[发明专利]一种基于平行多波束声纳的船舶吃水检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域，特别涉及一种基于平行多波束声纳的船舶吃水检测方法。

背景技术

在内河航道中，有些船舶为了经济利益，使得船舶的实际吃水深度超过航道维护水深，而不采取减载措施，此行为称为船舶“超吃水”。这些“超吃水”船舶冒险通过一些浅险航段时，给船员、航道和坝体建筑安全带来较大威胁，引起纠纷事件，影响正常通航调度工作的开展，危害极其严重。

声纳技术是目前最有效的水下探测技术，现阶段国内外运用声纳技术检测船舶吃水深度的常用方法有：侧壁固定法、水底固定法、双测深仪检测法、换能器阵检测法和侧扫声纳图像处理检测法。但是上述方法存在一定的不足，如侧壁固定法要求信号发射器和接收器具有较高的灵敏度，在水中安装时要求精度高，且安装难度大；水底固定法中由于声纳安装在河床底部，泥沙淤积对其具有一定的影响；双测深仪检测法中当船舶距离信号发射器较近时，测量误差较大等。所以，上述五种方法在实际应用中具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服已有的船舶吃水深度检测方法在实际应用中所存在的局限性，从而提供了一种基于平行多波束声纳的船舶吃水检测方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于平行多波束声纳的船舶吃水检测方法，所述平行多波束声纳在河岸两侧分别安装有一套；该方法包括：

步骤1)、根据所述平行多波束声纳的探测距离与测量精度，为所述平行多波束声纳设定参数，所述参数包括波束宽度、基阵的孔径长度；

步骤2)、由步骤1)所设定的参数确定声纳系统中基阵的长度以及基阵中阵元的分布；

步骤3)、声纳系统向所经船舶发射波束；

步骤4)、在声纳系统中选择不同的阵元，形成多个平行波束，反射信号被平行多波束所接收；

步骤5)、根据波束接收反射信号的强度，测量出船底所对应的平行波束的中心位置，进而计算出船舶的吃水深度。

上述技术方案中，所述波束宽度的计算公式为：

R＝BW*X；

其中，BW为波束宽度，单位为弧度；R为垂直线分辨率，X为船舶的最大探测距离；

基阵的孔径长度的计算公式为：

其中，为半波束宽度，λ为波长，M为阵元个数，d为相邻阵元间距，为波束偏置角，基阵的孔径长度为阵元个数M与相邻阵元间距d的乘积。

上述技术方案中，所述步骤5)包括：

若第1,2,…,n个平行波束均能接收到较强的回波信号，而第n+1个平行波束接收的回波信号强度远远小于前n个平行波束的回波强度，则认为第n+1个波束达到了船舶的底部；由第n+1个波束的中心位置距离基阵顶端的距离Z_n+1得到船底距离声纳基阵顶端的高度h，结合声纳基阵的顶端距离水面的高度H，计算出船舶的吃水深度H+h。

本发明的优点在于：

1、本发明的方法能够实时测量出船舶的吃水深度，适合于对各种船型的测量；

2、本发明的方法安装简单方便，成本较低，且易于修理维护。

附图说明

图1是声纳系统的安装示意图；

图2(a)为选择第1-10号阵元所形成的平行接收波束示意图；

图2(b)为选择第2-11号阵元所形成的平行接收波束示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的基于平行多波束声纳的船舶吃水检测方法通过安装在船闸附近的河岸上的声纳装置系统向所经船舶发射波束，声信号经船舶的平行反射，被声纳系统装置采用平行多波束接收，根据波束接收反射信号的强度，测量出船底所对应的波束的中心位置，进而计算出船舶的吃水深度。

图1为声纳系统的安装示意图，如图所示，在靠近船闸的河岸两侧分别安装一套声纳系统，每一套声纳系统中的声纳基阵的顶端距离水面的高度记为H，该高度值可根据每天的水位监测获取。

将声纳系统安装后，本发明的方法包括以下步骤：

步骤1)、根据声纳系统的探测距离与测量精度，为声纳系统设定参数。

声纳系统中所要设定的参数包括：波束宽度、基阵的孔径长度；其中，所述波束宽度的计算公式为：

其中，BW为波束宽度，单位为弧度，即角度分辨率；为半波束宽度，λ为波长，M为阵元个数，d为相邻阵元间距，为波束偏置角。