專利名稱：可調(diào)諧的聲反射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲反射器，并且具體地涉及一種被用作導(dǎo)航設(shè)備并用于定位和 重新定位的水下反射目標(biāo)。
背景技術(shù)：
水下反射目標(biāo)通常是大體使用于聲納系統(tǒng)(例如，用于標(biāo)記水下結(jié)構(gòu))的聲反射 器。重新定位裝置例如被用于識(shí)別管道、線纜和礦藏，并且還用于捕魚業(yè)以聲學(xué)地標(biāo)記 網(wǎng)。為了有效，需要從背景特征和環(huán)境雜波中容易地區(qū)分聲反射器，因此期望該反 射目標(biāo)(a)相對(duì)于反射出背景特征和環(huán)境雜波的聲波的強(qiáng)度能夠產(chǎn)生強(qiáng)反射的聲輸出響 應(yīng)(即，高目標(biāo)強(qiáng)度)；(b)具有能夠使其與其它(錯(cuò)誤)目標(biāo)區(qū)分開來(lái)的聲特性。當(dāng)前通過(guò)使入射在球形殼體一側(cè)上的輸入聲波折射來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自目標(biāo)的聲波的 增強(qiáng)反射，使得它們沿輸入路徑聚焦在所述殼體的相反側(cè)上，然后它們通過(guò)反射器從該 相反側(cè)作為輸出反射響應(yīng)反射并發(fā)出?？蛇x地，輸入聲波在作為輸出反射波被發(fā)射之前 可以從反射器的所述殼體的相反側(cè)多次反射。已知的水下反射目標(biāo)包括填充流體的球形殼體。當(dāng)所選擇的流體的聲速大約為 840m/s時(shí)，該填充流體的球形殼體目標(biāo)具有高目標(biāo)強(qiáng)度。當(dāng)前，這通過(guò)使用氟氯化碳 (CFC)作為殼體內(nèi)的流體來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些液體通常是不期望的有機(jī)溶劑，該有機(jī)溶劑是有 毒的并且消耗臭氧的化學(xué)品。因此填充流體的球形殼體反射目標(biāo)是不利的，因?yàn)橛捎诹?體漏入周圍環(huán)境中并且污染該周圍環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)而使它們對(duì)環(huán)境具有潛在損害，導(dǎo)致該材 料的使用受限。另外，填充流體的球形殼體的反射目標(biāo)的制造相對(duì)困難且較昂貴。另一種已知的聲反射器是三翼反射器，該三翼反射器通常包括三個(gè)正交的反射 平面，這三個(gè)正交的反射平面相交于共同的原點(diǎn)。然而，該反射器可能需要涂層來(lái)使它 們以相關(guān)的頻率聲學(xué)反射并且用于海洋環(huán)境，而且盡管具有高目標(biāo)強(qiáng)度，但涂層材料的 反射特性趨于因在水下的深度而隨壓力變化。另外，三翼反射器的不利之處在于它們 的反射率取決于并且限制于它們的方位，其中，目標(biāo)強(qiáng)度可以在不同的角度下發(fā)生大于 6dB的變化。還需要適用于附接至、定位、追蹤和監(jiān)控海洋捕乳動(dòng)物(諸如海豹、海豚和鯨) 以進(jìn)行研究目的的聲反射器標(biāo)簽，但這樣的標(biāo)簽需要質(zhì)輕且尺寸小，從而不以任何方式 約束動(dòng)物。上述已知的反射器不適于該應(yīng)用。如上所述，填充液體的球形反射器依賴于 有毒材料，并且因此被認(rèn)為對(duì)其附接的動(dòng)物和動(dòng)物生活在其中的周圍環(huán)境有潛在危害。 三翼反射器不是全向的，而是取決于并且受限于其無(wú)用的方位。申請(qǐng)人:的英國(guó)專利No.2,347,016公開并要求保護(hù)一種包括殼體的聲反射器，該 殼體具有布置成環(huán)繞芯的壁，所述殼體能夠?qū)⑷肷湓谠摎んw上的聲波發(fā)射到所述芯中， 以從所述殼體的與入射區(qū)域相對(duì)的區(qū)域聚焦并且反射聲波，從而從該反射器提供反射聲 信號(hào)輸出，該聲反射器的特征在于，所述芯呈球體或者直柱的形式，并且由波速為從840至1500m/s的一層或多個(gè)同心層的固體材料形成，并且所述殼體相對(duì)于所述芯的尺寸形 成為使入射在所述殼體上的一部分聲波耦合到所述殼體壁中并且在其中繞所述殼體的周 向引導(dǎo)，然后重新輻射成與所述反射聲信號(hào)輸出相長(zhǎng)地結(jié)合，從而提供增強(qiáng)的反射聲信 號(hào)輸出。該反射器耐久、無(wú)毒、尺寸小且較容易和廉價(jià)地制造。注意到，該反射器的形狀可以是球體或者是具有與發(fā)生器正交的圓形截面的柱 體。在為柱體的情況下，所述反射器呈長(zhǎng)的連續(xù)系統(tǒng)的形式(即，繩索)，該連續(xù)系統(tǒng)具 有來(lái)自從繩索的布置成相對(duì)于聲信號(hào)的行進(jìn)方向成直角的那些部分的鏡面閃爍的高聲納 返回。所述芯可以由單一的固體材料形成。可選地，所述芯可以包括兩層以上不同 的材料，其中，對(duì)于聲波的具體選擇頻率，這些層將提供進(jìn)入波的更有效的聚焦和/或 在該材料內(nèi)的較低衰減，從而總體上形成較強(qiáng)的輸出信號(hào)。已對(duì)適當(dāng)?shù)男静牧线M(jìn)行了說(shuō) 明，注意，在操作區(qū)域中，它們不應(yīng)發(fā)生高的聲能吸收。所述殼體可以由剛性材料形成，諸如，玻璃增強(qiáng)塑料(GRP)材料(具體是諸如 50%的玻璃填充尼龍66的玻璃填充尼龍，或者是40%的玻璃填充半芳香聚酰胺)或鋼， 并且大小可以形成為使其厚度近似為芯的半徑的十分之一。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容 易理解這些參數(shù)相對(duì)于芯和殼體使用的材料的特性之間的適當(dāng)關(guān)系的偏離。通過(guò)反射器的殼體發(fā)射的波和內(nèi)部聚焦波的結(jié)合的原理可以被用于本裝置的設(shè) 計(jì)內(nèi)，以對(duì)來(lái)自裝置的增強(qiáng)反射的聲學(xué)信號(hào)輸出提供可高度識(shí)別的特征。例如，所述信 號(hào)輸出可以被布置成占據(jù)特有時(shí)間標(biāo)記(timesignature)或光譜含量。通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖兟暭{(其用于檢測(cè)聲信號(hào)輸出，從而識(shí)別輸出中的特有特征)， 因此可以更容易區(qū)分來(lái)自本發(fā)明的反射器的信號(hào)和背景雜波、以及來(lái)自位于所采用的聲 納檢測(cè)器的視野中的其它(錯(cuò)誤)目標(biāo)的返回。還注意到，通過(guò)適當(dāng)?shù)夭倏v兩種返回(也就是來(lái)自芯的幾何學(xué)上的聚焦返回和 來(lái)自外殼體的彈性波返回)之間的定相，可以將裝置布置成顯示出獨(dú)特的共振頻率，該 共振頻率將“渲染”返回的回聲。通過(guò)該裝置，可以從非常雜亂的環(huán)境中的其它(錯(cuò)誤) 目標(biāo)區(qū)分來(lái)自特定反射器的返回。

發(fā)明內(nèi)容
申請(qǐng)人:已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇尺寸和材料，可以使具有大體如前所述的結(jié)構(gòu) 的聲反射器顯示出在所述殼體的分開區(qū)域上具有兩個(gè)以上的分離透射窗的特性，以通過(guò) 反射器的芯形成兩個(gè)以上的分開的聚焦聲波路徑。該裝置通過(guò)由所述殼體中分離的透射 窗形成的不同聲通路之間的干涉來(lái)提供增強(qiáng)的反射聲信號(hào)輸出。從而，提供一種聲反射器，該聲反射器包括殼體，該殼體具有布置成環(huán)繞著芯 的壁，所述殼體能夠?qū)⑷肷湓谠摎んw上的聲波透射到所述芯中，以從所述殼體的與入射 區(qū)域相對(duì)的區(qū)域聚焦并反射聲波，從而從所述反射器提供反射聲信號(hào)輸出，所述芯由波 速為從840至1500m/s的一個(gè)或更多個(gè)同心層的固體材料形成，所述聲反射器的特征在 于，所述殼體相對(duì)于所述芯的尺寸形成為使得入射聲波通過(guò)所述殼體沿兩個(gè)以上的不同 路徑透射到所述芯中，并且相關(guān)聯(lián)的所述反射信號(hào)輸出相長(zhǎng)地結(jié)合，以提供在一個(gè)以上預(yù)定頻率下的增強(qiáng)反射聲信號(hào)輸出。所述反射器優(yōu)選呈球體或具有與發(fā)生器正交的圓形截面的柱體形狀。在為柱體 的情況下，所述反射器呈長(zhǎng)的連續(xù)系統(tǒng)的形式，即，繩索，該連續(xù)系統(tǒng)具有來(lái)自從繩索 的布置成相對(duì)于聲信號(hào)的行進(jìn)方向成直角的那些部分的鏡面閃爍的高聲納返回。可選的 是，已發(fā)現(xiàn)，如果以上類型的反射器是卵形(橄欖球)形狀(假設(shè)截面是圓形)，則它們 可能更有效。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇芯直徑、殼體厚度以及各構(gòu)件的相應(yīng)的材料特性，可將本發(fā)明 的反射器調(diào)諧到指定頻率。具體地，重要的是，內(nèi)部芯材料的所述聲波速度使得兩個(gè)聚 焦返回信號(hào)具有不同的聲通路長(zhǎng)度，從而可在信號(hào)之間形成結(jié)構(gòu)干涉。優(yōu)選地，所述芯由波速在840m/s至1300m/s之間的單一固體材料形成。可選 的是，所述芯可包括兩層以上的不同材料，其中，對(duì)于具體選擇的聲波頻率，這些將提 供進(jìn)入波的更有效聚焦和/或在所述材料內(nèi)的較低衰減，從而總體上導(dǎo)致較強(qiáng)的輸出信 號(hào)。然而，自然會(huì)預(yù)想到在分層芯的情況下制造復(fù)雜性和成本將更大。在所述芯由兩層 以上的材料形成時(shí)，所述材料中的任一個(gè)或者兩者的波速達(dá)到1500m/s。為了適于在本發(fā)明的反射器裝置中使用，所述芯材料必須使其呈現(xiàn)在要求范圍 內(nèi)的波速，而不發(fā)生高的聲能吸收。所述芯可以由彈性體材料形成，諸如硅，具體是來(lái) 自Bayer或Alsil 14401過(guò)氧化物硫化的硅橡膠的RTV12或RTV655硅橡膠。所述殼體可由剛性材料形成，例如玻璃增強(qiáng)塑料(GRP)材料(具體是玻璃填充 尼龍(諸如50%的玻璃填充尼龍66或40%的玻璃填充半芳香聚酰胺))或者鋼，并且尺 寸可以形成為使其厚度近似為所述芯半徑的十分之一。為了進(jìn)一步影響反射器的光譜響應(yīng)，在期望時(shí)，內(nèi)部聚焦波可以如在申請(qǐng)人的 英國(guó)專利No.2,437,016中前述的那樣與通過(guò)反射器的殼體傳輸?shù)?彈性)波結(jié)合，從而為 來(lái)自所述裝置的增強(qiáng)反射的聲信號(hào)輸出提供可高度識(shí)別的一個(gè)或多個(gè)特征。還可具有由以下特征帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明的反射器的信號(hào)輸出可以包括特 征時(shí)間標(biāo)記，因此能夠唯一地識(shí)別。通常，呈球體形式的目標(biāo)由于它們向返回信號(hào)(回 聲)產(chǎn)生非常好識(shí)別的“尾部”而經(jīng)?？梢匀菀讖拇罅康腻e(cuò)誤目標(biāo)中區(qū)分出。該回聲結(jié) 構(gòu)因反射器裝置內(nèi)的多個(gè)聲通路而形成，并且具有不被大多數(shù)水下目標(biāo)復(fù)制的特有確切 周期結(jié)構(gòu)。由于產(chǎn)生回聲返回的特定頻譜的能力，因此，本發(fā)明的反射器的光譜響應(yīng)(使 用光學(xué)分析)在象大多數(shù)水下目標(biāo)處于通常由聲納系統(tǒng)使用的頻率的情況下一樣被著 色，而不是略微單色。因此，可以非常容易地區(qū)分從本發(fā)明的反射器返回的信號(hào)和背景 擾波以及來(lái)自位于被使用的聲納檢測(cè)器的視野中的其它(錯(cuò)誤)目標(biāo)的返回。然而，附加地，由于調(diào)諧單獨(dú)的反射器從而產(chǎn)生不同光譜輸出的能力，因此， 本發(fā)明的裝置的許多非常有用的應(yīng)用變得顯而易見。例如，通過(guò)使用以雙頻率模式操作 并且調(diào)諧成兩種不同的反射器頻率的聲納系統(tǒng)，相應(yīng)的反射器能夠作為“交通燈”或者 被用于限定自治或半自治系統(tǒng)的禁區(qū)，或者為潛水器提供呈兩排不同調(diào)諧的反射器之間 的通路形式的航海線路。應(yīng)注意，因?yàn)閬?lái)自根據(jù)本發(fā)明的反射器的回聲返回完全與相對(duì)于詢問聲納的幾 何形狀無(wú)關(guān)，因此，可將所述裝置配置成僅位置重要，而對(duì)于該裝置如何安放在海床上不重要。因此將反射器放置在水下實(shí)現(xiàn)起來(lái)比用其它更多方向性裝置更為簡(jiǎn)單、有效且 廉價(jià)。作為對(duì)于利用以雙頻率模式操作的聲納的替代方式，可以使用以寬波段模式操 作并且使用不同的頻譜從而將兩種不同顏色關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的反射器的聲納。盡管承認(rèn)這可 能需要適當(dāng)?shù)馗淖儌鹘y(tǒng)的聲納系統(tǒng)，從而為照明提供足夠的帶寬以及提供適當(dāng)?shù)男盘?hào)處 理能力，從而能夠檢測(cè)不同的聲信號(hào)輸出(并且因此提供增強(qiáng)的識(shí)別能力)，然而還是考 慮到實(shí)際上僅可能需要后者(即一些處理軟件的研發(fā))。本發(fā)明的反射器的另一個(gè)可行應(yīng)用是相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)反射器的已知位置能夠 定位。這對(duì)于依賴定位用的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的自主式潛水器(AUV)特別有用。已 公知的是，該機(jī)器的INS隨著船深度上的下降需要重新校準(zhǔn)，并且這可通過(guò)具有已知的 光譜特性和已知位置的反射器的詢問來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了幫助識(shí)別用于提供基準(zhǔn)位置的特定反 射器，可以方便地設(shè)置一組呈特定圖案的反射器，并且這可呈預(yù)制結(jié)合的形式，例如結(jié) 合在板上或墊上。相同類型的裝置還可以用于將相關(guān)物體(諸如表示被標(biāo)記的特定目的 的具有不同反射器的數(shù)量和/或布置的井口或管閥)定位在海床上。另外，應(yīng)注意，所述聲納源可被安裝在任何傳統(tǒng)的載體上，諸如潛水艇或其 它人駕潛艇、永久安裝在水下的聲納、安裝在船、飛機(jī)或直升機(jī)上的吊放聲納、或者 AUV。在本發(fā)明中，用于海底物體的識(shí)別回收系統(tǒng)包括附接到該物體的無(wú)源聲納反射 器、聲納發(fā)射機(jī)和用于接收從所述無(wú)源聲納反射器反射的聲納信號(hào)的裝置。接收裝置可 以與發(fā)射機(jī)一起定位，或者被定位在其它一些位置。三角測(cè)量系統(tǒng)也是可行的，在該三 角測(cè)量系統(tǒng)中，接收器位于三個(gè)不同位置，并且由傳統(tǒng)的三角測(cè)量裝置識(shí)別物體的特定 位置。這些系統(tǒng)的許多新穎性應(yīng)用是可行的。這些應(yīng)用包括 單獨(dú)或與其它類似的聲納反射器/有源定位裝置結(jié)合來(lái)標(biāo)記海下物體的特定 地理位置或者應(yīng)用于準(zhǔn)備隨后潛水的物體以幫助定位(例如，紅色和綠色相對(duì)于紅色和 藍(lán)色)，即，管線、電纜、電話線、海床上的固定設(shè)備； 應(yīng)用于海下裝置或者應(yīng)用于準(zhǔn)備隨后潛水的裝置，這些裝置將標(biāo)記水柱的底 部?jī)?nèi)或底部處或者海床上的裝置當(dāng)前位置，即，標(biāo)記線纜或其它裝置，這些裝置自由地 或者在一定范圍內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，諸如隨潮汐和/或流動(dòng)一起運(yùn)動(dòng)的某些線纜或其它可動(dòng)資 源； 標(biāo)記油或氣體平臺(tái)的水下部分或者這些平臺(tái)的其余部分，這些其余部分可 包括使用不同調(diào)諧的反射器作為識(shí)別水下資源的具體類別的所有權(quán)、功能或類型等的裝 置； 標(biāo)記具有海底/航海意義的位置，但在該位置處不必將聲納反射器附接到特 定的設(shè)備，例如，用于海洋航路，作為港內(nèi)位置幫助，用于殘骸或其它航海威脅，諸如 珊瑚、水下巖石等； 標(biāo)記或指示經(jīng)濟(jì)或商業(yè)相關(guān)區(qū)域，例如，用于說(shuō)明礦物開采權(quán)利的國(guó)家海上 邊界； 識(shí)別從船丟到船外的高價(jià)值容器，或者在飛機(jī)失事中丟失的高價(jià)值容器，或者飛機(jī)黑匣子的位置和回收；·地理結(jié)構(gòu)監(jiān)控，諸如標(biāo)識(shí)并監(jiān)控大洋中部裂谷的運(yùn)動(dòng)?！?biāo)記海床上的危險(xiǎn)物體，用于以后處理諸如殘骸和礦藏。另外的可能的應(yīng)用是提供一種裝置，借助該裝置可以從海面艦船追蹤潛水者的 位置，因此在需要時(shí)為潛水者提供幫助。盡管當(dāng)前存在用于該目的的潛水者追蹤系統(tǒng)， 但是這些系統(tǒng)通常是基于裝有動(dòng)力的有源換能器。與本發(fā)明的無(wú)源聲反射器相比，這樣 的換能器較昂貴且體積大，并且需要周期性重新校準(zhǔn)并維護(hù)，以保持裝置作業(yè)可靠且正 確，而無(wú)源反射器不需要重新校準(zhǔn)或維護(hù)。而且，通過(guò)調(diào)諧單獨(dú)的反射器的能力，一個(gè) 以上的潛水者從水面艦艇操作，每個(gè)潛水者可被單獨(dú)“跟蹤”。所述反射器可以被調(diào)諧 為與標(biāo)準(zhǔn)深度或可廣泛應(yīng)用且較廉價(jià)的探魚聲納對(duì)應(yīng)。應(yīng)注意，本發(fā)明的聲反射器的大小可以根據(jù)期望進(jìn)行變化。較大裝置會(huì)發(fā)出 較強(qiáng)的返回信號(hào)，但例如為了附接到潛水者或者海洋動(dòng)物，優(yōu)選采用較小的反射器(例 如，直徑約為50至100mm)。


現(xiàn)在將通過(guò)實(shí)施例并參照附圖描述本發(fā)明，附圖中圖1是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的截面的示意圖，示出了通過(guò)反射器芯的一 些聲通路；圖2是示出用于根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的殼體和芯的材料和尺寸的具體結(jié)合的 頻率相對(duì)于目標(biāo)強(qiáng)度的曲線圖；圖3是目標(biāo)強(qiáng)度相對(duì)于用于兩種不同反射器的頻率的曲線圖，示出了殼體壁的 不同厚度對(duì)頻率響應(yīng)的效果；圖4是利用市場(chǎng)上有售的探魚裝置所獲得的跡線，示出了根據(jù)本發(fā)明的降至海 床位置的大量反射器；圖5是來(lái)自多波束聲納的輸出的照片，該多波束聲納利用根據(jù)本發(fā)明的位于水 面與海床之間的兩個(gè)反射器掃描海床區(qū)域；以及圖6是來(lái)自多波束聲納的輸出的照片，該多波束聲納利用根據(jù)本發(fā)明的位于海 床附近的一組五個(gè)反射器掃描海床區(qū)域。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，聲反射器10包括具有壁14的球形殼體12。壁14環(huán)繞芯16。殼體 12由剛性材料形成，諸如玻璃增強(qiáng)塑料(GRP)材料或鋼。芯16由諸如彈性體的固體材 料形成。從聲源(未示出)發(fā)射的聲波18如圖所示入射在殼體12上。殼體的特性以前述 方式選擇，使得其呈現(xiàn)繞殼體的緯線布置的兩個(gè)區(qū)域(該兩個(gè)區(qū)域被作為透射窗)，艮口， 使得入射聲波在這些區(qū)域中通過(guò)殼體壁14有效地透射，并進(jìn)入芯16中。因此，當(dāng)入射 聲波通過(guò)芯16行進(jìn)并且折射時(shí)，它們沿兩個(gè)路徑19、19’行進(jìn)，并由此聚焦在殼體的與 聲波18入射一側(cè)相反一側(cè)的區(qū)域20上。然后，所述波沿相同的相應(yīng)路徑反射回來(lái)并結(jié) 合在一起，以提供反射器的增強(qiáng)反射的聲學(xué)信號(hào)輸出22。
如申請(qǐng)人的英國(guó)專利No.2,437,016中所示，對(duì)于殼體的入射聲波的入射角較小的 區(qū)域，入射波的一部分18耦合到壁14中，并且產(chǎn)生彈性波26，該彈性波在壁14內(nèi)繞殼 體12的周向引導(dǎo)。在形成殼體12和芯16的材料以及殼體和芯的相對(duì)尺寸被預(yù)定為使得 殼體波26的傳播時(shí)間與內(nèi)部幾何聚焦的返回波19、19’的傳播時(shí)間相同的情況下，穿過(guò) 殼體壁行進(jìn)的彈性波和反射的聲信號(hào)輸出彼此同相，因此以目標(biāo)頻率相長(zhǎng)地結(jié)合，以提 供進(jìn)一步增強(qiáng)的反射聲信號(hào)輸出(即，強(qiáng)目標(biāo)響應(yīng))。圖2表示通過(guò)數(shù)字模擬所獲得的數(shù)據(jù)，包括用于根據(jù)本發(fā)明的球形聲反射器的 目標(biāo)強(qiáng)度(TS)相對(duì)于入射聲波的頻率(F)而繪出的曲線圖。在該情況下，反射器被視 為包括硅橡膠芯，該硅橡膠芯的密度為l.Og/cm3且聲波速度為1040m/S;以及殼體， 該殼體具有與玻璃增強(qiáng)聚酰胺材料適應(yīng)的2877m/s的縱波波速，1610m/s的剪切波速以及 1.38g/cm3的密度。反射器的外徑設(shè)定為210mm，并且其內(nèi)徑與其外徑的比為0.942 1。如可在曲線圖看到的那樣，反射器在該情況下顯示出在許多頻率(大約位于 20kHz與120kHz之間，具體在25、40、80和IlOkHz的區(qū)域內(nèi))下的高水平返回，艮口， 較高的目標(biāo)強(qiáng)度。圖3中的數(shù)據(jù)基于與圖2相同的基礎(chǔ)產(chǎn)生，但是示出了用于兩個(gè)不同反射器的 光譜響應(yīng)，該兩個(gè)不同的反射器具有與圖2的反射器相同的芯和殼體特性，并且外徑為 210mm，但內(nèi)徑與外徑的比具有不同的值(0.942 (粗線)和0.838 (細(xì)線)分別對(duì)應(yīng)于12mm 和34mm的殼體厚度)。從圖3可以看出，根據(jù)本發(fā)明的反射器可以形成為使得殼體厚 度的單一參數(shù)的變化導(dǎo)致反射器具有十分明顯的不同的光譜響應(yīng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易 理解，通過(guò)改變反射器的內(nèi)部芯和/或外部殼體的材料特性可以獲得其它變型。在獲取圖4至6中所示的結(jié)果中使用的聲反射器包括具有1040m/s的聲波速度的 RTV12硅橡膠芯和玻璃增強(qiáng)聚酰胺殼體。圖4是利用根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)反射器和市場(chǎng)上有售的50kHz的探魚裝置在具有良 好海床的30m的水中所獲得的海上試驗(yàn)的跡線。該跡線是時(shí)間和深度的跡線，并且5個(gè) 反射器的位置在它們降至海床時(shí)被清楚地示出。圖5是來(lái)自多波束RESON 8111 Seabat聲納系統(tǒng)的輸出的照片。該聲納保持在 船頭上方，使聲納頭保持在水面下2m，然后船在150m的深度處穿過(guò)海床區(qū)域行進(jìn)，將 兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)反射器定位于該區(qū)域上方的70m與80m之間的深度處。反射器示 出了高響應(yīng)，能夠相對(duì)于背景噪聲被容易地選擇出，并且位于海床響應(yīng)的上方。由該跡 線可以形成海床地圖，以示出海床布局以及反射器所處的位置。圖6是來(lái)自多波束測(cè)深聲納系統(tǒng)的輸出照片，該系統(tǒng)用根據(jù)本發(fā)明的位于海床 上方大約Im的一組五個(gè)反射器掃描海床區(qū)域。反射器右側(cè)的區(qū)域示出了多巖石層的區(qū) 域，其它地方是非常良好的海床。從海上試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)(諸如這里所描述的那些)確定，這里所描述的聲反射器(以 120kHz的最大響應(yīng)頻率操作)可利用市場(chǎng)上有售的聲納系統(tǒng)在至少800m范圍以外檢測(cè) 到。根據(jù)本發(fā)明的反射器因此能夠提供用于標(biāo)記海床上或海床附近的物體位置的非常有 效且低成本的裝置。已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將兩個(gè)反射器形成兩半(之后將它們粘附到一起)便于制造本發(fā) 明的聲反射器。對(duì)于球形和卵形反射器，所述兩半相同。通常如下進(jìn)行制造。首先利用由DuPont供應(yīng)的Zytel材料(Zytel 151LNC010)通過(guò)注射成型制造半殼體，Zytel材料
是一種適于模制的聚酰胺。將模制殼體放置24小時(shí)，然后進(jìn)行內(nèi)部脫脂。然后用底料 處理各半殼體的內(nèi)部，以促進(jìn)與被倒入以填充半殼體的芯材料(通常為RTV硅橡膠)的 良好粘合。用于與這些硅橡膠材料一起使用的合適的底料包括可從GEBayer買到的產(chǎn)品 SS4004P、SS4044P、SS4120 或 SS4155。對(duì)于 RTVI2 橡膠，所推薦的底料是 SS4004P， 可替代的底料是SS4044P或SS4155。然后將各填充的半殼體在室溫下放置2至14天的時(shí)間，以使硅芯材料固化成固 體。方便的是，使用催化劑來(lái)幫助固化處理，并且努力確保在固化處理期間產(chǎn)生的副產(chǎn) 品最少；同樣地，較長(zhǎng)的固化時(shí)間也有助于此。用于該處理的合適的催化劑包括由GB Bayer 供應(yīng)的產(chǎn)品 TRV12C 01P 和由萊沃庫(kù)森的 Momentive Performance Materials GmbH 供 應(yīng)的產(chǎn)品TSE3663B。在該階段，通過(guò)加滿另外不同的芯材料并允許該材料固化，可以允許因硅橡膠 材料的固化而產(chǎn)生的任何輕微收縮。一旦被填充的半殼體完全如所述進(jìn)行制備，則向半 殼體的配合面施加粘合劑(諸如LOCtite3425)，并且使兩個(gè)半殼體接觸并夾持在一起，然 后在室溫下放置14天，以使粘合劑完全固化。在固化期間之后，掃描各反射器(例如，利用高分辨率的X光掃描儀)，以檢查 反射器中的空隙或裂紋。假設(shè)未檢測(cè)到空隙或裂紋，則將掃描后的反射器單元在水中均 在從50kHz到900kHz的頻率范圍內(nèi)校準(zhǔn)。通過(guò)用來(lái)自聲納的在目標(biāo)頻帶內(nèi)的多個(gè)脈沖相 繼地詢問各反射器單元來(lái)進(jìn)行該校準(zhǔn)。相對(duì)于頻率測(cè)量和繪制反射響應(yīng)。對(duì)于所述單元 的相對(duì)于聲納位置的每個(gè)旋轉(zhuǎn)位置重復(fù)這些測(cè)量，每個(gè)位置均間隔10°，S卩，總計(jì)為36 次測(cè)量。然后將反射器在其它平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°，并重復(fù)36次測(cè)量。因此可以為每個(gè)反 射器裝置準(zhǔn)備列出反射器的性能特征的檢定證書。
權(quán)利要求
1.一種聲反射器，該聲反射器包括殼體，該殼體具有布置成環(huán)繞著芯的壁，所述殼 體能夠?qū)⑷肷湓谠摎んw壁上的聲波透射到所述芯中，以從所述殼體壁的與所述聲波的入 射區(qū)域相對(duì)的區(qū)域聚焦和反射所述聲波，從而從所述反射器提供反射聲信號(hào)輸出，所述 芯具有圓形截面，并且由一個(gè)或更多個(gè)同心層的波速為840至1500m/s的固體材料形成， 所述聲反射器的特征在于，所述殼體相對(duì)于所述芯的尺寸形成為使入射聲波通過(guò)所述殼 體壁沿兩個(gè)以上的分開路徑透射到所述芯中，并且相關(guān)聯(lián)的所述反射聲信號(hào)輸出相長(zhǎng)地 結(jié)合，以提供在一個(gè)以上預(yù)定頻率下的增強(qiáng)聲信號(hào)輸出。
2.—種聲反射器，該聲反射器包括殼體，該殼體具有布置成環(huán)繞著芯的壁，所述殼 體能夠?qū)⑷肷湓谠摎んw壁上的聲波透射到所述芯中，以從所述殼體壁的與所述聲波的入 射區(qū)域相對(duì)的區(qū)域聚焦和反射所述聲波，從而從所述反射器提供反射聲信號(hào)輸出，所述 芯具有球體或直圓柱體的形式，并且由一個(gè)或更多個(gè)同心層的波速為840至1500m/s的固 體材料形成，所述聲反射器的特征在于，所述殼體相對(duì)于所述芯的尺寸形成為使得入射 聲波通過(guò)所述殼體壁沿兩個(gè)以上的分開路徑透射到所述芯中，并且相關(guān)聯(lián)的所述反射聲 信號(hào)輸出相長(zhǎng)地結(jié)合，以提供在一個(gè)以上預(yù)定頻率下的增強(qiáng)聲信號(hào)輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的聲反射器，其中，所述芯由波速在850m/s至 1300m/s之間的單一固體材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲反射器，其中，所述芯呈卵形形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的聲反射器，其中，所述芯由彈性體材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲反射器，其中，所述彈性體材料為硅橡膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲反射器，其中，所述彈性體是RTV12或者RTV655硅橡膠。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的聲反射器，其中，所述殼體由剛性材料形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲反射器，其中，所述剛性材料為鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲反射器，其中，所述剛性材料為玻璃增強(qiáng)塑料(GRP)材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲反射器，其中，所述剛性材料是填充了玻璃的聚酰胺或 者填充了玻璃的尼龍。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的聲反射器，其中，所述信號(hào)輸出的特征還在于具有 特定的時(shí)間標(biāo)記。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的聲反射器，其中，所述信號(hào)輸出的特征還在于所述 殼體相對(duì)于所述芯的尺寸形成為使入射在所述殼體上的所述聲波的一部分耦合到所述殼 體壁中，并且在該殼體壁中繞所述殼體的周向引導(dǎo)，然后被再次輻射，以與內(nèi)部反射的 聲信號(hào)輸出相長(zhǎng)地結(jié)合，從而提供增強(qiáng)反射聲信號(hào)輸出。
14.一種基本如這里參照附圖所描述并且在附圖中示出的聲反射器。
15.一種用于海底物體的識(shí)別回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括附接到所述物體的無(wú)源聲納反射 器、聲納發(fā)射機(jī)和用于接收從所述無(wú)源聲納反射器反射的聲納信號(hào)的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于海底物體的識(shí)別回收系統(tǒng)，其中，所述接收裝置與所 述發(fā)射機(jī)定位在一起。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于海底物體的識(shí)別回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個(gè)分離定位的接收裝置，使得可以由傳統(tǒng)的三角測(cè)量裝置識(shí)別所述物體的具體位置。
全文摘要
一種適于用作導(dǎo)航設(shè)備并用于并定位和重新定位應(yīng)用的反射目標(biāo)的聲反射器。該聲反射器包括殼體，該殼體布置成環(huán)繞著固體芯。所述殼體適于將入射在該殼體上的聲波發(fā)射到所述芯中。在所述芯內(nèi)，聲波在被從殼體的相反一側(cè)反射之前被聚焦，以提供反射聲波。所述殼體具有至少兩個(gè)透射區(qū)域，使得入射在殼體上的波在所述芯內(nèi)沿分開的路徑行進(jìn)，然后被再次輻射并相長(zhǎng)地結(jié)合，以提供在一個(gè)以上預(yù)定頻率下的增強(qiáng)聲信號(hào)輸出。
文檔編號(hào)G10K11/20GK102016979SQ200980116101
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者大衛(wèi)·埃默里, 約翰·達(dá)恩·史密斯, 鄧肯·保羅·威廉姆斯 申請(qǐng)人:英國(guó)國(guó)防部