針對(duì)水下滑翔機(jī)緩動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用聲矢量傳感器用于水中移動(dòng)目標(biāo)探測(cè)時(shí),傳感器姿態(tài)不能準(zhǔn)確測(cè)量導(dǎo)致目標(biāo)方位輸出精度低的問(wèn)題,文中設(shè)計(jì)了一種具有姿態(tài)感知能力的聲矢量傳感器。首先,將姿態(tài)傳感器集成應(yīng)用于聲矢量傳感器設(shè)計(jì),并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)測(cè)試;其次,將聲矢量傳感器集成在水下滑翔機(jī)平臺(tái),并在消聲水池對(duì)聲矢量傳感器進(jìn)行等效噪聲聲源級(jí)測(cè)量;最后,利用水下滑翔機(jī)平臺(tái)搭載聲矢量傳感器開(kāi)展目標(biāo)探測(cè)試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)以科考試驗(yàn)船為配合目標(biāo),檢驗(yàn)聲矢量傳感器在水下滑翔機(jī)平臺(tái)應(yīng)用時(shí)對(duì)噪聲源的目標(biāo)方位估計(jì)能力。海試結(jié)果表明,經(jīng)姿態(tài)校正后,目標(biāo)方位估計(jì)結(jié)果與全球定位系統(tǒng)推算方位結(jié)果基本吻合,滿足測(cè)向精度要求。文中研究可為聲矢量傳感器在水下滑翔機(jī)平臺(tái)上的工程應(yīng)用提供參考。 

【文章來(lái)源】：水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2020,28(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

1000Hz頻點(diǎn)處聲信號(hào)譜級(jí)變化曲線Fig.8Curveofacousticsignalspectrumlevelat1000Hzfrequencypoint

2020年6月孫芹東,等:適用于水下滑翔機(jī)平臺(tái)的聲矢量傳感器設(shè)計(jì)第3期水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào)www.yljszz.cn311圖1聲矢量傳感器剖面圖Fig.1Profileofacousticvectorsensor圖2MEMS姿態(tài)傳感器Fig.2AttitudesensorofMEMS以及潮汐等因素的影響,聲矢量傳感器會(huì)隨著水介質(zhì)產(chǎn)生晃動(dòng),即要求姿態(tài)傳感器動(dòng)態(tài)特性需要滿足一定的指標(biāo),文獻(xiàn)[9]顯示晃動(dòng)頻率主要集中在0.2Hz以下的低頻段,因此本次動(dòng)態(tài)跟隨特性測(cè)試分別測(cè)量了橫滾角、俯仰角以及航向角在0.1Hz、0.3Hz、0.5Hz、0.7Hz、0.9Hz、1Hz和2Hz頻率下的動(dòng)態(tài)特性。在測(cè)試時(shí),低頻段給定振幅為20°,隨著頻率升高振幅逐漸減小,在2Hz頻點(diǎn)處振幅為3.6°,動(dòng)態(tài)跟隨特性試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。表1MEMS姿態(tài)傳感器參數(shù)Table1ParametersofMEMSattitudesensor角度分類測(cè)量范圍測(cè)量精度橫滾角/(°)±180±0.3俯仰角/(°)±60±0.3航向角/(°)0~360±0.8圖3MEMS姿態(tài)傳感器動(dòng)態(tài)跟隨相對(duì)誤差曲線Fig.3RelativeerrorcurvesofdynamicfollowofMEMSattitudesensor由圖3可知,MEMS姿態(tài)傳感器動(dòng)態(tài)跟隨特性測(cè)試結(jié)果為:隨著頻率升高,橫滾角、俯仰角及航向角相對(duì)誤差有逐漸增大的趨勢(shì);在1Hz以下頻段,相對(duì)誤差均小于3%。2.4聲矢量傳感器參數(shù)測(cè)試需要測(cè)試的聲矢量傳感器電聲參數(shù)包括聲壓通道和加速度通道靈敏度及指向性。靈敏度測(cè)試在駐波管中進(jìn)行,通過(guò)在駐波管中形成低頻平面波,采用比較法進(jìn)行校準(zhǔn)[10]。圖4為聲矢量傳感器聲壓通道和加速度通道靈敏度測(cè)試結(jié)果,為便于顯示,y和z通道靈敏度數(shù)值相比x通道數(shù)值分別向上平移5dB和10dB。從靈敏度測(cè)?

2020年6月孫芹東,等:適用于水下滑翔機(jī)平臺(tái)的聲矢量傳感器設(shè)計(jì)第3期水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào)www.yljszz.cn311圖1聲矢量傳感器剖面圖Fig.1Profileofacousticvectorsensor圖2MEMS姿態(tài)傳感器Fig.2AttitudesensorofMEMS以及潮汐等因素的影響,聲矢量傳感器會(huì)隨著水介質(zhì)產(chǎn)生晃動(dòng),即要求姿態(tài)傳感器動(dòng)態(tài)特性需要滿足一定的指標(biāo),文獻(xiàn)[9]顯示晃動(dòng)頻率主要集中在0.2Hz以下的低頻段,因此本次動(dòng)態(tài)跟隨特性測(cè)試分別測(cè)量了橫滾角、俯仰角以及航向角在0.1Hz、0.3Hz、0.5Hz、0.7Hz、0.9Hz、1Hz和2Hz頻率下的動(dòng)態(tài)特性。在測(cè)試時(shí),低頻段給定振幅為20°,隨著頻率升高振幅逐漸減小,在2Hz頻點(diǎn)處振幅為3.6°,動(dòng)態(tài)跟隨特性試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。表1MEMS姿態(tài)傳感器參數(shù)Table1ParametersofMEMSattitudesensor角度分類測(cè)量范圍測(cè)量精度橫滾角/(°)±180±0.3俯仰角/(°)±60±0.3航向角/(°)0~360±0.8圖3MEMS姿態(tài)傳感器動(dòng)態(tài)跟隨相對(duì)誤差曲線Fig.3RelativeerrorcurvesofdynamicfollowofMEMSattitudesensor由圖3可知,MEMS姿態(tài)傳感器動(dòng)態(tài)跟隨特性測(cè)試結(jié)果為:隨著頻率升高,橫滾角、俯仰角及航向角相對(duì)誤差有逐漸增大的趨勢(shì);在1Hz以下頻段,相對(duì)誤差均小于3%。2.4聲矢量傳感器參數(shù)測(cè)試需要測(cè)試的聲矢量傳感器電聲參數(shù)包括聲壓通道和加速度通道靈敏度及指向性。靈敏度測(cè)試在駐波管中進(jìn)行,通過(guò)在駐波管中形成低頻平面波,采用比較法進(jìn)行校準(zhǔn)[10]。圖4為聲矢量傳感器聲壓通道和加速度通道靈敏度測(cè)試結(jié)果,為便于顯示,y和z通道靈敏度數(shù)值相比x通道數(shù)值分別向上平移5dB和10dB。從靈敏度測(cè)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水下滑翔機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 沈新蕊,王延輝,楊紹瓊,梁巖,李昊璋.  水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2018(02)
[2]單矢量水聽(tīng)器的姿態(tài)修正測(cè)向問(wèn)題探討[J]. 牛嗣亮,張振宇,胡永明,倪明.  國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2011(06)
[3]纖毛式矢量水聽(tīng)器新型封裝結(jié)構(gòu)的研究[J]. 許姣,張國(guó)軍,石歸雄,王曉瑤,劉細(xì)寶,張文棟.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2011(04)

碩士論文
[1]運(yùn)動(dòng)小平臺(tái)近場(chǎng)干擾抑制技術(shù)研究[D]. 尹天宮.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[2]矢量水聽(tīng)器校準(zhǔn)裝置研究[D]. 范繼祥.哈爾濱工程大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3255857