CN108423140B - 全向主动声栅栏系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全向主动声栅栏系统，包括数据处理与监控平台、锚系布放组件以及多节点水下小目标主动探测声纳，锚系布放组件用于限定水下小目标主动探测声纳在水中的位置；水下小目标主动探测声纳用于自动声探测、跟踪测量目标；数据处理与监控平台用于远程控制多节点水下小目标主动探测声纳、分析处理测量目标的探测数据以及测量目标的集中显示。本发明能够对水下小目标进行自动探测、跟踪，并对可疑目标自动报警。具有成本低、布放快速灵活、轻量化、可移动、生存能力强的特点。采用收发合置换能器实现探测目标的水平全向覆盖。通过数据处理与监控平台实现了远程集中操控与显示；系统实现了在大范围、多节点、远程双向实时数据通信。

Description

全向主动声栅栏系统

技术领域

本发明涉及港口及沿海水下警戒系统技术、水下安保科技系统技术领域，具体涉及一种用于水下入侵小目标探测警戒的、低成本的全向主动声栅栏技术。

背景技术

战斗蛙人已经发展成装备精良能执行多种作战任务的特种部队，多国拥有精锐的“武装蛙人部队”，这些“武装蛙人部队”可以执行对敌方港口的侦察、爆炸破坏等任务。近年来，随着无人水下航行器(UUV)技术发展，UUV参与水下特种战日益受到重视，UUV可以执行对港口的侦察、布雷甚至攻击等作战任务。

因此，军用及民用港口、锚地、驻泊舰船、海上高价值设施均面临来自蛙人、UUV日益严重的威胁。各国投入了大量的力量研究针对蛙人、UUV等水下小目标的探测警戒系统技术，针对水下小目标的探测技术得到了快速发展。

根据利用被探测目标的不同特性实施目标探测报警，主要有声、磁两种技术手段。

典型的水下目标警戒磁探测设备有磁绊网(Magnetic tripwire)栅栏系统，主要通过测量目标自身产生的磁场或探测地磁场受到目标扰动时的变化，来指示目标存在与否，当测量值明显偏离背景，超出给定的阈值，则发出警报。采用磁传感器网络组成轻量化的、可移动的水下警戒系统，一般作为港口保护系统的外层警戒手段使用。有的磁绊网系统同时集成了声传感器，形成声磁联合探测系统，以应对具有不同特性的水下目标。相关文献给出了以水面船作为模拟目标的探测试验结果，试验传感器节点布放距离为25m。磁探测的优势是不受环境噪声的影响，港口一般由于繁忙的水面交通干扰，导致背景噪声水平较高，影响声学传感器探测性能。缺点是对于低磁特征量的威胁目标(如蛙人、小型UUV)探测，需要调整减小传感器布放间距，使其布放更为密集，并且在深水区、传感器在海底布放情况下，有效警戒区域仅限于靠近海底传感器作用距离范围以内，对于从水体上层通过的威胁目标，无法形成有效探测，因此，磁绊网一般应用在浅水区(不适合声探测的区域)，作为声探测手段的补充。

声波在水下传播具有特别的优势，声纳是目前水下目标探测最为有效的工具，其利用水下声波对水下目标进行探测、识别和定位，主要分为被动声纳和主动声纳。

被动声纳通过使用水听器或水听器阵列去收听由目标辐射的声信号，实现对水下目标的探测。在港口警戒系统应用中，一般使用基于光纤传感器技术的被动线列阵声纳，布放在通往被保护区域的航道海底，实现对航道连续监视。声纳主要包含一条轻型、被动、光纤水听器阵列，典型水听器直径小于25mm，电缆直径小于10mm，无需水下电子单元及供电，其特点是小型、轻型、可靠、低价。被动声纳在海洋环境噪声高的情况下性能受限，加上由于蛙人、UUV等水下小目标自身辐射声信号量级极低，一般情况下被动声纳不适合直接用于探测小目标，其探测对象主要是小目标的运载平台，如水面舰、潜艇及小型潜艇等，此类声纳通常布设在系统外围，提供对运载平台的中长距离探测能力，承担外层防御任务。

主动声纳利用发射换能器产生声脉冲信号，信号经过水介质到达目标位置，然后以回波的形式返回至水听器，通过对回波信号进行分析，可以计算出目标距离、方位、目标强度等信息，实现对水下目标探测。

典型的港口警戒小目标主动探测声纳主要分为三种类型：

(1)多波束声纳，多波束声纳换能器基阵由一系列换能器基元按一定形状排列组成，声纳覆盖扇面取决于换能器基元排列的几何形状。在发射周期，所有基元被连接在一起，同时向外发射脉冲信号，在接收周期，基元信号被组合成为若干独立的通道信号，基元信号与来自其他基元的时间延迟信号进行算术组合，形成表示来自不同回波方向的波束通道信号，称为“波束形成”。多波束声纳的明显优势在于目标信息获取速度，单次声发射脉冲周期内能够得到覆盖整个探测扇面(典型为水平全向覆盖)的多波束信息。目前应用于水下小目标警戒探测的声纳多为该类型声纳，称为蛙人探测声纳(DDS)，声纳典型工作频率为85kHz至100kHz，一般采用座底或在防波堤侧壁固定安装，声纳结构复杂，成本高，对安装要求严格。

(2)机械扫描声纳，声纳使用结构简单的换能器设计，通常由单一发射换能器产生探测脉冲信号，发射换能器与接收换能器正交安装。一个完整的声探测周期包含一次发射和回波接收，一次发射/接收过程完成后，通过电机步进旋转，使换能器指向新的方位角，重复进行一次新的探测周期，依次不断旋转，以实现覆盖一定角度的探测扇面，其关键点是在扫描过程中要求保持声纳头完全稳定。旋转扫描速度取决于与声速相关的探测量程。扫描声纳的显著优势是成本低，但对于宽的覆盖区域的连续监视能力较多波束声纳明显下降，扫描机构复杂，导致连续工作可靠性下降。

(3)单波束定向声纳，该声纳与机械扫描声纳包含相同的电路，不包含电机组件，当目标进入到声纳波束范围内，通过感知回波能量来显示出目标距离。单波束定向声纳通常由宽带换能器、发射机、数字化接收机、收发转换开关、参考传感器及必要的电路组成，通过电缆与岸基工作站相连，工作站完成处理和显控功能。声纳典型参数为：波束宽度13.5°、声源级205dB、中心频率60kHz、带宽20kHz。选择适当的位置、深度、和倾斜角安装声纳头对于增强系统性能十分重要，一般固定安装在港口出入口位置或被保护船舶的外侧。该类声纳优势是系统简单、成本低，缺点是不能分辨目标尺度和运动方向，声纳波束照射范围较小，目标穿越声纳有效探测区域时间短，可能导致虚警率高。

本发明提出一种由单波束全向主动探测声纳节点构建的主动声栅栏系统，该方案具有与单波束定向声纳相同的系统简单、成本低的优势，同时兼有类似多波束声纳水平全向覆盖的特点。声纳采用水平全向360°覆盖的收发合置换能器设计，目标探测对换能器旋转不敏感，无需海底固定安装使用的特殊基础设施，布放使用简便灵活。系统采用若干声纳节点围合形成大区域警戒网，对越界蛙人、UUV、漂浮爆炸物实施探测、定位、跟踪、报警，与采用多波束蛙人探测声纳覆盖整个警戒区域方案比较，具有明显的费效比优势。声纳节点与岸基显控工作站之间采用无线移动通信网络及互联网技术进行组网，与常规声纳采用的有缆供电和通信设计相比，节省了海底埋设布缆费用，并且系统布放、回收与重构灵活。通过该方案组成独立的可快速布放、轻量化的、可移动的水下入侵小目标探测警戒系统。或与DDS组成联合系统，作为DDS的外层警戒使用，降低DDS工作负荷，增强系统整体警戒效能。该系统在军用与民用港口水下警戒、驻泊舰船及海上高价值设施保护、水下安保等项目中具有广泛的应用前景。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种全向主动声栅栏系统。

根据本发明提供的一种全向主动声栅栏系统，包括数据处理与监控平台、锚系布放组件以及多节点水下小目标主动探测声纳，其中：

水下小目标主动探测声纳和锚系布放组件设置于水中，锚系布放组件用于限定水下小目标主动探测声纳在水中的位置；

所述水下小目标主动探测声纳用于自动声探测、跟踪测量目标；

所述数据处理与监控平台和多节点水下小目标主动探测声纳之间采用无线移动通信组网；

所述数据处理与监控平台用于远程控制多节点水下小目标主动探测声纳、分析处理测量目标的探测数据以及测量目标的集中显示。

优选地，所述水下小目标主动探测声纳包括电子舱、浮体、换能器以及铅鱼，其中：

所述浮体设置于电子舱侧壁上，用于给电子舱提供浮力使电子舱浮出水面；

所述换能器通过连接件连接所述电子舱底部；

所述铅鱼用于保持换能器在水中处于竖直状态。

优选地，所述电子舱包括控制与接口模块、接收信号调理模块、信号处理模块、功放模块、GPS模块及无线通信模块，其中：

所述控制与接口模块连接信号处理模块、GPS模块及无线通信模块，所述控制与接口模块用于电子舱的工作控制和通信；

所述接收信号调理模块连接信号处理模块、功放模块以及换能器，所述接收信号调理模块用于接收、调整回波信号并发送调理后接收信号给信号处理模块；

所述信号处理模块用于回波信号分析、测量目标检测与跟踪计算处理；

所述功放模块用于功率放大；

所述GPS模块用于接收GPS信号并输出定位报文；

所述无线通信模块用于实现数据处理与监控平台与水下小目标主动探测声纳的数据传输。

优选地，所述锚系布放组件包括浮球、钢丝绳以及锚体，其中：所述锚体通过钢丝绳连接浮球，所述浮球连接所述水下小目标主动探测声纳。

优选地，所述数据处理与监控平台包括系统综合显控台和声栅栏节点显控台，其中：

所述系统综合显控台用于接入多节点水下小目标主动探测声纳并集中显示测量目标的运动轨迹；

所述声栅栏节点显控台用于设定水下小目标主动探测声纳工作参数、显示测量目标的探测瀑布图以及显示测量目标跟踪结果信息。

优选地，所述换能器包括收发合置换能器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明能够对水下小目标进行自动探测、跟踪，并对可疑目标自动报警。

2、本发明具有成本低、布放快速灵活、轻量化、可移动、生存能力强的特点。

3、本发明采用收发合置换能器实现探测目标的水平全向覆盖。

4、本发明通过数据处理与监控平台实现了远程集中操控与显示。

5、本发明采用无线移动通信网络及互联网技术，实现了系统在大范围、多节点、远程双向实时数据通信。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的声栅栏系统无线组网原理图；

图2是本发明的探测声纳节点组成示意图；

图3是本发明的探测声纳节点海上布放示意图；

图4是本发明的探测声纳节点电子舱组成框图；

图5是本发明的探测声纳节点信号处理程序主流程图；

图6是本发明的探测声纳节点检测程序流程图；

图7是本发明的探测声纳节点跟踪程序流程图；

图8是本发明的探测声纳节点目标匹配程序流程图；

图9是本发明的探测声纳节点轨迹更新程序流程图；

图10是本发明的探测声纳节点轨迹创建程序流程图；

图11是本发明的探测声纳节点轨迹融合程序流程图；

图12是本发明的声栅栏系统探测节点布设方案图示；

图13是本发明的声栅栏系统水下探测警戒墙效果图；

图14是本发明的声栅栏系统综合显控台显示界面；

图15是本发明的声栅栏节点显控台显示界面

图中示出：

水下小目标主动探测声纳100

密封电子舱101

浮体102

绳索103

连接支架104

换能器105

吊环106

铅鱼107

数据处理与监控平台200

锚系布放组件300

浮球301

钢丝绳302

锚体303

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明针对传统单波束定向声纳波束照射范围小，以及机械扫描声纳水平全向范围的连续监视能力不足的缺陷，提出一种由单波束全向主动探测声纳节点构建的主动声栅栏系统技术方案。

根据本发明提供的全向主动声栅栏系统，包括多节点水下小目标主动探测声纳100、数据处理与监控平台200以及锚系布放组件300，其中：水下小目标主动探测声纳100和锚系布放组件300设置于水中，锚系布放组件300用于限定水下小目标主动探测声纳100在水中的位置；所述水下小目标主动探测声纳100用于自动声探测、跟踪测量目标，多节点水下小目标主动探测声纳100按一定间隔布设，形成完整、闭合的水下警戒区域；所述数据处理与监控平台200和多节点水下小目标主动探测声纳100之间采用无线移动通信组网；所述数据处理与监控平台200用于远程控制多节点水下小目标主动探测声纳100、分析处理测量目标的探测数据以及测量目标的集中显示。

具体的，数据处理与监控平台200和多节点水下小目标主动探测声纳100之间采用无线移动通信网络及互联网技术进行组网。水下小目标主动探测声纳100内置DTU模块，数据处理与监控平台200连接到互联网，数据处理与监控平台200安装数据服务软件mServer，对DTU模块和mServer进行相应的配置，在mServer上对DTU模块做虚拟串口映射。DTU模块设置数据处理与监控平台200的IP(或域名)和端口后，水下小目标主动探测声纳100上电即自动利用GPRS无线网络拨号连上互联网，随后发起对所配的IP和mServer端口的连接，平台监控软件通过虚拟串口连接到mServer，从而实现从监控软件到水下小目标主动探测声纳100之间的大范围、多节点、远程双向实时数据通信。

进一步地，所述水下小目标主动探测声纳100包括密封电子舱101、浮体102、绳索103、连接支架104、换能器105、吊环106以及铅鱼107，如图2所示，其中：密封电子舱101采用圆柱形不锈钢筒体结构设计，具有一定抗腐蚀和抗冲击能力；浮体102采用低成本船用救生圈，浮体102为密封电子舱101提供正浮力，使密封电子舱101工作时始终保持漂浮在水面上；绳索103主要用于将换能器105悬挂于密封电子舱101底部，并使其保持在规定深度；连接支架104为框架设计，主要用于固定换能器105，并通过卸扣与绳索103相连，保持水下自由状态；铅鱼107为货架产品，用于保持换能器105垂直姿态，在洋流作用下始终处于迎流面以减小流体阻力，保持换能器105垂直角度偏差在一定范围内，是确保水下小目标主动探测声纳100探测性能必不可少的组成部件。

更为详细地，所述换能器105采用收发合置型换能器，完成水平空间全向发射与接收，采用圆环形压电陶瓷粘接、灌封成圆柱形换能器设计。在发射周期，通过单通道功放驱动所述换能器，单次发射即可完成对水平全向发射探测脉冲信号。发射周期结束后，换能器105切换为接收工作模式，同样在单次接收周期内，同时完成接收所有来自水平方向的回波信号。

所述换能器105在垂直方向设计两种波束开角，通过电路选通进行切换控制。在一定水深条件下，水下小目标主动探测声纳100探测性能受换能器105垂直指向性影响，当选用小的垂直开角时，探测距离远，但深度上的盲区大；当选用大的垂直开角时，探测距离近，但深度上的盲区小。一般探测远距离目标时采用小的垂直开角，探测近距离目标时采用大的垂直开角，以减小水下小目标主动探测声纳100在深度上的工作盲区。在浅水条件下，一般选用小垂直开角，以降低系统工作时所受到的混响干扰，得到理想的对小目标有效探测作用距离。

更为具体地，所述密封电子舱101包括电池组、控制与接口模块、接收信号调理模块、信号处理模块、功放模块、GPS模块及无线通信模块，如图4所示，其中：密封电子舱101的上部面板包括航标警示灯、GPS天线、无线通信天线、电源开关和充电接口、换能器接口以及防撞保护结构，所有面板组件均采用水密设计。

所述电池组选用廉价的12V车用铅酸蓄电池，采用模块化安装设计，可以方便更换为其它类型高容量电池组，以增大连续工作时间以及系统充电维护间隔。

所述控制与接口模块是水下小目标主动探测声纳100的中心模块，控制与接口模块分别通过相应串口与GPS模块、信号处理模块及无线通信模块连接，控制与接口模块负责水下小目标主动探测声纳100工作控制和通信。控制与接口模块具有功能如下：(1)通信功能：通过无线通信模块实现与岸基数据处理与监控平台通信，接收岸基指挥控制信息，报送节点位置信息、工作状态信息以及探测目标信息。(2)电源管理功能：通过对接收信号调理模块、信号处理模块以及功放模块进行供电控制，实现声纳节点值班与电源管理功能。(3)监测控制功能：实现工作电压电流与密封电子舱101舱内温度监测，并驱动控制航标警示灯工作。

所述接收信号调理模块主要承担接收回波信号调理任务。接收信号调理模块主要组成与功能包括：(1)信号调理功能：对换能器接收信号放大、滤波、TVG(时间可变增益)控制。(2)收发转换控制功能：采用收发转换开关设计，实现收发合置型换能器输出导通控制，对接收电路进行保护。(3)换能器发射垂直波束宽度控制功能。

所述信号处理模块主要实现回波信号分析、水下目标检测与跟踪计算处理，是水下小目标主动探测声纳100的核心模块。信号处理模块主要组成与功能包括：(1)探测信号产生功能：按控制指令输出不同的探测脉冲信号。(2)信号采集与存储功能：对接收回波信号进行数字化变换和采集，并存储原始信号、设置参数和处理结果，可通过以太网与PC互联，用于将板上存储数据导入PC机，进行离线分析处理。(3)回波信号分析处理功能：通过对回波信号分析处理实现水下目标检测与跟踪。

所述功放模块包含功放板和电源板，主要功能是完成功率放大，驱动换能器输出满足声源级要求的探测脉冲信号。

所述GPS模块接收GPS信号，通过串口输出定位报文，用于实时指示声纳节点所在位置信息。

所述无线通信模块选用标准移动通信网络数传单元DTU(Data Transfer Unit)，采用无线移动通信网络及互联网技术，实现声纳节点与岸基数据处理与监控平台之间组网与实时数据传输。

所述电子舱101中的所有电路模块具有供电电源反接保护功能，防止电源反接导致电路损坏。

更为详细地，所述锚系布放组件300包括浮球301、钢丝绳302以及锚体303，如图3所示，其中：所述锚体303通过钢丝绳302连接浮球301，所述浮球301连接所述水下小目标主动探测声纳100。锚系布放组件300的作用主要是保持水下小目标主动探测声纳100锚定在布放位置不横移，并维持水下小目标主动探测声纳100正常工作姿态，有效消除海浪起伏对水下小目标主动探测声纳100工作产生不利影响。

浮球301一般采用海上渔业常用的φ400mm聚乙烯浮球，需要保证在布放海区最大潮流条件下，浮球301不完全淹没在水下，以使在海流作用下密封电子舱101与锚系布放组件300之间保持水平横向受力状态，以维系节点正常工作姿态。钢丝绳302采用φ5mm规格316L不锈钢缆，锚体303与浮球301间钢丝绳302长度主要取决于布放位置最大潮位时的海深，并保留适当余量，以适应布放海区潮差变化。布设锚体303一般选用15kg大抓力丹福尔锚，具体锚重与海底底质有关，其作用是确保提供足够抓力克服海流对探测节点的横向作用力，保持固定在布放位置。换能器布放深度由工作海区深度决定，当工作海区深度在10m～20m，换能器105布放深度为海深的1/2，当工作海区深度大于20m，换能器105一般布放在10m深度。

详细地，本发明所述的数据处理与监控平台200承担系统数据处理、集中显示、指挥控制、接口等功能。通过对目标探测数据进行分析和处理，完成对警戒水域目标的综合分析、标识、监视及报警，形成并显示整个警戒区域的监视状态图，并负责与指挥系统进行数据与信息交换。数据处理与监控平台200分为系统综合显控台和声栅栏节点显控台。

所述系统综合显控台用于集中显示所有探测节点传送过来的运动目标信息，在电子海图上显示出目标运动轨迹，可以对任意局部进行放大显示操作。并显示批次目标的信息，包括目标编号、目标类型、报警时间、目标出现持续时间等信息。系统综合显控设计可同时接入128台探测节点，每个节点可跟踪6批目标。

所述声栅栏节点显控台用于完成对探测节点工作参数设定、目标探测瀑布图显示、跟踪结果信息显示等功能。能够同时完成对128台探测节点进行显控。

图5是本发明的探测声纳节点信号处理程序主流程图，用于实现探测期间的信号处理。图6是本发明的探测声纳节点检测程序流程图。信号经TVG补偿后，与发射信号做互相关，平方检波取包络。时间序列上的信号也是在不同距离得到的回波，对各个距离的回波进行均值方差的统计，并以此为根据计算出检测门限，门限是动态计算出来的，且虚警概率可根据配置报文调整，每个周期都会被更新，当背景相对比较稳定的时候，在特定距离计算出的回波强度通常不会大于门限，而当出现移动的强度较高的目标，其回波大于统计门限，会被检测到。

图7至图11是本发明的探测声纳节点跟踪程序流程图。单台探测节点设计有六个跟踪器，可以同时跟踪六个目标。当连续两拍在某个距离附近连续发现目标后开始对这个距离上的目标进行关注，如果在后面的若干拍中继续跟踪到目标且强度稳定则进行报警。跟踪对目标的速度，距离及目标强度也作了过滤，不满足条件的目标将被撤销。只有在发现相对稳定的目标时，系统才进行报警。连续5拍发现目标后进行跟踪，在后续的5拍中至少有3拍发现目标，且目标强度稳定，轨迹连续时对目标进行报警，若在报警过程中，跟踪的目标消失，则继续用αβ滤波器对其位置进行估计，连续10拍中有5拍没有跟踪到目标的情况下撤销报警。

图12是本发明的声栅栏系统探测节点布设方案图示。通过采用多节点探测声纳节点构建声栅栏系统，在所需警戒水域的外围边界处建立水下目标探测警戒墙，将该水域整体进行基于声学技术手段的封闭式监控，对非法进入警戒水域的水下目标进行检测、跟踪和参数测定，并对可疑目标进行报警。典型有三种方案：图12(a)显示的探测节点按一定间隔布设，形成“一”字形警戒线，该方案是最为经济的布设方案；图12(b)显示的探测节点是在图12(a)的基础上增加一倍数量的探测节点，警戒线宽度变得更宽，可降低漏报和虚警概率，提高探测报警可靠性；图12(c)显示的探测节点按矩阵布设探测节点，实现整个警戒水域全覆盖，能够对入侵目标进行有限运动轨迹跟踪。

图13是本发明的声栅栏系统按图12(a)布设形成的水下探测警戒墙效果图。

图14是本发明的声栅栏系统综合显控台显示界面。显示界面主要由电子海图态势区、目标信息区、系统信息显示与操控区组成。电子海图态势区主要显示信息包括：警戒区域电子海图、声栅栏探测节点设定布放位置、实时位置显示、监视警戒范围、探测报警目标标识。点击目标信息按钮，切换显示目标信息区，该区显示批次目标的信息，包括目标编号、目标参数、节点号、报警时间、目标出现持续时间等信息。系统信息显示与操控区显示系统时间、实时光标位置、探测节点状态等，执行海图放大/缩小/移动操作，以及数据记录与回放操作，实现态势记录重演。

图15是本发明的声栅栏节点显控台显示界面。包含声栅栏节点显控区、设备信息区、系统操控区。声栅栏节点显控区显示探测瀑布图、瞬态回波显示，执行节点工作参数显示与设置，显示探测结果。探测瀑布图采用B式显示，在距离和历程的二维图像中用色彩表示能量强度，当目标在节点探测范围内移动时，可以显示目标在历程轴上的回波能量轨迹。设备信息区显示所有节点设备状态、探测结果、GPS状态、位置等。系统操控区显示设备状态，实现数据记录与回放操作。

本发明的水下小目标主动探测声纳100体积重量较小，能适应使用各类小型海警巡逻船、小渔船等布放回收，主要由人工操作实施。在布放海域根据预定的GPS位置坐标，一般先完成所有坐标点锚系组件的布放，再依次进行电子舱的布放，通过使用卸扣将二者快速连接即最终完成节点布放。

本发明的全向主动声栅栏系统的显著功能与优点在于：具有对蛙人、UUV等水下小目标进行自动探测、跟踪功能，并对可疑目标自动报警。通过系统数据处理与监控平台实现对海上探测声纳节点进行远程集中操控与显示，设备工作状态可实时远程监测，具有设备异常自动报警功能，具有系统数据纪录和回放功能。系统采用无线移动通信网络及互联网技术进行组网，实现了系统在大范围、多节点、远程双向实时数据通信，系统布放、维护、回收与重构快速灵活。探测节点采用独特的单通道水平全向收发合置换能器设计，兼具水平全向360°覆盖和低成本优势，并且该设计使设备无需固定安装，布放使用简便灵活，探测节点不具备目标方位分辨能力。探测节点能够在有效警戒区域内对水下小目标进行连续探测跟踪，具有低虚警率、可靠报警的功能特点。探测节点日常布设在海上值班，连续免维护工作时间长。配备GPS定位功能，系统具有节点自动定位与追踪功能。节点采用耐水面舰船撞击设计，海上生存能力强。系统具有可快速布放、轻量化的、可移动的特点。解决了传统主动声栅栏对海底固定安装使用条件要求高的缺点，布放使用简便灵活。海上多声纳节点与岸基显控工作站之间采用无线移动通信网络及互联网技术进行组网，与常规声纳采用的有缆供电和通信设计相比，节省了海底埋设布缆费用，并且系统布放、回收与重构灵活，通过该方案组成独立的可快速布放、轻量化的、可移动的水下入侵小目标探测警戒系统。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (2)

1.一种全向主动声栅栏系统，其特征在于，包括数据处理与监控平台、锚系布放组件以及多节点水下小目标主动探测声纳，其中：

水下小目标主动探测声纳和锚系布放组件设置于水中，锚系布放组件用于限定水下小目标主动探测声纳在水中的位置；

所述水下小目标主动探测声纳用于自动声探测、跟踪测量目标；

所述数据处理与监控平台和多节点水下小目标主动探测声纳之间采用无线移动通信组网；

所述数据处理与监控平台用于远程控制多节点水下小目标主动探测声纳、分析处理测量目标的探测数据以及测量目标的集中显示；

所述水下小目标主动探测声纳包括电子舱、浮体、换能器以及铅鱼，其中：

所述浮体设置于电子舱侧壁上，用于给电子舱提供浮力使电子舱浮出水面；

所述换能器通过连接件连接所述电子舱底部；

所述铅鱼用于保持换能器在水中处于竖直状态；

所述换能器采用收发合置型换能器，完成水平空间全向发射与接收，采用圆环形压电陶瓷粘接、灌封成圆柱形换能器设计；在发射周期，通过单通道功放驱动所述换能器，单次发射即可完成对水平全向发射探测脉冲信号；发射周期结束后，换能器切换为接收工作模式，同样在单次接收周期内，同时完成接收所有来自水平方向的回波信号；

所述换能器在垂直方向设计两种波束开角，通过电路选通进行切换控制；在一定水深条件下，水下小目标主动探测声纳探测性能受换能器垂直指向性影响；探测远距离目标时采用小的垂直开角，探测近距离目标时采用大的垂直开角，在浅水条件下，选用小垂直开角；

所述电子舱包括控制与接口模块、接收信号调理模块、信号处理模块、功放模块、GPS模块及无线通信模块，其中：

所述控制与接口模块连接信号处理模块、GPS模块及无线通信模块，所述控制与接口模块用于电子舱的工作控制和通信；

所述接收信号调理模块连接信号处理模块、功放模块以及换能器，所述接收信号调理模块用于接收、调整回波信号并发送调理后接收信号给信号处理模块；

所述信号处理模块用于回波信号分析、测量目标检测与跟踪计算处理；

所述功放模块用于功率放大；

所述GPS模块用于接收GPS信号并输出定位报文；

所述无线通信模块用于实现数据处理与监控平台与水下小目标主动探测声纳的数据传输；

所述锚系布放组件包括浮球、钢丝绳以及锚体，其中：所述锚体通过钢丝绳连接浮球，所述浮球连接所述水下小目标主动探测声纳；

所述数据处理与监控平台包括系统综合显控台和声栅栏节点显控台，其中：

所述系统综合显控台用于接入多节点水下小目标主动探测声纳并集中显示测量目标的运动轨迹；

所述声栅栏节点显控台用于设定水下小目标主动探测声纳工作参数、显示测量目标的探测瀑布图以及显示测量目标跟踪结果信息。

2.根据权利要求1所述的全向主动声栅栏系统，其特征在于，所述换能器包括收发合置换能器。

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