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多波束测深系统运动补偿新技术研究与硬件设计

白福成  
【摘要】: 在多波束系统测深过程中受到海浪、风向等因素的作用导致测量船的姿态随时都在发生变化,由于测量船的姿态的改变将给多波束测深的精度带来很大影响,发射的声波束不能到达预期的海底条带位置而产生测深误差。以前的多波束测深系统大都采用后置处理的方法而不能很好的解决这个问题。本文对测量船纵摇、横摇和艏摇运动姿态补偿技术将进行深入的研究,并采用在测量中实时动态补偿纵摇、横摇和艏摇的新方法,根据运动补偿要求使用一种在发射声波束时进行连续定向扫描的新技术,采用的平面相控阵使发射波束具有二维的指向性,能够把发射波束投射到与预定航线垂直的条带上,并使用阵元间的频率差控制发射基阵各阵元间的相移。 文中首先建立多波束条带测深系统运动补偿模型,编制了实时进行运动补偿的软件。这样就保证了每次发射时波束的指向性参数都被实时计算出来,然后传给发射系统来动态补偿测量船的运动。然后,对上述多波束测深系统的发射机部分进行了硬件、软件设计。发射机的硬件设计是基于VXI总线的,并使用DSP及直接频率合成技术完成192路单频信号的发射和同步,驱动发射波束的偏转和聚焦,实现信号的发射和同步。 扫描波束技术使用单一的中心频率来覆盖整个条带。它因此兼容当前的接收机硬件和回声信号处理软件。这就减小了在测深系统中去实现新的接收机所需的开发工作。它在浅海操作区域相对于多频“扇扫”操作更具有优势,在浅海操作区域它可以被应用在由频率和基阵尺寸所限定的最短脉冲宽度上。这不仅能在全程操作范围上补偿纵摇和艏摇,更开启了近场聚焦的可能性,使该系统在最浅操作深度上保持它最大的测深精度。


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