试验结果表明,系统可应用于船底异物检查、船只吃水检测等船舶水下安检领域。     

多波束测深系统在扫海工程中的应用

多波束测深系统作为一种新型高效水深测量仪器在工程中得到广泛应用。简要介绍多波束扫海的系统组成及作业流程。指出利用多波束系统进行扫海是一种高效、高精度的重要手段,有利于类似工程参考。