一种改善声呐探测范围的方法与流程

专利2022-05-11  133



1.本发明涉及声呐探测技术领域,特别是涉及一种改善声呐探测范围的方法。


背景技术:

2.随着人类对海洋湖泊等水域开发的逐渐深入,声呐的应用也愈加广泛,特别是在对水下目标物体探测上,声呐已经成为主要设备之一。利用浮标携带声呐可实现对监测区域的长期无人探测,这种方式的应用范围在不断扩大。
3.普通浮标携带声呐的探测状态如图1所示,但是,其在实际探测过程中,目标物体如果是规模较大的鱼群,由于声呐开角有限,可能只探测到鱼群的一部分。这导致了在实际声呐探测中,不能准确的探测到实际鱼群大小。
4.在静止水面时浮标的漂浮状态如图1所示,这时定义为浮标处于静止状态。由于水面风力、水浪、潮汐等外力的作用,将导致浮标产生摆动倾斜,如此便会影响最终探测结果。其状态相对于浮标水平的状态如图2所示,图2中虚线夹角为浮标水平时的探测状态,实线夹角则为声呐因外力作用而产生倾斜时的实际探测方向。


技术实现要素:

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种改善声呐探测范围的方法,能够更加准确的探测目标物范围。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种改善声呐探测范围的方法,包括以下步骤:
7.(1)在声呐系统中加入三轴加速度传感器,所述三轴加速度传感器用于测量所述声呐系统的倾斜角度;
8.(2)将所述声呐系统与所述三轴加速度传感器同时开启工作,当所述声呐系统发射信号时,所述三轴加速度传感器记录此时的三维矢量数据;
9.(3)通过所述三维矢量数据计算出所述声呐系统倾斜角度;
10.(4)根据所述声呐系统倾斜角度计算出所述声呐系统的实际探测范围以及相对水平状态时所增加的探测范围。
11.所述步骤(3)中通过θ

=arccos(r
z
/r)计算出所述声呐系统因外力作用而倾斜的角度,其中,θ

为声呐系统倾斜角度,r
x
、r
y
和r
z
分别为所述三轴加速度传感器记录的三维矢量数据中x轴、y轴和z轴的标量数值。
12.所述步骤(4)具体为将所述声呐系统倾斜角度与所述声呐系统开角的一半进行比较,并根据比较结果计算所述声呐系统的实际探测范围以及相对水平状态时所增加的探测范围。
13.当时,所述声呐系统的实际探测范围为相
对于水平探测时增加的探测范围为当时,所述声呐系统的实际探测范围为相对于水平探测时增加的探测范围为其中,a为声呐系统到目标物体的垂直距离,θ为声呐系统的开角,θ

为声呐系统倾斜角度。
14.有益效果
15.由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:本发明通过在声呐系统中加入三轴加速度传感器,将因外部因素使声呐系统产生摇摆的负面影响转化为优势,借助三轴加速度传感器所传回的数据计算出因外部因素导致声呐系统倾斜的角度,得到声呐的实际探测范围以及相对于水平状态所增加的探测范围,从而达到更加准确的探测目标范围的效果。
附图说明
16.图1是声呐系统水平状态下的探测示意图;
17.图2是声呐系统因外力倾斜状态下的探测示意图;
18.图3是本发明中声呐系统的探测范围示意图;
19.图4是本发明中声呐系统水平状态下的探测范围示意图;
20.图5是本发明中声呐系统切斜角小于或等于声呐系统开角一半时的实际探测范围示意图;
21.图6是本发明中声呐系统切斜角大于或等于声呐系统开角时的实际探测范围示意图;
22.图7是本发明中声呐系统切斜角大于声呐系统开角一半且小于声呐系统开角时的实际探测范围示意图。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
24.本发明的实施方式涉及一种改善声呐探测范围的方法,包括以下步骤:在声呐系统中加入三轴加速度传感器,所述三轴加速度传感器用于测量所述声呐系统的倾斜角度;将所述声呐系统与所述三轴加速度传感器同时开启工作,当所述声呐系统发射信号时,所述三轴加速度传感器记录此时的三维矢量数据;通过所述三维矢量数据计算出所述声呐系统倾斜角度;根据所述声呐系统倾斜角度计算出所述声呐系统的实际探测范围以及相对水平状态时所增加的探测范围。
25.如图3所示,本发明通过在声呐系统中加入三轴加速度传感器,将因风力等外部因
素使声呐产生摇摆的负面影响转化为优势,通过借助外力的因素将声呐倾斜,同时由三轴加速度传感器所传回的数据计算出声呐倾斜的角度,即可得到声呐的实际探测范围。
26.使用时,将声呐系统与三轴加速度传感器同时开启工作,当声呐系统发射声波信号时,三轴加速度传感器立刻记录此时的三轴数值。为了便于理解,设在声呐发射信号时三轴加速度传感器的x轴、y轴和z轴的标量数值分别为r
x
、r
y
和r
z

27.设r为r
x
、r
y
和r
z
的矢量和的标量值,则由三维空间勾股定理可得出r的数值大小:
[0028][0029]
根据上式可得知,因外力导致的声呐与水平状态的倾斜夹角为:
[0030]
θ

=arccos(r
z
/r)
[0031]
设声呐系统的开角大小为θ,声呐系统到目标探测物的距离为a,声呐系统的水平状态如图4所示。
[0032]
由于声呐系统处于水平状态,因此声呐系统到目标物体的垂直距离也为a,且图4中声呐系统到目标物体的垂线ob平分。因此则由三角形正切函数可得:
[0033][0034]
由于bo=a,因此可得到同理可得
[0035]
设声呐在水平状态的探测范围为l,则l的大小为:
[0036]
接下来根据倾斜角度的大小进行分别计算声呐系统实际探测范围和相对水平状态增加的探测范围。
[0037]
1)当时,声呐系统实际的探测范围如图5所示。
[0038]
由图5可知,oa1c1为声呐系统的实际探测范围。图中∠aoa1=∠coc1=θ

,因此可得
[0039]
则可根据直角三角形的正切公式可得:
[0040][0041][0042]
由于bo=a,带入上式可得:
[0043][0044]
[0045]
则设声呐的实际探测范围为l1,可得l1=ba1 bc1,即:
[0046][0047]
设相对于水平状态增加的范围为δ1,则δ1=l1‑
l,即:
[0048][0049]
其中,a表示声呐系统到目标物体的垂直距离,θ为声呐系统的开角,θ

表示声呐系统相对水平状态的倾斜角度。
[0050]
2)当θ

≥θ时,声呐系统实际的探测范围如图6所示。
[0051]
图6中,∠aoa1=∠coc1=θ

。。
[0052]
由直角三角形中的正切公式可得:
[0053][0054][0055]
由于bo=a,带入上式可得:
[0056][0057][0058]
则设声呐的实际探测范围为l2,可得l2=bc1‑
ba1,即:
[0059][0060]
设相对于水平状态增加的范围为δ2,则δ2=l2‑
l,即:
[0061][0062]
其中a表示声呐到目标物体的垂直距离,θ为声呐开角,θ

表示声呐相对水平状态的倾斜角度。
[0063]
3)当时,声呐系统实际的探测范围如图7所示。
[0064]
图7中,∠aoa1=∠coc1=θ


[0065]
由直角三角形中的正切公式可得:
[0066][0067][0068]
由于bo=a,带入上式可得:
[0069][0070][0071]
则设声呐的实际探测范围为l3,可得l3=bc1‑
ba1,即:
[0072][0073]
设相对于水平状态增加的范围为δ3,则δ3=l3‑
l,即:
[0074][0075]
其中a表示声呐到目标物体的垂直距离,θ为声呐开角,θ

表示声呐相对水平状态的倾斜角度。
[0076]
综合以上三种情况可知,情形2)与情形3)的计算结果一样,因此可归为一类。因此可知:
[0077]
当时,所述声呐系统的实际探测范围为相对于水平探测时增加的探测范围为
[0078]
当时,所述声呐系统的实际探测范围为相对于水平探测时增加的探测范围为
[0079]
不难发现,本发明通过在声呐系统中加入三轴加速度传感器,将因外部因素使声呐系统产生摇摆的负面影响转化为优势,通过三轴加速度传感器计算出因外部因素导致的声呐系统倾斜的角度,即可得到声呐的实际探测范围,从而更加准确的探测目标物范围。
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