CN109765560B - 一种舰船纵向尺度声场模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰船纵向尺度声场模拟系统，在传统的舰船模拟的基础上，增加了舰船声场纵向尺度特征，而且模拟舰船的尺度可调节，能够模拟具有不同声场纵向尺度特征的舰船。本发明通过收放系统对位于尾部壳体内的点声源进行布放或回收，从而使得点声源沿舰船长度方向的布设长度发生变化，因此可以模拟不同纵向长度特征的舰船声场，且操作方便，使用灵活；通过采用主动声模拟段能够接收主动声引信信号并重构该信号，通过独立的发射单元将重构信号发射出去，其发射强度可控，可以实现不同舰船目标强度和不同舰船速度的模拟。

Description

一种舰船纵向尺度声场模拟系统

技术领域

本发明涉及非接触扫雷领域，具体涉及一种舰船纵向尺度声场模拟系统。

背景技术

工业技术水平的提高促使水雷引信技术得到进一步的发展，对舰船声场特征的分析越来越深入，不断提出新的水雷引信抗扫技术。水雷引信通过接收、识别纵向尺度声场来判断舰船目标，同时还利用主动声引信进行目标的最终确认，也就要求声扫雷装置更加复杂、庞大，极大的增加了扫雷作业的难度。

当前国际主流的舰船声场模拟装备仍然是基于舰船声场强度、频谱等特征进行模拟，容易被新型水雷识别而抗扫，并且也不具有主动声模拟能力，不能对付水雷主动声引信。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种舰船纵向尺度声场模拟系统，在传统的舰船模拟的基础上，增加了舰船声场纵向尺度特征，而且模拟舰船的尺度可调节，能够模拟具有不同声场纵向尺度特征的舰船。

本发明提供了一种舰船纵向尺度声场模拟系统，包括辐射声源分系统、控制分系统、收放分系统和壳体，所述辐射声源分系统、控制分系统和收放分系统均位于壳体内；

所述辐射声源分系统包括多个具有不同频谱特征的点声源，所述点声源沿舰船长度方向分散布设，分别用于在辐射信号的驱动下模拟舰船的不同部位的噪声；

所述壳体为回转体形式，包括头部、中部和尾部，其中头部与中部固定连接，中部与尾部活动连接，头部、中部采用水密设计，尾部采用内部浸水设计；

所述控制分系统，用于产生所述辐射声源分系统的辐射信号；

所述收放分系统，用于布放或回收位于尾部壳体内的点声源。

进一步地，所述辐射声源分系统包括中频发声器、低频发声器和高频发声器，其中，所述中频发声器位于所述壳体的头部，用于辐射位于舰船中部的辅机噪声，其辐射面与壳体结构共形；所述低频发声器位于所述壳体的中部，用于辐射位于舰船中后部的主机噪声；所述高频发声器位于所述壳体的尾部，用于辐射位于舰船尾部的螺旋桨噪声。

进一步地，所述壳体采用分段结构，所述头部和尾部各成一段，所述中部分为三段，各段之间均采用卡箍水密连接。

进一步地，所述收放分系统固定设置在所述壳体尾部，包括水下绞车和导缆装置，所述高频发声器与电缆连接，通过对电缆的收放实现高频发声器的布放与回收。

进一步地，所述收放分系统还包括位于高频发声器后端的阻力帽，用于在拖曳状态时确保高频发声器达到设定深度，所述阻力帽拖曳时成展开状态，回收到航行体内时成收缩状态。

进一步地，所述的模拟系统还包括主动收发声源分系统，主动收发声源分系统包括收发一体换能器和主动声信号处理模块；

主动声信号处理模块，在捕获到未知的主动声探测信号时，对探测信号的脉冲参数进行实时估计，同时将预先设定的所模拟舰船的多普勒频移、脉冲展宽、目标强度参数加入主动声探测脉冲中，形成重构的回波模拟信号；

收发一体换能器在控制分系统的驱动下，将所述回波模拟信号发射出去。

进一步地，所述辐射声源分系统还包括气囊，所述气囊设置于所述壳体的尾部，通过气管与低频发声器水密连接，用于平衡低频发声器的水下静压。

进一步地，所述壳体的头部为平头设计。

进一步地，所述低频发声器采用对称布置的形式。

进一步地，所述控制分系统还用于控制该模拟系统的工作状态。

有益效果：

1、本发明通过收放系统对位于尾部壳体内的点声源进行布放或回收，从而使得点声源沿舰船长度方向的布设长度发生变化，因此可以模拟不同纵向长度特征的舰船声场，且操作方便，使用灵活。

2、通过采用主动声模拟段能够接收主动声引信信号并重构该信号，通过独立的发射单元将重构信号发射出去，其发射强度可控，可以实现不同舰船目标强度和不同舰船速度的模拟。

3、通过纵向不同位置分布的发声单元模拟出舰船辐射声场特征，通过主动声源模块模拟出舰船回波声场特征，两者组合可实现扫除具有主动声引信的新型水雷的功能。

4、通过采用三种发声单元组合，按照空间位置分别模拟辅机噪声、主机噪声和推进器噪声，提高了舰船声场体积目标模拟精度。

5、航行体的壳体采用分段化设计，可以通过增减中间筒体个数的方式实现模拟舰船主辅机纵向距离的变化，从而模拟出不同纵向尺度舰船声场。

6、航行体的壳体采用平头设计，加大了航行体前端重量，增强了航行体的拖曳稳定性。

7、通过将主机声模拟单元即低频发声器采用对称布置形式，降低了航行体的辐射声负载，改善了航行体力学性能。

附图说明

图1为本发明提供的舰船纵向尺度声场模拟系统组成框图。

图2为本发明提供的一种舰船纵向尺度声场模拟系统结构总体布置示意图。

其中，1-中频发声器，2-辐射声控制模块，3-定深翼板，4-主动声信号处理模块，5-声信标，6-低频发声器，7-尾翼板，8-水下绞车，9-阻力帽，10-高频发声器，11-导缆装置，12-气囊，13-透声罩，14-收发一体换能器，15-功放模块，16-电源模块，17-壳体结构。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种舰船纵向尺度声场模拟系统，其基本思想是：通过在模拟系统中舰船长度方向上，设置多个分散的、具有不同频谱特征的点声源，构成舰船纵向声场特征；通过将模拟系统的壳体设计为分段结构，既可以通过增加或减少标准段体来改变各个点声源之间的实际距离，也可以通过设置于尾部的活动连接装置，灵活的改变布设于尾部点声源与其他点声源的距离，从而改变模拟系统的尺寸，达到模拟具有不同纵向尺度舰船的目的；此外，通过增加主动声模拟段，能够接收主动声引信信号并重构该信号，再通过独立的发射单元将重构信号发射出去，可以实现不同舰船目标强度和不同舰船速度的模拟，从而克服水雷的主动声引信。

本发明提供的一种舰船纵向尺度声场模拟系统主要包括：辐射声源分系统、主动收发声源分系统、控制分系统、收放分系统和壳体，如图1所示。

1、辐射声源分系统

辐射声源分系统，由低频发声器6、中频发声器1、高频发声器10和气囊12组成，用于辐射舰船纵向声场。舰船纵向声场特征是由舰船长度方向的多个分散的、不同频谱特征的点声源组成。各组成部分的具体情况如下：

中频发声器1用于辐射位于舰船中部的辅机噪声，其辐射面与航行体壳体结构17共形，采用功能材料驱动实现，结构中央留出足够的空隙用来走线；

低频发声器6用于辐射位于舰船中后部的主机噪声，采用电动活塞式发声器实现，对称布置在壳体两边，两个发声器反相驱动可以获得最大声辐射和最小反作用力；

高频发声器10用于辐射位于舰船尾部的螺旋桨噪声，采用压电弯张换能器实现；

气囊12通过气管与低频发声器6水密连接，用于平衡低频发声器6的水下静压，确保低频发声器6的声辐射单元工作在自由状态。

2、主动收发声源分系统

主动收发声源分系统，由收发一体换能器14、主动声信号处理模块4和声信标5组成，系统按照捕获-存储-分析-重构-转发的思路，在捕获到形式、强度以及频率未知的主动声探测信号时，对探测的脉冲参数进行实时估计，同时将预先设定的所模拟目标的多普勒频移、脉冲展宽、目标强度等参数加入主动声探测脉冲中，形成重构的回波模拟信号由收发一体换能器14发射出去，实现目标回波信号的灵活重构。各组成部分的具体情况如下：

收发一体换能器14，用于接收或转发主动声引信信号，具有宽带接收、宽带辐射的能力；主动声信号处理模块4，是主动收发声源分系统的核心，用于对收发一体换能器14接收的信号进行存储、分析与重构；声信标5，采用标准设备，其不参与主动信号模拟，主要用于航行体的水下定位。

3、控制分系统

控制分系统，由辐射声控制模块2、电源模块16和功放模块15组成，用于产生低频发声器6、中频发声器1和高频发声器10的辐射信号，同时给其他设备供电。各组成部分的具体情况如下：

辐射声控制模块2，用于生成低频发声器6、中频发声器1和高频发声器10辐射声场的辐射信号，同时还对系统的工作状态包括发射电压、姿态、深度、漏水报警等参数进行监控；

电源模块16，将舰船等平台的供电转换成各类要求的电制，用于对辐射声源分系统、主动收发声源分系统等所属的用电设备进行供电，采用集成化设计，同时在电源模块上加装散热装置，提升电源模块的使用性能和可靠性；

功放模块15，用于将辐射声控制模块2生成的辐射信号进行放大，直接驱动低频发声器6、中频发声器1和高频发声器10辐射声场，其还用于驱动收发一体换能器14辐射主动模拟声场。

4、收放分系统

收放分系统，由水下绞车8、导缆装置11和阻力帽9组成，用于布放回收高频发声器10，可调整高频发声器10的布放距离，从而模拟出不同的舰船目标尺度。根据模拟目标类型的不同，确定高频发声器10的布放距离，实施时由水下绞车释放相应长度的电缆。各组成部分的具体情况如下：

水下绞车8采用内置横排方式，高频发声器10的供电缆经过导缆装置11后均匀排放到绞车卷筒上，卷筒上最大可容纳三层缆；导缆装置11用于将电缆理顺，确保布放或回收高频发声器10时电缆整齐布放；阻力帽9位于高频发声器10后端，用于拖曳状态时确保高频发声器10能够达到设定深度，拖曳时其成展开状态，回收到航行体内时其成收缩状态。

5、壳体

壳体，由壳体结构17、透声罩13、定深翼板3和尾翼板7组成，用于提供各分系统设备的搭载空间。各组成部分的具体情况如下：

(1)、壳体结构17，呈回转体形式，总体分五段，各段连接采用标准卡箍水密连接设计。

头部自成一段，主要布置中频发声器1，采用平头形式，可以提高航行体的拖曳稳定性，由于拖曳速度不高，平头对拖曳力的影响并不大。

中部分三段，分别为仪器舱段、主动声模拟段和低频发声器段，仪器舱段主要放置辐射声控制模块2和电源模块16；主动声模拟段放置收发一体换能器14、主动声信号处理模块4、声信标5和功放模块15；低频发声器段主要放置对称布放的电动活塞发声器，即低频发声器6。

尾部自成一段，主要布置内置水下绞车8、导缆装置11、阻力帽9和高频发声器10，尾部采用内部浸水设计，水下绞车8与高频发声器10均浸泡在水中，可以使得航行体水下重心前移，便于拖曳。

(2)、透声罩13与壳体共形，减小拖曳阻力，用于减小壳体的声插入损失，保证收发一体换能器14正常工作。

(3)、定深翼板3用于将航行体定深到设定工作深度。

(4)、尾翼板7通过调整翼板攻角，保证航行体拖曳过程的稳定性。

其中，中部主动声模拟段和低频发声器段之间可根据需要插入标准中间筒体，可适当增加中频发声器1与低频发声器6的间距，实现模拟舰船主辅机纵向距离的变化。实施时，可以在头部和中部任意相连两段之间插入标准中间筒体，工程中一般在主动声模拟段和低频发声器段之间插入标准中间筒体。

根据以上实施方案的舰船纵向尺度声场模拟系统可以模拟多种尺度的舰船辐射声场特征，能够模拟不同尺度和速度的舰船回波特征，模拟精度高、可以同时对付新型水雷主动声引信和被动声引信，具有广阔的应用前景。

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 (6)

1.一种舰船纵向尺度声场模拟系统，其特征在于，包括辐射声源分系统、控制分系统、收放分系统和壳体，所述辐射声源分系统、控制分系统和收放分系统均位于壳体内；

所述辐射声源分系统包括多个具有不同频谱特征的点声源，所述点声源沿舰船长度方向分散布设，分别用于在辐射信号的驱动下模拟舰船的不同部位的噪声；其中，所述辐射声源分系统包括中频发声器(1)、低频发声器(6)和高频发声器(10)，其中，所述中频发声器(1)位于所述壳体的头部，用于辐射位于舰船中部的辅机噪声，其辐射面与壳体结构(17)共形；所述低频发声器(6)位于所述壳体的中部，用于辐射位于舰船中后部的主机噪声；所述高频发声器(10)位于所述壳体的尾部，用于辐射位于舰船尾部的螺旋桨噪声；

所述壳体为回转体形式，包括头部、中部和尾部，其中头部与中部固定连接，中部与尾部活动连接，头部、中部采用水密设计，尾部采用内部浸水设计；所述壳体采用分段结构，所述头部和尾部各成一段，所述中部分为三段，各段之间均采用卡箍水密连接；中部分三段，分别为仪器舱段、主动声模拟段和低频发声器段，其中主动声模拟段和低频发声器段之间可根据需要插入标准中间筒体，以实现模拟舰船主辅机纵向距离的变化；

所述控制分系统，用于产生所述辐射声源分系统的辐射信号；

所述收放分系统，用于布放或回收位于尾部壳体内的点声源；

所述收放分系统固定设置在所述壳体尾部，包括水下绞车(8)和导缆装置(11)，所述高频发声器(10)与电缆连接，通过对电缆的收放实现高频发声器(10)的布放与回收；根据模拟目标类型的不同，确定高频发声器的布放距离，实施时由水下绞车释放相应长度的电缆；

所述收放分系统还包括位于高频发声器(10)后端的阻力帽(9)，用于在拖曳状态时确保高频发声器(10)达到设定深度，所述阻力帽(9)拖曳时成展开状态，回收到航行体内时成收缩状态。

2.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述的模拟系统还包括主动收发声源分系统，主动收发声源分系统包括收发一体换能器(14)和主动声信号处理模块(4)；

主动声信号处理模块(4)，在捕获到未知的主动声探测信号时，对探测信号的脉冲参数进行实时估计，同时将预先设定的所模拟舰船的多普勒频移、脉冲展宽、目标强度参数加入主动声探测脉冲中，形成重构的回波模拟信号；

收发一体换能器(14)在控制分系统的驱动下，将所述回波模拟信号发射出去。

3.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述辐射声源分系统还包括气囊(12)，所述气囊设置于所述壳体的尾部，通过气管与低频发声器(6)水密连接，用于平衡低频发声器(6)的水下静压。

4.根据权利要求2所述的模拟系统，其特征在于，所述壳体的头部为平头设计。

5.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述低频发声器(6)采用对称布置的形式。

6.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述控制分系统还用于控制该模拟系统的工作状态。

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