适用于水下滑翔机平台的声矢量传感器设计
发布时间：2021-06-29 05:46
针对水下滑翔机缓动平台应用声矢量传感器用于水中移动目标探测时,传感器姿态不能准确测量导致目标方位输出精度低的问题,文中设计了一种具有姿态感知能力的声矢量传感器。首先,将姿态传感器集成应用于声矢量传感器设计,并对其进行参数测试;其次,将声矢量传感器集成在水下滑翔机平台,并在消声水池对声矢量传感器进行等效噪声声源级测量;最后,利用水下滑翔机平台搭载声矢量传感器开展目标探测试验,试验时以科考试验船为配合目标,检验声矢量传感器在水下滑翔机平台应用时对噪声源的目标方位估计能力。海试结果表明,经姿态校正后,目标方位估计结果与全球定位系统推算方位结果基本吻合,满足测向精度要求。文中研究可为声矢量传感器在水下滑翔机平台上的工程应用提供参考。
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
1000Hz频点处声信号谱级变化曲线Fig.8Curveofacousticsignalspectrumlevelat1000Hzfrequencypoint
2020年6月孙芹东,等:适用于水下滑翔机平台的声矢量传感器设计第3期水下无人系统学报www.yljszz.cn311图1声矢量传感器剖面图Fig.1Profileofacousticvectorsensor图2MEMS姿态传感器Fig.2AttitudesensorofMEMS以及潮汐等因素的影响,声矢量传感器会随着水介质产生晃动,即要求姿态传感器动态特性需要满足一定的指标,文献[9]显示晃动频率主要集中在0.2Hz以下的低频段,因此本次动态跟随特性测试分别测量了横滚角、俯仰角以及航向角在0.1Hz、0.3Hz、0.5Hz、0.7Hz、0.9Hz、1Hz和2Hz频率下的动态特性。在测试时,低频段给定振幅为20°,随着频率升高振幅逐渐减小,在2Hz频点处振幅为3.6°,动态跟随特性试验结果如图3所示。表1MEMS姿态传感器参数Table1ParametersofMEMSattitudesensor角度分类测量范围测量精度横滚角/(°)±180±0.3俯仰角/(°)±60±0.3航向角/(°)0~360±0.8图3MEMS姿态传感器动态跟随相对误差曲线Fig.3RelativeerrorcurvesofdynamicfollowofMEMSattitudesensor由图3可知,MEMS姿态传感器动态跟随特性测试结果为:随着频率升高,横滚角、俯仰角及航向角相对误差有逐渐增大的趋势;在1Hz以下频段,相对误差均小于3%。2.4声矢量传感器参数测试需要测试的声矢量传感器电声参数包括声压通道和加速度通道灵敏度及指向性。灵敏度测试在驻波管中进行,通过在驻波管中形成低频平面波,采用比较法进行校准[10]。图4为声矢量传感器声压通道和加速度通道灵敏度测试结果,为便于显示,y和z通道灵敏度数值相比x通道数值分别向上平移5dB和10dB。从灵敏度测?
2020年6月孙芹东,等:适用于水下滑翔机平台的声矢量传感器设计第3期水下无人系统学报www.yljszz.cn311图1声矢量传感器剖面图Fig.1Profileofacousticvectorsensor图2MEMS姿态传感器Fig.2AttitudesensorofMEMS以及潮汐等因素的影响,声矢量传感器会随着水介质产生晃动,即要求姿态传感器动态特性需要满足一定的指标,文献[9]显示晃动频率主要集中在0.2Hz以下的低频段,因此本次动态跟随特性测试分别测量了横滚角、俯仰角以及航向角在0.1Hz、0.3Hz、0.5Hz、0.7Hz、0.9Hz、1Hz和2Hz频率下的动态特性。在测试时,低频段给定振幅为20°,随着频率升高振幅逐渐减小,在2Hz频点处振幅为3.6°,动态跟随特性试验结果如图3所示。表1MEMS姿态传感器参数Table1ParametersofMEMSattitudesensor角度分类测量范围测量精度横滚角/(°)±180±0.3俯仰角/(°)±60±0.3航向角/(°)0~360±0.8图3MEMS姿态传感器动态跟随相对误差曲线Fig.3RelativeerrorcurvesofdynamicfollowofMEMSattitudesensor由图3可知,MEMS姿态传感器动态跟随特性测试结果为:随着频率升高,横滚角、俯仰角及航向角相对误差有逐渐增大的趋势;在1Hz以下频段,相对误差均小于3%。2.4声矢量传感器参数测试需要测试的声矢量传感器电声参数包括声压通道和加速度通道灵敏度及指向性。灵敏度测试在驻波管中进行,通过在驻波管中形成低频平面波,采用比较法进行校准[10]。图4为声矢量传感器声压通道和加速度通道灵敏度测试结果,为便于显示,y和z通道灵敏度数值相比x通道数值分别向上平移5dB和10dB。从灵敏度测?
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下滑翔机技术发展现状与展望[J]. 沈新蕊,王延辉,杨绍琼,梁岩,李昊璋. 水下无人系统学报. 2018(02)
[2]单矢量水听器的姿态修正测向问题探讨[J]. 牛嗣亮,张振宇,胡永明,倪明. 国防科技大学学报. 2011(06)
[3]纤毛式矢量水听器新型封装结构的研究[J]. 许姣,张国军,石归雄,王晓瑶,刘细宝,张文栋. 传感技术学报. 2011(04)
硕士论文
[1]运动小平台近场干扰抑制技术研究[D]. 尹天宫.哈尔滨工程大学 2013
[2]矢量水听器校准装置研究[D]. 范继祥.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3255857
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
1000Hz频点处声信号谱级变化曲线Fig.8Curveofacousticsignalspectrumlevelat1000Hzfrequencypoint
2020年6月孙芹东,等:适用于水下滑翔机平台的声矢量传感器设计第3期水下无人系统学报www.yljszz.cn311图1声矢量传感器剖面图Fig.1Profileofacousticvectorsensor图2MEMS姿态传感器Fig.2AttitudesensorofMEMS以及潮汐等因素的影响,声矢量传感器会随着水介质产生晃动,即要求姿态传感器动态特性需要满足一定的指标,文献[9]显示晃动频率主要集中在0.2Hz以下的低频段,因此本次动态跟随特性测试分别测量了横滚角、俯仰角以及航向角在0.1Hz、0.3Hz、0.5Hz、0.7Hz、0.9Hz、1Hz和2Hz频率下的动态特性。在测试时,低频段给定振幅为20°,随着频率升高振幅逐渐减小,在2Hz频点处振幅为3.6°,动态跟随特性试验结果如图3所示。表1MEMS姿态传感器参数Table1ParametersofMEMSattitudesensor角度分类测量范围测量精度横滚角/(°)±180±0.3俯仰角/(°)±60±0.3航向角/(°)0~360±0.8图3MEMS姿态传感器动态跟随相对误差曲线Fig.3RelativeerrorcurvesofdynamicfollowofMEMSattitudesensor由图3可知,MEMS姿态传感器动态跟随特性测试结果为:随着频率升高,横滚角、俯仰角及航向角相对误差有逐渐增大的趋势;在1Hz以下频段,相对误差均小于3%。2.4声矢量传感器参数测试需要测试的声矢量传感器电声参数包括声压通道和加速度通道灵敏度及指向性。灵敏度测试在驻波管中进行,通过在驻波管中形成低频平面波,采用比较法进行校准[10]。图4为声矢量传感器声压通道和加速度通道灵敏度测试结果,为便于显示,y和z通道灵敏度数值相比x通道数值分别向上平移5dB和10dB。从灵敏度测?
2020年6月孙芹东,等:适用于水下滑翔机平台的声矢量传感器设计第3期水下无人系统学报www.yljszz.cn311图1声矢量传感器剖面图Fig.1Profileofacousticvectorsensor图2MEMS姿态传感器Fig.2AttitudesensorofMEMS以及潮汐等因素的影响,声矢量传感器会随着水介质产生晃动,即要求姿态传感器动态特性需要满足一定的指标,文献[9]显示晃动频率主要集中在0.2Hz以下的低频段,因此本次动态跟随特性测试分别测量了横滚角、俯仰角以及航向角在0.1Hz、0.3Hz、0.5Hz、0.7Hz、0.9Hz、1Hz和2Hz频率下的动态特性。在测试时,低频段给定振幅为20°,随着频率升高振幅逐渐减小,在2Hz频点处振幅为3.6°,动态跟随特性试验结果如图3所示。表1MEMS姿态传感器参数Table1ParametersofMEMSattitudesensor角度分类测量范围测量精度横滚角/(°)±180±0.3俯仰角/(°)±60±0.3航向角/(°)0~360±0.8图3MEMS姿态传感器动态跟随相对误差曲线Fig.3RelativeerrorcurvesofdynamicfollowofMEMSattitudesensor由图3可知,MEMS姿态传感器动态跟随特性测试结果为:随着频率升高,横滚角、俯仰角及航向角相对误差有逐渐增大的趋势;在1Hz以下频段,相对误差均小于3%。2.4声矢量传感器参数测试需要测试的声矢量传感器电声参数包括声压通道和加速度通道灵敏度及指向性。灵敏度测试在驻波管中进行,通过在驻波管中形成低频平面波,采用比较法进行校准[10]。图4为声矢量传感器声压通道和加速度通道灵敏度测试结果,为便于显示,y和z通道灵敏度数值相比x通道数值分别向上平移5dB和10dB。从灵敏度测?
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下滑翔机技术发展现状与展望[J]. 沈新蕊,王延辉,杨绍琼,梁岩,李昊璋. 水下无人系统学报. 2018(02)
[2]单矢量水听器的姿态修正测向问题探讨[J]. 牛嗣亮,张振宇,胡永明,倪明. 国防科技大学学报. 2011(06)
[3]纤毛式矢量水听器新型封装结构的研究[J]. 许姣,张国军,石归雄,王晓瑶,刘细宝,张文栋. 传感技术学报. 2011(04)
硕士论文
[1]运动小平台近场干扰抑制技术研究[D]. 尹天宫.哈尔滨工程大学 2013
[2]矢量水听器校准装置研究[D]. 范继祥.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3255857
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