CN109714127B - 海洋声学设备干扰器及干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋声学设备干扰器及干扰方法，可用于干扰海上目标物的正常作业。干扰器包括；容置舱；信号收发阵列：设置在容置舱内，包括多个不同频宽的收发一体式换能器；信号处理器：与信号收发阵列电连接，识别信号收发阵列接收的信号，并生成干扰信号，最终传递至信号收发阵列；电源：与信号收发阵列及信号处理器电连接。干扰方法，包括：对信号处理器设定触发信号类型；将干扰器投放在目标物附近；信号收发阵列接收的声信号转换为电信号，并传递至信号处理器与触发信号进行比较；若符合触发信号类型，则信号处理器生成干扰信号，经信号收发阵列发出。该装置和方法便携性强、机动性高、隐蔽性强，是一种高效率的海洋声学定向干扰装置。

Description

海洋声学设备干扰器及干扰方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种海洋声学设备干扰器及信号干扰方法。

背景技术

海洋调查是了解海上资源的重要途径。海洋调查工作应在各国的领海或公海进行。随着近代陆上矿产资源的减少，海洋资源的勘探与开发利用等技术的逐渐成熟，为了取得海洋勘查的先机，有些国家会采取派遣间谍船的形式到其他国家进行海洋勘查，这将侵害其他国家的海洋权益。

常规海洋地质勘查主要是利用科学调查船上搭载的海洋声学设备进行的，如单波束、多波束、浅地层剖面仪、侧扫声呐、测深仪、地震勘探(如炸药、气枪、电火花等作为震源)等。其中大多数主动式海洋声学调查设备的工作方式均是发射并接收经海底反射的声波信号，同时对所接收的数据进行计算、成图来分析并判断海底目标地层的情况。其工作频率在20Hz～700KHz之间(如浅地层剖面仪型号：TOPAS PS 18/40工作频率：500Hz～6KHz)。为了阻止间谍船的违法行为，一般会派遣搭载有声学干扰设备的船只，对间谍船进行驱逐或近距离发射干扰信号，阻碍间谍船的正常工作。但这种方式的缺陷在于：一方面，由于作业人员集结慢、干扰设备及船只准备时间长等问题，常常事倍功半；另一方面，由于声学干扰设备的工作范围有限，只有在靠近间谍船时才能对间谍船的工作形成干扰，而一旦靠的太近，间谍船将发现驱逐船只，提前做好应急准备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋声学设备干扰器及干扰方法，该干扰器可被投放在目标物附近，采取对目标物发送干扰信号的方式，阻碍目标物的正常工作。干扰器投放方便，可在发现目标物时，迅速做出反应。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

海洋声学设备干扰器，包括；

容置舱；

信号收发阵列：设置在容置舱内，包括多个不同频宽的收发一体式换能器，用于声信号与电信号之间的转换；

信号处理器：与信号收发阵列电连接，识别信号收发阵列接收的信号，并生成干扰信号，最终传递至信号收发阵列；

电源：与信号收发阵列及信号处理器电连接。

进一步地，干扰器进一步包括安装在容置舱内的磁吸附机构。

进一步地，所述磁吸附机构经电源控制器与电源连接。所述电源控制器与信号处理器连接，接收信号处理器生成的电源控制信号。

进一步地，所述信号收发阵列的收发端位于容置舱的外侧。

进一步地，所述容置舱包括防水密封舱以及位于防水密封舱内的金属屏蔽舱，信号收发阵列及信号处理器设置于金属屏蔽舱内，所述磁吸附机构设置于金属屏蔽舱外，且位于防水密封舱内。

进一步地，所述防水密封舱的舱壁为多层结构，形成水腔，外侧舱壁上设置有进水口，进水口处设置有进水阀，进水阀连接电控机构。

进一步地，所述容置舱外包覆防护层，所述防护层采用浮性材料制作。

干扰方法，包括：

对信号处理器设定触发信号类型；

将干扰器投放在目标物附近；

信号收发阵列接收的声信号转换为电信号，并传递至信号处理器与触发信号进行比较；

若符合触发信号类型，则信号处理器生成干扰信号，经信号收发阵列发出；

所述触发信号包括海洋触发信号和/或目标物触发信号，所述海洋触发信号包括海洋背景噪音；所述目标物触发信号包括目标物行驶的噪声信号和目标物搭载设备的工作信号。

进一步地，若已知目标物搭载设备的工作频率，则通过信号处理器设定干扰信号的频率；

若未知目标物搭载设备的工作频率，则等待目标物搭载设备的工作信号作为触发信号，并对所述工作信号进行分析，确定干扰信号的工作频率。

进一步地，所述方法进一步包括：若符合触发信号类型，则信号处理器生成电源控制信号，传递至电源控制器，电磁铁通电，干扰器吸附在目标物上。

本发明提供的海洋声学设备干扰器的有益效果在于：

本发明提供了一种便携式可利用声信号定向干扰海洋调查设备的装置及方法，主要包括：信号干扰系统、电磁铁组、电源系统。可被海洋信号或目标物信号触发，并吸附在目标物上，随目标物移动，持续工作。该方法主要克服了传统干扰模式中作业人员集结慢、干扰设备及船只准备时间长、机动性差、效率低等缺点，提供了一种便携式、机动性高、隐蔽性强、高效率的海洋声学定向干扰装置，有多种工作方式可供选择，可随时、随地、有针对性地进行投放作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的干扰器发结构示意图；

图2为本发明提供的干扰器的信号流结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1-收发一体式换能器，101-收发端；

2-信号处理器，3-电源，4-信号放大模块，5-电磁铁，6-电源控制器；

701-防水密封舱，702-金属屏蔽舱，703-进水口。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”、“安装在”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种海洋声学设备干扰器。该干扰器可以用于对海上目标物工作信号的干扰，尤其适用于对海上间谍船的干扰。本实施例将以其应用于对间谍船的干扰为例，来说明干扰器的结构和工作原理。

参考图1，海洋声学设备干扰器，包括；

容置舱。容置舱作为一个密封防水容置结构，容置干扰器器件。

信号收发阵列：设置在容置舱内，包括多个不同频宽的收发一体式换能器1，用于声信号与电信号之间的转换；信号收发阵列可以将声信号转换为电信号，也可以将电信号转换为声信号。为了保证信号收发阵列收发信号不被屏蔽，信号收发阵列的收发端101位于容置舱的外侧。相应的，收发一体式换能器1与舱体的衔接处做防水密封处理。

信号处理器2：与信号收发阵列电连接，识别信号收发阵列接收的信号，并生成干扰信号，最终传递至信号收发阵列。具体说，信号收发阵列接收到声信号并将声信号转换为电信号，信号处理器2对电信号进行判断，并生成干扰电信号，该干扰电信号将发送至信号收发阵列，经转换为干扰声信号后，传递至间谍船。

电源3：与信号收发阵列及信号处理器2电连接。用于信号收发阵列以及信号处理器2的供电。

此外，为了更好的进行信号处理，干扰器还包括信号放大模块4，信号放大模块4作为信号收发阵列与信号处理器2之间的信号中转，其对信号收发阵列采集的间谍船的触发信号，以及信号处理器2生成的对间谍船的干扰信号进行放大处理。

间谍船上声学调查设备发射的为声信号，同时，海洋环境中还存在其他的声学信号。以间谍船上的声学信号作为信号处理器2的触发信号为例，在工作过程中，信号收发阵列接收间谍船上声学调查设备发射的直达波和经海底反射的反射波，并将声信号转换成电信号；转换后的电信号将作为信号处理器2的触发信号，信号处理器2接收到该信号之后将生成对间谍船的干扰电信号，并经信号收发阵列转换为干扰声信号后，发送出去。

作为本发明的另一种具体实施方式，为了解决干扰器与目标物(本实施例中的间谍船)之间匹配的问题，干扰器进一步包括安装在容置舱内的磁吸附机构。磁吸附结构使干扰器整体可以吸附在间谍船上。以保证干扰器与间谍船之间的距离足够近，干扰信号可以对间谍船产生稳定的干扰；同时，也保证干扰器可以随间谍船一起运动。

具体说，本实施例中，磁吸附结构采用的为电磁吸附结构，采用电磁铁5。电磁铁5通电之后将产生磁吸附力。磁吸附机构经电源控制器6与电源3连接，电源控制器6与信号处理器2连接，接收信号处理器2生成的电源控制信号。当信号处理器2接收到间谍船的触发信号后，会对电源控制器6发送电源控制信号，接通电源3与电磁吸附结构之间的电连接。进而，干扰器可以吸附在间谍船上。电磁铁组选择直流电磁铁组，选用磁导率高、电阻率小的材料，如漆包铜线。直流电磁铁组有吸力稳定、体积小、工作可靠等优点。

更进一步的，为了降低干扰器内各器件之间的干扰，作为具体的实施方式，进一步对容置舱的结构进行设计。容置舱包括防水密封舱701以及位于防水密封舱701内的金属屏蔽舱702，信号收发阵列及信号处理器2设置于金属屏蔽舱内702，电磁铁5设置于金属屏蔽舱702外，且位于防水密封舱701内。这种结构可以降低电磁组件对信号收发阵列、信号处理器2等功能器件的干扰。同时，参考图1，电磁铁5与信号收发阵列分别位于干扰器两侧，既保证信号收发阵列的收发端101更好的指向性，也可起到平衡干扰器的目的。

金属密封舱702可采用金属铝，重量轻、硬度较好，防水密封舱701可采用塑料材料，在干扰器内部空隙处可加入泡沫，干扰器表面包裹浮性材料，以平衡干扰器的重力。在防水密封舱701与金属屏蔽舱702之间加入泡沫以平衡干扰器的重力，达到微弱负浮力，也可达到保护干扰器的作用。

更进一步地，由于干扰器是在海洋环境中工作的，为了增强干扰器整体的浮性，在容置舱外包覆防护层，防护层采用浮性材料制作，也可达到保护干扰器的作用。干扰器整体为微弱负浮力，经有人机或无人机投放后，可沉入海面下3-5m，以保证不被间谍船发现。

更进一步地，作为一种具体的实施方式，干扰器在水下长时间工作时，电量将耗尽，失去干扰作用。为了处理无电状态下的干扰器，进一步设计如下结构：防水密封舱701的舱壁为多层结构，形成水腔，外侧舱壁上设置有进水口703，进水口703处设置有进水阀，进水阀连接电控机构。干扰器在水下的工作时长为5天，工作5天后，蓄电池组电能耗尽，干扰器自动脱落，干扰器的进水口阀门经小型备用电源自动打开，然后干扰器整体沉入海底。

上述结构中，信号收发阵列中收发一体式换能器1的数量，以及电磁吸附组件中电磁铁5的数量、电源3中蓄电池组的数量均不作具体的限定。在海上干扰间谍船非法作业之前，应选择最优的干扰器作业方式，并对电磁铁组的组数、蓄电池组的组数、信号收发阵列的频宽、干扰器作业的时长等作相应的调整，同时尽量使干扰器小巧、轻便，从而达到高效、便携、高机动、有针对性地干扰作业。

同时，除了单一干扰器的作业方式，但也不排除采用更复杂的两个及多个干扰器协同互补的作业方式，如：两个或者多个窄频带的干扰器组合成一个宽频带干扰器组、两个或者多个干扰器相继工作以达到超长作业时长的目的等。

以上干扰器可以用于对间谍船等目标物的干扰，阻碍间谍船的正常工作，保护领海资源。

以下，将详述干扰器的干扰方法，干扰方法实施例以其应用于间谍船为例。

(1)投放干扰器。

在发现间谍船之后，可以采用有人机或无人机的方式将干扰器投放在间谍船的附近。

(2)触发干扰器，发射干扰信号。

对信号处理器设定触发信号类型；

信号收发阵列接收的声信号转换为电信号，并传递至信号处理器与触发信号进行比较；

若符合触发信号类型，则信号处理器生成干扰信号，经信号收发阵列发出。

具体说，干扰器可采用多种被触发形式。触发信号包括海洋触发信号和/或间谍船触发信号，海洋触发信号包括海洋背景噪音；所述间谍船触发信号包括间谍船行驶的噪声信号和间谍船搭载设备的工作信号，以下具体说明。可采取以下几种触发形式的一种或几种的组合。

第一种触发形式。

以间谍船行驶的噪声信号为触发信号的形式。间谍船行驶信号为声信号，主要来自于间谍船航行的噪音。

间谍船的航行噪音是一种强线谱弱连续谱的迭加信号，主要来自于发动机的工作噪音(噪声低频段为主要成分)，螺旋桨空化噪音(高频段为主要成分，且为连续谱)，其谱峰在100～1000Hz之间，并随着船只的航行航速增加，谱峰向低频移动，其峰值噪声级约175dB，

第二种触发形式。

以海洋背景噪音为触发信号的形式。海洋背景噪声是一种连续无直观规律的宽带噪声，包括海洋环境噪音和技术噪音，海洋环境噪声的谱峰为0Hz～30Hz，噪声级在约为90dB(不同海况不同深度下声源级有一定浮动)。其中海洋环境噪音是指由波浪、风等引起的噪音，技术噪音是指除间谍船之外的船只及船载设备工作引起的噪音。

第三种触发形式。

以间谍船搭载设备的工作信号为触发信号的形式。船载声学调查设备发射阵发射的通常都是周期性脉冲信号，如电火花，气枪，深水多波束等。

以上干扰器的三种触发信号在波形、强度、频谱等特性参数均有较大差异，但所实现的技术效果是相同的。信号处理器接收信号收发阵列传输的电信号，经滤波、放大，并分析、识别、处理信号的波形、幅值、频谱，根据预设干扰器的磁吸附触发方式和干扰电信号的触发方式，分别生成磁吸附触发信号和干扰触发信号，以控制干扰器磁吸附和干扰器发射干扰信号的时机。

干扰器磁吸附间谍船的同时，将产生对间谍船工作设备的干扰信号。通常，间谍船搭载设备的种类是相对固定的。干扰信号是用于干扰间谍船搭载设备的正常工作，需要根据间谍船上搭载设备的工作频率来确定干扰信号的频率。主要分为已知间谍船设备类型和未知间谍船设备类型两种方式来说明。

若已知间谍船搭载设备的工作频率，则通过信号处理器设定干扰信号的频率；

若未知间谍船搭载设备的工作频率，则等待间谍船搭载设备的工作信号作为触发信号，并对所述工作信号进行分析，确定干扰信号的工作频率。

(1)在执行有人机或无人机投放干扰器之前已经知道间谍船搭载设备的工作频率，如浅地层剖面仪型号：TOPAS PS18/40工作频率：500Hz～6KHz、多波束测深仪型号：SeaBeam3012工作频率：12KHz等，可提前设置干扰频率，干扰器入水后，主动发射干扰信号。

(2)在执行有人机或无人机投放干扰器之前已经知道间谍船搭载设备的工作频率，如浅地层剖面仪型号：TOPAS PS 18/40工作频率：500Hz～6KHz、多波束测深仪型号：SeaBeam3012工作频率：12KHz等，可提前设置干扰频率，在接收到间谍船的干扰触发信号后，主动发射干扰信号。

(3)如果，在执行有人机或无人机投放干扰器之前不知道间谍船搭载设备的工作频率，等待间谍船的干扰触发信号，并对触发信号的波形、幅值、频谱等进行分析、处理后生成干扰信号，被动发射干扰信号。

干扰器可设置不同的磁吸附触发方式和干扰信号的触发方式，组合出6种不同的干扰器工作方式。

综上，对以上干扰器磁吸附触发方式进行分类：

1、利用有人机或无人机投放干扰器，在干扰器入水并接收海洋背景噪声的磁吸附触发信号之后，给电磁铁组通电，开启磁吸附，进行被动磁吸附；

2、利用有人机或无人机投放干扰器，在干扰器入水之后保持静默，等待接收间谍船的磁吸附触发信号，然后进行主动磁吸附。

因此，干扰器的6种工作方式包括：

有人机或无人机投放→被动磁吸附→主动发射干扰信号→沉入海底。

有人机或无人机投放→被动磁吸附→接收间谍船的干扰触发信号→主动发射干扰信号→沉入海底。

有人机或无人机投放→被动磁吸附→接收间谍船的干扰触发信号→被动发射干扰信号→沉入海底。

有人机或无人机投放→接收间谍船的磁吸附触发信号→主动磁吸附→主动发射干扰信号→沉入海底。

有人机或无人机投放→接收间谍船的磁吸附触发信号→主动磁吸附→接收间谍船的干扰触发信号→主动发射干扰信号→沉入海底。

有人机或无人机投放→接收间谍船的磁吸附触发信号→主动磁吸附→接收间谍船的干扰触发信号→被动发射干扰信号→沉入海底。

当发现间谍船之后，采取无人机将本发明提供的信号干扰器投放在间谍船附近，干扰器被海洋信号或间谍船信号触发，吸附在间谍船上。可持续发出干扰信号，干扰间谍船工作。当电量耗尽后，自动脱落。干扰器体积小，投放方便，可迅速对间谍船的工作作出反应。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.海洋声学设备干扰器，其特征在于，包括；

容置舱；

信号收发阵列：设置在容置舱内，包括多个不同频宽的收发一体式换能器，用于声信号与电信号之间的转换；

信号处理器：与信号收发阵列电连接，识别信号收发阵列接收的信号，并生成干扰信号，传递至信号收发阵列；

电源：与信号收发阵列及信号处理器电连接；

磁吸附机构：安装在容置舱内，磁吸附结构使干扰器整体可以吸附在间谍船上；

对信号处理器设定触发信号类型，信号收发阵列接收的声信号转换为电信号，并传递至信号处理器与触发信号进行比较，若符合触发信号类型，则信号处理器生成干扰信号，触发信号包括海洋触发信号和/或间谍船触发信号，海洋触发信号包括海洋背景噪音，所述间谍船触发信号包括间谍船行驶的噪声信号和间谍船搭载设备的工作信号。

2.如权利要求1所述的海洋声学设备干扰器，其特征在于，所述磁吸附机构经电源控制器与电源连接，所述电源控制器与信号处理器连接，接收信号处理器生成的电源控制信号。

3.如权利要求1所述的海洋声学设备干扰器，其特征在于，所述信号收发阵列的收发端位于容置舱的外侧。

4.如权利要求1所述的海洋声学设备干扰器，其特征在于，所述容置舱包括防水密封舱以及位于防水密封舱内的金属屏蔽舱，信号收发阵列及信号处理器设置于金属屏蔽舱内，所述磁吸附机构设置于金属屏蔽舱外，且位于防水密封舱内。

5.如权利要求4所述的海洋声学设备干扰器，其特征在于，所述防水密封舱的舱壁为多层结构，形成水腔，外侧舱壁上设置有进水口，进水口处设置有进水阀，进水阀连接电控机构。

6.如权利要求1所述的海洋声学设备干扰器，其特征在于，所述容置舱外包覆防护层，所述防护层采用浮性材料制作。

7.干扰方法，其特征在于，包括：

对信号处理器设定触发信号类型；

将干扰器投放在目标物附近；

信号收发阵列接收的声信号转换为电信号，并传递至信号处理器与触发信号进行比较；

若符合触发信号类型，则信号处理器生成干扰信号，经信号收发阵列发出；

所述触发信号包括海洋触发信号和/或目标物触发信号，所述海洋触发信号包括海洋背景噪音；所述目标物触发信号包括目标物行驶的噪声信号和目标物搭载设备的工作信号；

若符合触发信号类型，则信号处理器生成电源控制信号，传递至电源控制器，电磁铁通电，干扰器吸附在目标物上。

8.如权利要求7所述的干扰方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

若已知目标物搭载设备的工作频率，则通过信号处理器设定干扰信号的频率；

若未知目标物搭载设备的工作频率，则等待目标物搭载设备的工作信号作为触发信号，并对所述工作信号进行分析，确定干扰信号的工作频率。