一种声纳基阵指向性自动测量系统及测量方法

摘要

本发明公开了一种声纳基阵指向性自动测量系统及测量方法，涉及声纳基阵领域，该系统包括相互连接固定的基阵和转台，还包括转台舷角数据解析模块、转台数据状态监测模块、全向警戒模块、单波束模块、窄带滤波模块、单频脉冲截获模块、数据自主匹配模块、波束指向性自动生成模块、波束指向性图形化模块和波束指向性数据存储模块。该方法包括基阵舷角数据实时获取、指定方位的脉冲信号获取及其谱级估计、指向性数据的生成、图形化及存储。本发明集配置、采集、计算、分析、同步、绘制等功能于一体，可以高精度、高稳定性、高效率地完成测量，最大程度地降低系统对测试声场环境的依赖，满足当前新一代大孔径声纳基阵指向性的测量需求。

说明书

技术领域

本发明涉及声纳基阵的领域，具体涉及一种声纳基阵指向性自动测量系统及测量方法。

背景技术

声纳基阵的指向性是评价声纳性能的一项重要技术参数，其反映了声纳基阵对不同方向信号的灵敏度。声纳基阵指向性的优劣代表了声纳基阵集中信号于某一方向的能力强弱，同时也代表其抑制其他方向干扰和噪声能力。因此声纳基阵的指向性是设计者应当优先考虑的问题，对于声纳设计具有重要的意义。

传统声纳基阵指向性测量一般是借助声纳设备的单波束收听功能来实现：利用声源发射特定频率的单频信号，通过对待测方位进行单波束收听进行处理，控制转台转动一个小角度，待稳定后人工读取方位信息，同时人工读取收听幅值输出，最后绘制指向性图。

对于传统的圆柱型或小尺度基阵，测量时需要满足的远场条件要求不高，测试声场环境容易控制，故该传统测量系统尚能使用。随着当今声纳技术日新月异，新一代大孔径声纳，如大型共形阵、大面积舷侧阵等已逐步进入试验阶段，对于大孔径基阵的指向性测量，传统测量系统已显现出一些缺陷，主要集中在以下几个方面：

1)大孔径基阵的指向性测量所需的远场条件需求越来越高，导致所在声场环境越来越难控制，全频带收听波束一定程度上降低了测量精度，而且测量过程极易受到外界干扰；

2)由于方位测量分辨率的要求，转台需要在每切换一个小角度时都经历启动-停止-稳定的过程，带来转动惯性方位误差，而且转台切换舷角到稳定的过程极其耗时，效率低；

3)对收听幅值和转台方位采用人工读数的形式，也极易产生误差，尤其在声场环境存在波动时。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种声纳基阵指向性自动测量系统及测量方法，解决了传统声纳基阵指向性测量的操作复杂，效率不高，适应性差的问题。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：一种声纳基阵指向性自动测量系统，包括相互连接固定的基阵和转台，还包括转台舷角数据解析模块、转台数据状态监测模块、全向警戒模块、单波束模块、窄带滤波模块、单频脉冲截获模块、数据自主匹配模块、波束指向性自动生成模块、波束指向性图形化模块和波束指向性数据存储模块；所述转台舷角数据解析模块设于转台上，用于实时解析转台发送的转台舷角数据，转台数据状态监测模块用于实时监测转台舷角数据；所述全向警戒模块用于接收基阵信号，并对基阵信号做全向波束形成，生成全向警戒波束数据；所述单波束模块用于对基阵指定方位进行时域单波束形成处理，所述窄带滤波模块用于对单波束模块得到的单波束时域数据进行窄带滤波处理，所述单频脉冲截获模块用于对窄带滤波模块得到的窄带数据进行脉冲截获处理，并提取出脉冲信号，得出脉冲信号的谱级；所述数据自主匹配模块用于接收转台数据状态监测模块、单频脉冲截获模块的数据，并进行数据匹配处理，所述波束指向性自动生成模块接收数据自主匹配模块的数据，以生成波束指向性数据，所述波束指向性图形化模块用于接收波束指向性数据，并实时图形显示，所述波束指向性数据存储模块接收波束指向性数据并进行存储。

一种声纳基阵指向性自动测量方法，包括以下步骤：

1)基阵舷角数据实时获取：

a.将基阵与转台连接固定，使得转台与基阵的转动角度一致，然后通过转台旋转控制界面设置声源与基阵方向垂直的角度为0°；

b.设置转台初始方位、目标方位、转动速度，通过转台舷角数据解析模块实时解析转台发送的转台舷角数据，并记录；

c.通过转台数据状态监测模块监测转台舷角数据是否异常，如果异常则终止转台舷角数据解析，并从步骤a重新开始；

2)指定方位的脉冲信号获取及其谱级估计：

d.通过全向警戒模块对基阵信号做全向波束形成，生成全向警戒波束数据，并选定待测方位；

e.通过单波束模块对待测方位进行时域单波束形成处理，得到单波束时域数据；

f.将步骤e中得到的单波束时域数据通过窄带滤波模块进行窄带滤波处理，得到脉冲信号中心频率附近的窄带数据；

g.将步骤f中得到的窄带数据通过单频脉冲截获模块进行脉冲截获处理，提取出脉冲信号，得出脉冲信号的谱级；

3)指向性数据的生成、图形化及存储：

h.将步骤c中得到的转台舷角数据和步骤g中得到的脉冲信号的谱级数据进行数据匹配处理，生成波束指向性数据；

i.将步骤h中得到的波束指向性数据进行归一化送显处理，并通过波束指向性图形化模块实时图形显示；

j.将步骤h中得到的波束指向性数据的原始值通过波束指向性数据存储模块进行存储处理。

本发明的有益效果为：集配置、采集、计算、分析、同步、绘制等功能于一体，可以高精度、高稳定性、高效率地完成测量，最大程度地降低系统对测试声场环境的依赖，满足当前新一代大孔径声纳基阵指向性的测量需求。

附图说明

图1为本发明的系统功能模块图。

图2为本发明的工作流程图。

图3为本发明的转台旋转控制界面图。

图4为声纳全向警戒图。

图5为声纳指向性综合界面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

实施例：如附图1所示，一种声纳基阵指向性自动测量系统，包括相互连接固定的基阵和转台，还包括转台舷角数据解析模块、转台数据状态监测模块、全向警戒模块、单波束模块、窄带滤波模块、单频脉冲截获模块、数据自主匹配模块、波束指向性自动生成模块、波束指向性图形化模块和波束指向性数据存储模块；所述转台舷角数据解析模块设于转台上，用于实时解析转台发送的转台舷角数据，转台数据状态监测模块用于实时监测转台舷角数据；所述全向警戒模块用于接收基阵信号，并对基阵信号做全向波束形成，生成全向警戒波束数据；所述单波束模块用于对基阵指定方位进行时域单波束形成处理，所述窄带滤波模块用于对单波束模块得到的单波束时域数据进行窄带滤波处理，所述单频脉冲截获模块用于对窄带滤波模块得到的窄带数据进行脉冲截获处理，并提取出脉冲信号，得出脉冲信号的谱级；所述数据自主匹配模块用于接收转台数据状态监测模块、单频脉冲截获模块的数据，并进行数据匹配处理，所述波束指向性自动生成模块接收数据自主匹配模块的数据，以生成波束指向性数据，所述波束指向性图形化模块用于接收波束指向性数据，并实时图形显示，所述波束指向性数据存储模块接收波束指向性数据并进行存储。

一种声纳基阵指向性自动测量方法，包括以下步骤：

1)基阵舷角数据实时获取：

a.将基阵与转台连接固定，使得转台与基阵的转动角度一致，然后通过如图3所示的转台旋转控制界面设置声源与基阵方向垂直的角度为0°，以便控制转台与基阵的转动角度；

b.设置转台初始方位、目标方位(回转值)、转动速度，然后点击转台旋转控制界面的OK按钮，通过转台舷角数据解析模块实时解析转台发送的转台舷角数据，并记录下来；

c.在图5所示的声纳指向性综合显示界面图中点击开始按钮，通过观察转台舷角数据状态监测界面来实时监测舷角数据状态，正常则进行下一步，如果异常则终止转台舷角数据解析，并从步骤a重新开始；

2)指定方位的脉冲信号获取及其谱级估计：

d.通过全向警戒模块对基阵信号做全向波束形成，生成全向警戒波束数据，在图4所示的声纳全向警戒图中双击即可选中待测方位；

e.通过单波束模块对待测方位进行时域单波束形成处理，得到单波束时域数据；

f.将步骤e中得到的单波束时域数据通过窄带滤波模块进行窄带滤波处理，得到脉冲信号中心频率附近的窄带数据；

g.将步骤f中得到的窄带数据通过单频脉冲截获模块进行脉冲截获处理，提取出脉冲信号，得出脉冲信号的谱级；

3)指向性数据的生成、图形化及存储：

h.将步骤c中得到的转台舷角数据和步骤g中得到的脉冲信号的谱级数据进行数据匹配处理，生成波束指向性数据，如需生成的指向性数据更加平滑可以在图5所示的声纳指向性综合显示界面图中选择更快的脉冲信号发送速度(发送越快，脉冲周期越短)，默认为1X，最快为5X；

i.将步骤h中得到的波束指向性数据进行归一化送显处理，并通过波束指向性图形化模块实时图形显示；

j.将步骤h中得到的波束指向性数据的原始值通过波束指向性数据存储模块进行存储处理，便于后续精确分析。

如图2所示，本发明综合全向警戒、单波束形成、窄带滤波、脉冲截获、谱估计等方法。首先利用全向警戒，选定待测方位，对指定方位作单波束时域波束形成，经窄带滤波后对信号作脉冲截获处理，得到脉冲信号，估计出脉冲信号的谱级，然后通过转动转台并实时获取基阵舷角数据，最后对转台的舷角数据和指定方位脉冲信号的谱级进行匹配处理，实现声纳指向性的自动测定。它具有高精度、高稳定性、高效率的特点，解决了传统声纳基阵指向性测量的误差大、抗干扰弱、适应性差和效率低的问题。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。