CN102866400B - 一种蛙人和水下航行器检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蛙人和水下航行器检测系统，采用在锚系的水下系留平台上安装探测声纳及各种传感器的工作方式，对大深度、开阔水域的蛙人和水下航行体进行检测。所述的系统主要包括探测声纳、云台、平台控制舱、声信标、承力复合缆、系留平台、压力传感器、表面声速传感器、姿态传感器、声基阵、锚等，探测声纳通过云台与系留平台联结，辅以姿态传感器、压力传感器、表面声速传感器的数据校正，结合声信标的实时定位，并通过控制系留平台的承力复合缆升降使探测声纳工作在设定的最佳深度。本发明适用于水下安防、水下监控等领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种蛙人和水下航行器检测系统。
背景技术
“9.11”事件后，世界安全形势发生了深刻的变化，防范恐怖袭击和敌对势力的侵袭成为军事目标重点，各国对空中、陆上袭击方面，各种先进技术手段的采用，大大提升了整体防御水平。然而，水下防御水平的滞后，使该区域成为全世界的软肋。
据有关资料报道表明，一些极端恐怖分子就曾想利用蛙人在英国著名游艇经过的航道上布放水雷武器以炸毁游艇；也有恐怖分子想在蛙人身上捆炸弹，通过潜水上船的自杀式方式来炸毁轮船；还有恐怖分子利用蛙人携带小型炸弹炸毁停靠在港口的军舰。所有这些计划活动都给国际社会造成了恐慌和不安。因此，世界上很多国家都将反水下蛙人作为水下反恐的重点。
恐怖主义袭击具有鲜明的“非对称性”特点，利用蛙人、蛙人运载器等小型武器,就可以造成巨大的生命和财产损失。
20世纪80年代在安哥拉发生了“蛙人”炸毁两艘前苏联舰艇事件。1995年斯里兰卡泰米尔猛虎组织的蛙人进行水下自杀式爆炸，使斯里兰卡海军损失多艘舰船。2000年10月，美国驱逐舰“科尔”号在也门亚丁港受到水下攻击，导致17名海军水兵死亡，39人受伤，舰体严重受损。2004年3月，哈马斯蛙人从海上攻击了以色列海滨哨所。2008年5月10日，猛虎组织水下蛙人炸沉斯里兰卡海军运输船。几年前美国还发现了“基地”组织进行蛙人水下恐怖袭击培训的证据。
恐怖分子不仅可以使用装满炸药的小型快艇进行水面突然攻击，也可以使用武装蛙人、运载器蛙人或微型潜艇对重要港口、航道、水坝、海上钻井平台等重要高价值目标进行水下隐蔽攻击。对付蛙人、水下航行体等水下目标最可靠而有效的方式是事先探测它们何时来，从什么方向侵入，在什么位置，以便采取必要的应对措施。
通常情况下，在浅水区，可以通过在座底安装声纳和各类传感器，然后将底座布放到水底来进行探测，但是当监控水域达到一定深度时，各种传感器无法使用，座底安装的方式就不可行了，因此需要采用其它手段来解决蛙人和水下航行体等水下目标的检测问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种蛙人和水下航行器的检测系统；能够在较深的开放水域检测蛙人和水下航行体等水下目标。
本发明的蛙人和水下航行器的检测方法通过安装在系留平台上的探测声纳对蛙人和水下航行器进行检测。其中系留平台通过承力复合缆与布放在水底的锚连接，通过承力复合缆的收放调节系留平台在水下的深度，确保探测声纳工作在设定深度，探测声纳将其探测的信息通过承力复合缆发送给岸基站。
在进行检测时，为了保证声纳的探测精度，通过姿态传感器和云台调整探测声纳的姿态，所述探测声纳和姿态传感器均通过云台安装在系留平台上。通过布置在系留平台上的压力传感器检测系留平台的深度变化信息，确保探测声纳工作在设定的深度。通过布置在系留平台外表面的表面声速传感器测量探测声纳附近的剖面声速值，通过测得的剖面声速值修正声纳测量误差，提高探测声纳的目标探测精度。通过安装在系留平台底部的声信标给水底已知位置的声基阵持续发送应答信号，确定声信标的实时位置，从而确定探测声纳的实时位置。
上述蛙人和水下航行器的检测方法所采用的检测系统，包括探测声纳、云台、平台控制舱、声信标、承力复合缆、系留平台、压力传感器、表面声速传感器、姿态传感器、声基阵和锚。
其中探测声纳和姿态传感器通过云台安装在系留平台上。压力传感器安装在系留平台上。表面声速传感器安装在系留平台的外表面。平台控制舱位于系留平台内部，探测声纳和所有传感器的信号均接入平台控制舱。声信标安装在系留平台的底部，声信标与布放在水底的声基阵配合使用，声基阵通过电缆与岸基站通信。系留平台通过承力复合缆与布放在水底的锚连接。同时承力复合缆的两端分别与平台控制舱和岸基站连接。
所述系留平台为探测声纳、云台、平台控制舱、声信标和上述所有传感器提供稳定的安装平台，系留平台及其搭载设备均通过系留平台自身的重力提供足够的正浮力。
所述平台控制舱采集探测声纳和上述所有传感器的信息，同时为探测声纳、云台和上述所有传感器提供电源。
所述探测声纳检测蛙人和水下航行器的方位、距离、速度、运动轨迹信息。
所述云台调节探测声纳的姿态。
所述姿态传感器检测探测声纳在水中的姿态，并将检测到的姿态信息发送给平台控制舱。当探测声纳在水下的姿态出现偏斜时，平台控制舱控制云台转动，调整探测声纳使其处于最佳工作姿态。
所述压力传感器检测系留平台的深度变化信息，从而来调整系留平台的布放深度，确保探测声纳工作在设定的深度。
所述表面声速传感器测量探测声纳附近的剖面声速值，通过测得的剖面声速值修正声纳测量误差。
所述声信标通过给水底已知位置的声基阵持续发送应答信号，确定自身的实时位置，从而确定探测声纳的实时位置。
所述承力复合缆承受系留平台和锚之间的拉力，同时通过承力复合缆的收放调节系留平台在水下的深度，确保探测声纳工作在设定深度。承力复合缆实现岸基站与平台控制舱之间的通信，平台控制舱将采集到的探测声纳和所有传感器的信息通过承力复合缆发送给岸基站。
有益效果：
（1）本发明中探测声纳和所有传感器均安装在系留平台上，系留平台在水底的位置可根据需求进行可靠调节置可调，从而保证该系统能够在大水深、开阔水域中对蛙人和水下航行体等水下目标进行检测。
（2）通过承力复合缆的收放调节系留平台在水下的深度，可确保探测声纳工作在设定深度，不至于因水位上涨而使探测声纳和所有传感器超过最大使用水深的要求。
（3）探测声纳在布放到水中之后，可以同时监控以探测声纳为中心，在有效探测范围内进入探测区域的蛙人和水下航行体等多个水下目标，包括目标的方位、距离、速度、运动轨迹等信息。
（4）本发明所述的系统不但可以单独开展水下检测，也可扩展多套系统组网工作，形成更大的检测区域，对重要河道、港口等水域可以实现水下目标全水域无盲区检测。
附图说明
图1是本发明系统工作示意图。
其中：1-探测声纳，2-云台，3-平台控制舱，4-声信标，5-承力复合缆，6-系留平台，7-压力传感器，8-表面声速传感器，9-姿态传感器，10-声基阵，11-锚
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的蛙人和水下航行器等水下目标的检测系统，包括探测声纳1、云台2、平台控制舱3、声信标4、承力复合缆5、系留平台6、压力传感器7、表面声速传感器8、姿态传感器9、声基阵10和锚11。
其中系留平台6为探测声纳1、云台2、平台控制舱3、声信标4和上述所有传感器提供稳定的安装平台，系留平台6及其搭载设备均通过系留平台6自身的重力提供足够的正浮力。平台控制舱3位于系留平台6内部，探测声纳1和所有传感器的信号均接入平台控制舱3。平台控制舱3为探测声纳1、云台2和上述所有传感器提供数据采集、数据交换和电源转换的平台；平台控制舱3内安装有光电转换模块、电源转换模块、控制模块、数据采集和处理模块等，平台控制舱3对上述所有模块提供水密保护。
探测声纳1和姿态传感器9通过云台2安装在系留平台6上，探测声纳1用于检测蛙人和水下航行体等水下目标的方位、距离、速度、运动轨迹等信息。云台2用于调节探测声纳1的姿态；姿态传感器9用于检测探测声纳1在水中的姿态，并将检测到的姿态信息发送给平台控制舱3。当姿态传感器9检测到因其它因素的影响造成探测声纳1在水下的姿态出现偏斜时，平台控制舱3控制云台2转动，调整声纳头使探测声纳1处于最佳工作姿态。
压力传感器7安装在系留平台6上，压力传感器7通过检测由不同季节水位变化引起系留平台6深度的变化信息，从而来调整系留平台6的布放深度，确保探测声纳1工作在设定的深度。
表面声速传感器8安装在系留平台6的外表面，表面声速传感器8用于测量探测声纳1附近的剖面声速值，通过测得的剖面声速值修正声纳测量误差，提高探测声纳1的目标探测精度。因为水温和水深的变化会引起声波传播速度的变化，造成水中的声波传播路径弯曲，如不加修正，声纳1的探测结果会发生偏差。
声信标4安装在系留平台6的底部，声信标4与布放在水底的声基阵10配合使用，声基阵10通过电缆直接与岸基站通信。声信标4通过给水底已知位置的声基阵10持续发送应答信号，确定自身的实时位置，从而确定探测声纳1的实时位置。通过声信标4和声基阵9给探测声纳1定位，可以补偿系留平台6在水中摆动造成的位置变化。
系留平台6通过承力复合缆5与布放在水底的锚11连接。同时承力复合缆5的两端分别与平台控制舱3和岸基站连接。承力复合缆5承受系留平台6和锚11之间的拉力，同时通过承力复合缆5的收放调节系留平台6在水下的深度，确保探测声纳1工作在设定深度，不至于因水位上涨而使探测声纳1等搭载设备超过最大使用水深的要求；承力复合缆5实现岸基站与平台控制舱3之间的通信和控制。岸基站通过承力复合缆5给平台控制舱3中的电源转换模块提供一次电源，电源转换模块将一次电源转换为二次电源给系留平台6上的探测声纳1、传感器等各种设备供电；同时平台控制舱3将接收到的探测声纳1和所有传感器的信息通过承力复合缆5发送给岸基站。
该系统的工作原理：
将系留平台6布放到水中之后，岸基站通过控制承力复合缆5的收放调节系留平台6在水下的深度，确保探测声纳1工作在设定深度。岸基站通过平台控制舱3发送来的压力传感器7的信息实时调整系留平台6的布放深度；岸基站通过平台控制舱3发送来的表面声速传感器8的信息实时调整探测声纳1的探测距离，以提高探测声纳1的目标探测精度。岸基站通过平台控制舱3发送来的姿态传感器9的信息，控制云台2实时调整探测声纳1姿态，使其位于最佳工作姿态（尽量使其处于水平位置）。声信标4和声基阵9对探测声纳1实时定位，补偿系留平台6在水中摆动造成的位置变化。
探测声纳1以其自身为中心，在有效探测范围内进入探测区域的蛙人和水下航行体等多个水下目标，并将探测信息通过平台控制舱3发送至岸基站。
本发明的优点是能在大水深、开阔水域对蛙人和水下航行体等水下目标进行检测，所采用的各种传感器工作深度可根据需求进行可靠调节，本发明所述的系统不但可以单独开展水下检测，也可扩展多套系统组网工作，形成更大的检测区域，特别是对重要河道、港口等水域可以实现水下目标全水域无盲区检测。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种蛙人和水下航行器检测系统，其特征在于，包括探测声纳（1）、云台（2）、平台控制舱（3）、声信标（4）、承力复合缆（5）、系留平台（6）、压力传感器（7）、表面声速传感器（8）、姿态传感器（9）、声基阵（10）和锚（11）；
其中探测声纳（1）和姿态传感器（9）通过云台（2）安装在系留平台（6）上；压力传感器（7）安装在系留平台（6）上；表面声速传感器（8）安装在系留平台（6）的外表面；平台控制舱（3）位于系留平台（6）内部，探测声纳（1）和所有传感器的信号均接入平台控制舱（3）；声信标（4）安装在系留平台（6）的底部，声信标（4）与布放在水底的声基阵（10）配合使用，声基阵（10）通过电缆与岸基站通信；系留平台（6）通过承力复合缆（5）与布放在水底的锚（11）连接；同时承力复合缆（5）的两端分别与平台控制舱（3）和岸基站连接；
所述系留平台（6）为探测声纳（1）、云台（2）、平台控制舱（3）、声信标（4）和上述所有传感器提供稳定的安装平台，系留平台（6）及其搭载设备均通过系留平台（6）自身的重力提供足够的正浮力；
所述平台控制舱（3）采集探测声纳（1）和上述所有传感器的信息，同时为探测声纳（1）、云台（2）和上述所有传感器提供电源；
所述探测声纳（1）检测蛙人和水下航行器的方位、距离、速度、运动轨迹信息；
所述云台（2）调节探测声纳（1）的姿态；
所述姿态传感器（9）检测探测声纳（1）在水中的姿态，并将检测到的姿态信息发送给平台控制舱（3）；当探测声纳（1）在水下的姿态出现偏斜时，平台控制舱（3）控制云台（2）转动，调整探测声纳（1）使其处于最佳工作姿态；
所述压力传感器（7）检测系留平台（6）的深度变化信息，从而来调整系留平台（6）的布放深度，确保探测声纳（1）工作在设定的深度；
所述表面声速传感器（8）测量探测声纳（1）附近的剖面声速值，通过测得的剖面声速值修正声纳测量误差；
所述声信标（4）通过给水底已知位置的声基阵（10）持续发送应答信号，确定自身的实时位置，从而确定探测声纳（1）的实时位置；补偿系留平台（6）在水中摆动造成的位置变化；
所述承力复合缆（5）承受系留平台（6）和锚（11）之间的拉力，同时通过承力复合缆（5）的收放调节系留平台（6）在水下的深度，确保探测声纳（1）工作在设定深度；承力复合缆（5）实现岸基站与平台控制舱（3）之间的通信，平台控制舱（3）将采集到的探测声纳（1）和所有传感器的信息通过承力复合缆（5）发送给岸基站；
两个以上检测系统能够组网工作。
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Cao Zhong Inventor after: Yi Yuanyuan Inventor after: Chen Qiwei Inventor after: Liu Dong Inventor after: Zhang Jinbin Inventor after: Chen Mengjun Inventor after: Wu Wei Inventor after: Sun Zhifeng Inventor after: Zhao Mingliang Inventor after: Zhang Yan Inventor after: Cheng Hang Inventor after: Tong Zhiyong Inventor after: Li Chaohui Inventor before: Chen Mengjun Inventor before: Tong Zhiyong Inventor before: Cao Zhong Inventor before: Gao Pin Inventor before: Li Chaohui Inventor before: Yi Yuanyuan Inventor before: Chen Qiwei Inventor before: Liu Dong Inventor before: Zhang Jinbin |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: CHEN MENGJUN TONG ZHIYONG CAO ZHONG GAO PIN LI ZHAOHUI YI YUANYUAN CHEN QIWEI LIU DONG ZHANG JINBIN TO: CAO ZHONG CHEN MENGJUN WU WEI SUN ZHIFENG ZHAO MINGLIANG ZHANG YAN CHENG HANG TONG ZHIYONG LI ZHAOHUI YI YUANYUAN CHEN QIWEI LIU DONG ZHANG JINBIN |
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| GR01 | Patent grant | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140605 Address after: 443003 Shengli Road, Hubei, Yichang, No. three, No. 58 Applicant after: China Shipbuilding Industry Group Corporation No.710 Research Institute Applicant after: China Three Gorges Corporation Address before: 443003 Shengli Road, Hubei, Yichang, No. three, No. 58 Applicant before: China Shipbuilding Industry Group Corporation No.710 Research Institute |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140702 Termination date: 20180926 |