CN109743903B - 一种水声对抗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型水声对抗装置，其结构为筒体，其内部包括：侦察接收换能器、信号处理电路、电池组、接口电路、通信电路、对抗发射换能器、通信换能器和推进装置，其中侦察接收换能器、信号处理电路、对抗发射换能器通过电缆连接，通信电路和通信换能器也通过电缆单独连接，信号处理电路与通信电路之间通过接口电路连接，推进装置包括螺旋桨和压力传感器，电池组给信号处理电路、接口电路、通信电路和推进装置供电，信号处理电路通过信号线与推进装置的压力传感器相连以接收压力传感器提供的深度信息以据此确定推进装置的具体工作，信号处理电路还通过控制线与推进装置的螺旋桨的驱动轴连接，控制螺旋桨以实现对抗装置的定深和水平移动。

Description

一种水声对抗装置

技术领域

本发明属于水声对抗技术领域，具体涉及一种新型水声对抗装置。

背景技术

水声对抗是在水中使用专门的水声设备和装备以及利用声场环境(如声影区、温跃层、深水散射层等)、隐身、降噪等手段，对敌方水中探测设备和水中兵器进行侦察、干扰，削弱或破坏其有效使用，保障己方设备正常工作和舰船安全的各种战术技术措施的总称。按功能可分为：水声侦察、水声干扰、水声防御。狭义的水声对抗主要指利用声学手段与攻击我舰船的鱼雷进行的对抗。从这个意义上讲，水声对抗技术就是舰船利用所携装备与来袭鱼雷进行对抗的各种技术，包括以声干扰、声诱骗为主的软杀伤技术和以物理摧毁鱼雷为目标的硬杀伤技术。上述所有对抗的实施都是通过舰船作战指控系统的指令实施的。

随着鱼雷声自导技术的不断发展，原有的一些对抗手段不再具有明显的优势。特别是对于具有尺度识别功能的声自导鱼雷，模拟舰船辐射噪声和鱼雷自导信号回波的点式声诱饵将很容易被鱼雷识别为假目标而不再有效。因此，需要研究一种方法，可以利用点式对抗装备实现多亮点的模拟(这里所讲的亮点是指声学意义上的亮点，即声波射向一个体目标，通常会有若干个点的回波强度比较大，这些点称为亮点)，从而更好地对抗此类鱼雷。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种有效的新型水声对抗装置，其结构为筒体，其内部包括：

侦察接收换能器、信号处理电路、电池组、接口电路、通信电路、对抗发射换能器、通信换能器和推进装置，其中侦察接收换能器、信号处理电路、对抗发射换能器通过电缆连接，通信电路和通信换能器也通过电缆单独连接，而信号处理电路与通信电路之间通过接口电路连接，推进装置包括螺旋桨和压力传感器，电池组给信号处理电路、接口电路、通信电路和推进装置供电；

其中该侦察接收换能器接收外来的声信号并将其转换为电信号，通过电缆送入到信号处理电路，该信号处理电路将该电信号进行增幅、时延、扩展和多普勒等处理，生成诱骗信号并通过电缆将其送入到对抗发射换能器，该对抗发射换能器将诱骗信号变换为诱骗声信号并将其辐射入水，信号处理电路在生成诱骗信号的同时产生指令信息，通过接口电路将该指令信息送入给通信电路，该通信电路通过电缆将该指令信息送入到通信换能器，通信换能器将该指令信息变换成指令声信号并将其辐射入水，信号处理电路通过信号线与推进装置的压力传感器相连，以接收该压力传感器提供的深度信息，根据该深度信息确定推进装置的具体工作，信号处理电路还通过控制线与推进装置的螺旋桨的驱动轴连接，控制螺旋桨的工作以实现该新型水声对抗装置的定深和水平移动。

其中所述电池组为蓄电池组。

其中推进装置的具体工作包括下潜深度和水平位置的移动距离。

其中该新型水声对抗装置入水时，其整体悬浮于水下，对抗发射换能器和通信换能器与筒体分离并通过电缆吊放在该对抗装置下面的水中。

其中当至少3个该新型水声对抗装置入水后自动建立成星型拓扑结构的对抗网络，作为主节点的新型水声对抗装置接收外来的声信号并进行检测，直至确定来袭鱼雷的自导寻的信号，通过对该鱼雷的自导寻的信号的分析以准确获取来袭鱼雷的方位和距离信息，并且根据所述方位和距离信息，确定各新型水声对抗装置的工作方式、工作状态、以及进行拓扑结构的调整。

其中至少3个新型水声对抗装置在水中根据所述来袭鱼雷声自导寻的信号生成模拟回波并错时发射以对来袭鱼雷进行诱骗。

其中进行拓扑结构的调整包括各节点的逻辑结构关系不发生变化，仅调整各节点的空间位置。

其中新型水声对抗装置成直线排列，其中作为主节点的新型水声对抗装置与来袭鱼雷的连线跟所述直线的夹角根据来袭鱼雷的舷角而定。

其中当所述至少3个新型水声对抗装置处于干扰+诱骗的工作方式时，该新型水声对抗装置均发射模拟舰船的噪声以对来袭鱼雷进行干扰，并且根据所述来袭鱼雷声自导寻的信号生成模拟回波并错时发射以对来袭鱼雷进行诱骗。

本发明利用若干具有水声通信和组网功能并且可以协同工作的水声对抗装置，最终实现了模拟多亮点、成功诱骗具有尺度识别能力的声自导鱼雷。

附图说明

图1为本发明的自动建立对抗网络的拓扑示意图；

图2为本发明的在对抗网络建立中使用的应用路由协议的示意图；

图3为本发明的多个水声对抗装置协同工作过程的示意图；

图4为本发明的水声对抗装置的内部结构示意图；

图5为本发明的对具有尺度识别能力的声自导鱼雷进行对抗的方法流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种新型水声对抗装置及其对抗方法。该新型水声对抗装置区别于现有的水声对抗装置的不同点在于：其能够与其他同类的新型水声对抗装置进行水声通信和组网，使得若干个新型水声对抗装置能够协同工作，从而可实现对具有尺度识别能力的声自导鱼雷进行高效地对抗，更好地保证本舰的安全。

该新型水声对抗装置采用一种筒体结构，其内部包括侦察接收换能器、信号处理电路、电池组、接口电路、通信电路、对抗发射换能器、通信换能器和推进装置，如图4所示，其中侦察接收换能器、信号处理电路、对抗发射换能器通过电缆连接，通信电路和通信换能器也通过电缆单独连接，而信号处理电路与通信电路之间通过接口电路连接，推进装置包括螺旋桨和压力传感器，电池组给信号处理电路、接口电路、通信电路和推进装置供电。该侦察接收换能器接收外来的声信号并将其转换为电信号，通过电缆送入到信号处理电路，该信号处理电路将该电信号进行增幅、时延、扩展和多普勒等处理，生成诱骗信号并通过电缆将其送入到对抗发射换能器，该对抗发射换能器将诱骗信号变换为诱骗声信号并将其辐射入水。信号处理电路在生成诱骗信号的同时产生指令信息，通过接口电路将该指令信息送入给通信电路，该通信电路通过电缆将该指令信息送入到通信换能器，通信换能器将该指令信息变换成指令声信号并将其辐射入水。信号处理电路通过信号线与推进装置的压力传感器相连，以接收该压力传感器提供的深度信息，根据该深度信息确定推进装置的具体工作，包括下潜深度和水平位置的移动距离。另外，信号处理电路通过控制线与推进装置的螺旋桨的驱动轴连接，控制螺旋桨的工作，以实现新型水声对抗装置的定深和水平移动。本发明的电池组采用蓄电池组，其给信号处理电路、接口电路和通信电路供电。

上述各装置的内部结构没有做具体描述，是因为可以采用本领域公知的装置来实现。

使用该新型水声对抗装置时，其整体悬浮于水下，对抗发射换能器和通信换能器与筒体分离并通过电缆吊放在该对抗装置下面的水中。下面将详细描述本发明的新型水声对抗装置执行对抗的方法。

图5示出了本发明的对具有尺度识别能力的声自导鱼雷进行对抗的方法流程图。

与鱼雷对抗的全过程包括探测(指鱼雷报警)、决策(指指挥控制)和实施(指末端对抗)。首先舰船携带的鱼雷报警设备(专用鱼雷报警声纳等)探得鱼雷来袭，接着舰船水声对抗指挥控制系统通过对鱼雷报警信号的分析给出释放水声对抗装置的决策，确定使用对抗装置的时机和数量，最后由发控系统释放水声对抗装置。

在本发明中，决策的内容包括了由舰船水声对抗指挥控制系统给准备释放的N枚所述新型水声对抗装置分别编号，其中N为大于2的整数，确定其中一枚作为主节点、其余作为从节点。为了更清楚、更简洁的描述本发明，这里采用N＝3枚所述新型水声对抗装置作为具体实例来进行说明，将该3枚新型水声对抗装置顺序编号为0号、1号和2号，其中0号新型水声对抗装置被指定为主节点，1和2号新型水声对抗装置被指定为从节点。

当3枚新型水声对抗装置入水之后，主节点分别与两个从节点进行通信以实施组网并进行协同对抗，从而实现对具有尺度识别功能的声自导鱼雷的高效对抗。其具体步骤如下：

1、所述3枚新型水声对抗装置入水后自动建立星型拓扑结构的对抗网络。该过程具体如下：首先由主节点发出轮询信号，得到各节点应答后，形成了一个以主节点为中心的星型网络。各从节点之间一般不需要信息交互。如果需要，也要通过主节点来转发信息。本发明采用的水声通信技术为比较成熟的跳频通信技术，来实现各节点之间的信息交互，如图1所示。

在本发明中，对抗网络的建立过程使用了MAC协议和本发明开发的应用路由协议。结合对抗网络的节点数较少、通信距离较近、通信量较小，通信频繁、要求通信信息的准确性高等特点，本发明选用公知的TDMA(Time Division Multi-Access，时分复用)方式，采用公知的“Stop-to-Forward”(停-等)握手协议作为MAC协议；另外，本发明基于AODV(Ad hoc On demand Distance Vector，Ad hoc按需距离矢量)协议开发了一种应用路由协议。这里需要强调的是，本领域的技术人员都知道，本发明也可以采用其他路由协议并进行适应性改进来实现本发明涉及的组网。

所述应用路由协议加入了数据类型分析，以分辨各种不同的分组信息。

其中分组信息的定义如表1。

表1 分组信息格式

其中，

分组类型(PTYP)：用来标识该信息用途，判断该信息是控制信息还是数据内容。

源节点标识(SRC)：发送该信息的节点。

目的节点标识(DES)：接收该信息的节点。

应答标志(REP)：目的节点应答标志，要求续传还是重发。

数据类型(DTYP)：当发送信息是数据内容时，标识数据内容种类；否则无需进行标识。在本发明中，数据内容包括文本、图像和二进制文件三种。在实际应用中，常用文本形式。

数据标志(FLAG)：标识数据内容是否结束；若数据结束，该标志为0；若该标志为其他值，则其为数据结束位置的偏移量。

该应用路由协议分为发送和接收两个部分。其中，接收部分如图2(a)所示。接收到分组信息后，首先判断HED结构中的DES是否为自身，不是的话就丢弃该分组。否则就从分组中的HED结构中读取分组类型。如果是控制信息，则续传或重发；如果是数据分组，则从其中的BDY结构中读取数据类型。如果BDY结构中的FLAG标志为0，则完成数据接收；否则丢弃此信息分组，并发送应答分组信息。发送部分如图2(b)所示。生成发送数据后进行数据分包，接着填充BDY结构和HED结构，然后发送信息分组。

对抗网络的建立过程中用到了上述两种协议。其中，MAC协议完成节点间的握手，从而实现数据链路层的建立；应用路由协议保障网络层中信息传递的最优路径。网络的建立过程是通信领域的技术人员所公知的。

2、网络建立之后，主节点接收外来的声信号并进行检测，直至确定来袭鱼雷的自导寻的信号，通过对该鱼雷的自导寻的信号的分析以准确获取来袭鱼雷的方位和距离信息。其中确定来袭鱼雷的自导寻的信号和通过对该鱼雷的自导寻的信号的分析来获取来袭鱼雷的方位和距离信息的方法可以采用任何公知的技术。

3、主节点根据来袭鱼雷的方位和距离信息，确定各节点(包括主节点自身和各从节点)的工作方式、工作状态、以及进行拓扑结构的调整。各节点的工作方式包括：干扰、诱骗、干扰+诱骗。各节点的工作状态包括开始工作、停止工作以及休眠。所谓拓扑结构的调整指各节点的逻辑结构关系不发生变化，仅限于调整各节点的空间位置。新型水声对抗装置利用自身的推进装置来实现空间位置的调整，即各节点在小范围内的空间位置移动，实现多亮点模拟。在本发明中，该小范围一般在几十米内，其根据舰船的尺度和亮点结构而定，可以为30-50米，优选在40米的范围内。

4、各节点根据主节点检测到的鱼雷声自导寻的信号生成模拟回波并错时发射以对来袭鱼雷进行诱骗。采用错时发射的目的是为了防止各节点(即各新型水声对抗装置)之间的互扰。

另外，本发明的新型水声对抗装置还可以工作在干扰+诱骗的方式，此时各新型水声对抗装置均发射模拟舰船的噪声进行干扰，并且根据作为主节点的新型水声对抗装置检测到的鱼雷声自导寻的信号生成模拟回波并错时发射以对来袭鱼雷进行诱骗。

尽管在步骤2中，由主节点首先开始探测来袭鱼雷的自导寻的信号，但是本领域的技术人员都知道，也可以指定一个从节点来探测来袭鱼雷的自导寻的信号，并将探测结果通信给主节点，再由主节点完成后续的工作，如准确定位鱼雷的方位和距离，确定各节点的工作方式、工作状态、以及拓扑结构的调整。

下面通过具体实例并结合参考图3来详细描述步骤2和3。在执行步骤2的过程中，0号新型水声对抗装置(主节点)指定1号新型水声对抗装置(从节点之一)首先开始声学工作：接收外来的声信号并进行检测以确定来袭鱼雷自导寻的信号。而0号和2号新型水声对抗装置不进行声学工作，仅保持在网络环境下的通信，各从节点向主节点报告自己的工作状态，其中1号从节点处于工作状态，2号从节点处于休眠状态。在此情况下，对于来袭鱼雷来说，1号新型水声对抗装置是一个点目标，很容易通过尺度识别方法识破。1号新型水声对抗装置将探得的来袭鱼雷信息(如方位、距离等)上报0号新型水声对抗装置。0号新型水声对抗装置依据鱼雷的方位和距离信息重新安排各新型水声对抗装置的战斗阵位(即节点位置的变动)，以及相应的工作方式，使各新型水声对抗装置均处于工作状态。重新布阵后，三枚新型水声对抗装置列于一条直线上，0号新型水声对抗装置居中，1号和2号新型水声对抗装置分居两边，与0号的距离均为40m；0号新型水声对抗装置与来袭鱼雷的连线垂直于该三枚新型水声对抗装置所成的直线；当然，本领域的技术人员都明白，主节点的位置居中不是必须的，所述垂直关系也不是必须的，需根据来袭鱼雷的舷角而定，即作为主节点的新型水声对抗装置与来袭鱼雷的连线跟所述直线的夹角根据来袭鱼雷的舷角而定。此时的工作方式为诱骗方式或干扰+诱骗方式。

当工作方式为诱骗方式时，上述三枚新型水声对抗装置根据1号新型水声对抗装置检测到的鱼雷声自导寻的信号生成模拟回波并错时发射以对来袭鱼雷进行诱骗。

当工作方式为干扰+诱骗方式时，上述三枚新型水声对抗装置均发射模拟舰船的噪声进行干扰，并且根据1号新型水声对抗装置检测到的鱼雷声自导寻的信号生成模拟回波并错时发射以对来袭鱼雷进行诱骗。

经过调整后的新型水声对抗装置组可以有效地模拟3个声学亮点，对于具有尺度识别能力的声自导鱼雷来说，此时目标即为长度为100m左右的物体，从而成功实现了对该声自导鱼雷的干扰和诱骗，该鱼雷将向新型水声对抗装置组进行攻击，舰船则可以利用此段时间实施有效规避。由此可知，本发明可以有效地对抗具有尺度识别能力的声自导鱼雷的攻击，为舰船的安全提供可靠的保障。

上面尽管以3枚新型水声对抗装置为例来说明本发明，但是本领域的技术人员都知道，依据舰船的尺寸，也可以采用更多的新型水声对抗装置来实施本发明所提供的对抗方法，例如采用5枚，或者5枚以上。

本发明提供的新型水声对抗装置及其对抗方法的优点在于：其干扰和诱骗等声学功能与水声通信功能互不影响，并且由于新型水声对抗装置之间进行了协同工作，从而克服了互扰现象，这就大大地增加了对抗具有尺度识别能力的声自导鱼雷攻击的能力。

Claims (9)

1.一种水声对抗装置，其结构为筒体，其内部包括：

侦察接收换能器、信号处理电路、电池组、接口电路、通信电路、对抗发射换能器、通信换能器和推进装置，其中侦察接收换能器、信号处理电路、对抗发射换能器通过电缆连接，通信电路和通信换能器也通过电缆单独连接，而信号处理电路与通信电路之间通过接口电路连接，推进装置包括螺旋桨和压力传感器，电池组给信号处理电路、接口电路、通信电路和推进装置供电；

其中该侦察接收换能器接收外来的声信号并将其转换为电信号，通过电缆送入到信号处理电路，该信号处理电路将该电信号进行增幅、时延、扩展和多普勒处理，生成诱骗信号并通过电缆将其送入到对抗发射换能器，该对抗发射换能器将诱骗信号变换为诱骗声信号并将其辐射入水，信号处理电路在生成诱骗信号的同时产生指令信息，通过接口电路将该指令信息送入给通信电路，该通信电路通过电缆将该指令信息送入到通信换能器，通信换能器将该指令信息变换成指令声信号并将其辐射入水，信号处理电路通过信号线与推进装置的压力传感器相连，以接收该压力传感器提供的深度信息，根据该深度信息确定推进装置的具体工作，信号处理电路还通过控制线与推进装置的螺旋桨的驱动轴连接，控制螺旋桨的工作以实现该水声对抗装置的定深和水平移动。

2.根据权利要求1的水声对抗装置，其中所述电池组为蓄电池组。

3.根据权利要求1的水声对抗装置，其中推进装置的具体工作包括下潜深度和水平位置的移动距离。

4.根据权利要求1的水声对抗装置，其中该水声对抗装置入水时，其整体悬浮于水下，对抗发射换能器和通信换能器与筒体分离并通过电缆吊放在该对抗装置下面的水中。

5.根据权利要求1的水声对抗装置，其中当至少3个该水声对抗装置入水后自动建立成星型拓扑结构的对抗网络，作为主节点的水声对抗装置接收外来的声信号并进行检测，直至确定来袭鱼雷的自导寻的信号，通过对该鱼雷的自导寻的信号的分析以准确获取来袭鱼雷的方位和距离信息，并且根据所述方位和距离信息，确定各水声对抗装置的工作方式、工作状态、以及进行拓扑结构的调整。

6.根据权利要求5的水声对抗装置，其中至少3个水声对抗装置在水中根据所述来袭鱼雷声自导寻的信号生成模拟回波并错时发射以对来袭鱼雷进行诱骗。

7.根据权利要求5的水声对抗装置，其中进行拓扑结构的调整包括各节点的逻辑结构关系不发生变化，仅调整各节点的空间位置。

8.根据权利要求7的水声对抗装置，其中水声对抗装置成直线排列，其中作为主节点的水声对抗装置与来袭鱼雷的连线跟所述直线的夹角根据来袭鱼雷的舷角而定。

9.根据权利要求7的水声对抗装置，其中当所述至少3个水声对抗装置处于干扰+诱骗的工作方式时，该水声对抗装置均发射模拟舰船的噪声以对来袭鱼雷进行干扰，并且根据所述来袭鱼雷声自导寻的信号生成模拟回波并错时发射以对来袭鱼雷进行诱骗。