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多波束侧扫声呐的设计与实现_论文

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, o 4  响 毡出凹@响 @0   匹fg  咖@ @岛 岜D 旷   f  @囿 ⑨蜘   @ \ 爨 r f n …    ⑨ 响 闶 i 文 章 编 号 :0 2 8 8 (0 2 0- 0 7 0  10 - 6 4 2 1 )3 0 4 — 6 多波束侧扫 声呐 的设 计与实现  廖 小满 , 徐 ( 大连 测 控技 术研 究所 , 宁 辽 ‘文  论? 翔  大连 16 1 ) 10 3  【 摘 要 】针对单波束侧扫声呐在高速拖 曳状态下沿方位 向成像 质量下 降的特点 , 出了多波束侧扫声 呐的设 计方  提 案和硬件实现方法。可在高达 2  nt 0k o 的拖曳速度下保持方位 向具有较高的分辨 能力。   【 关键词 】多波束侧扫声 呐; 呐设计 ; 声 高速拖 曳  【 中图分类号 】 B 6 T 5  【 文献标识码 】   A De i n a d I lme t to   fM utb a S d s a   o a   s   n   mp e n a i n o   li e m  i e c n S n r g LI AO  a ma Xio n,XU  a g Xi n   ( a a ntue o  aue et n  ot l eh o g ,D l nLann 10 3 C ia  D l nIstt fr i i   Mesrm n adC n o Tc nl y ai  i i 16 1 , hn )   r  o a o g  【 bt c】 o t  ele fm g g uly fi lba  ds n y e   h h oi   edt   s n n  p - A s at Frh dcn oiai   atos g   ms e a  s mia i   v g pe, e e g  dm l  r   e i     n q i   n e e i c s t n  g m n s hdi a i e me t t n o   h b a s e c n s n ra e p e e td S     ey h g  e ou i n c n b   e t wh n te s n ri d a g d i     n ai   fmu ie m  i s a   o a   r   r s n e . o a v r   i h r s l t   a   ek p , e  h   o a     r g e  n a o d o s hih s e d s h a   0 ko t g   p e  uc   s2   n .   【 e  od】m l ems e a  nr ds n foa; r    i   ed K yw rs ui a  ds n oa; ei     nr da i h hs e  t b i c s g os gn g p 1 引言    侧 扫声 呐是一种低 成本 的能获 取海 洋底 部 地形  式 中 , 是拖曳速 度 ;   L是 目标 物 体长 度 ; N是沿 拖 曳  方 向期望 得到 的 目标 的空间采样点数 , 即沿方位 向用  几个点表 示物体 ; R是声 呐到 目标距离 ; C是声速 。   由此可 见 , 波束侧扫声 呐的作用距离 和拖 曳速  单 度成反 比, 当在扫雷等需 要高速拖 曳运动 的应用情 况  下, 单波束 侧扫声 呐就不 能满足需要 了。   目前有 两种方案来解 决这个问题 : 第一种是 利用  地 貌特征 的水声设 备 , 其成像分辨 能力高于多 波束条  带 系统 。使用起来 比较方便 , 以拖曳于船舷 或者 固  可 定 安装在 U V上 , 海洋 勘测 、 图绘 制 、 U 在 海 打捞 失事  的沉船飞机残骸 等应用 中都是必 不可少 的设 备 , 在军  事上也常被用做 探测水雷 。   多 脉冲技术 , 即在一个 周期 内发射 多个不 同编码 的声  脉 冲 。第二种方案 是 在沿 方位 向形 成 多个* 行 的波  束 , 大航速可提 高到单波束侧 扫 的  倍 , 为形 成  最   波束 的个数 。因此 多 波束 是 实现高 速拖 曳下 保 持高  分 辨率 的有效方法 之一 。   传 统的单波束侧 扫声 呐探 测 目标 的基 本原 理 比  较简单 : 扫声 呐垂直于拖 曳方 向形成一个 窄条状  即侧 波束 。该波束 在方位 向为 窄波束 , 在垂直 于航 迹* 面  内为宽波束 。当声呐沿拖 曳方 向运动 时 , 周期 性地 发  射接收声脉冲以得到波束照射的一窄条海底区域 回   波 。把不 同发射周 期 的 回波 沿拖 曳方 向拼接起 来 就  形成 了海底 地貌 图像 。当发射单频信号 时 , 垂直 于航  向的距离分 辨力取决 于发 射脉冲宽度 , 沿拖曳航 迹  而 方 向的分辨 力取决 于方位 向波束宽度 和拖 曳速度 。   当拖 曳速度增大 时 , 一个 发射 周 期 内 , 呐拖  在 声 鱼沿拖 曳方 向行程过 大 , 出现相邻发射 波束沿方 位  会 向空 间扫 描 间 隔过 大 的 现 象 , 成 成 像 分 辨 率 下  造 降… 。如果 有长度为  的* 行于拖 曳方 向的物体 , 期  2 多波束侧扫声呐的声学参数设计    ( )工作 频 率 : 扫声 呐 一般 工 作 在 5 Hz   1 侧 0k ~ 12MH , .  z较低 的工作频率 可 以有较 大的探 测距离 , 而  较高 的工作频 率能在 有 限长 度 的传 感 器尺 寸下 得 到  高的角度 分辨 力 。一 般 10k z 右 的声 呐 作 用距  0 H 左 离可达 6 0I, 0k z 0  5  H 左右 的声 呐工 作距离 为 10I n 0 5   n 左右 。考虑 到实用性 以及 硬



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