CN111006752A - 基于分布式光纤的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分布式光纤的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，包括依次连接的实时报警显示终端、光纤振动信号解调仪和信号采集装置。所述信号采集装置是由一条或多条振动传感光缆组成的立体光纤传感网络，通过采集潜艇发出的声音信号，经信号解调仪进行信号解调后传输至实时报警显示终端，实时显示潜艇位置、深度、航向、航速等动态信息。所述振动传感光缆为非金属振动敏感型光缆，缆芯采用凯夫拉纤维保证光缆抗拉、耐水压强度。布防时在光缆上安装多个可调节体积的空心非金属浮球，通过调节浮球中的空气体积调节浮力，使振动传感光缆可水平、垂直悬浮于不同深度的海水中。本发明应急性强，可快速布防，组网灵活，便于反复收放和重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及军事通信信息技术领域，尤其涉及一种基于分布式光纤的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统。
背景技术
光纤水听器是现代海洋声纳探测和潜艇踪迹实时监测的主要探测工具和手段，相比于压电水声检波器，光纤水听器具有诸多优势，尤其在海洋水声侦听，潜艇踪迹的实时监测潜艇信息方面，为国防做出了巨大的贡献。但光纤水听器仍然存在一定的局限性：其一，光纤水听器组网困难，若采用串联组网方式，当其中的一个水听器故障，光路中断，进而导致潜艇踪迹的实时监测和入侵预警系统失效；若采用并联组网方式，由于需要增加光缆长度和光纤芯数，进而增加了施工难度和时间。其二，组网需要大量的水听器、通信光缆以及庞大的后台解调和数据处理系统，由于水听器与光纤的接头处易损坏，导致阵列传感器器成活率低，系统维护成本很高。其三，和拖拽式阵列不同，大型水听器阵列只能在固定区域使用，由于系统庞大，结构复杂，应急性差，而且不便于回收重复使用。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种基于分布式光纤的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，以降低施工和布线难度，降低维护成本，在保证精确定位和测速的基础上，提高系统的应急性和回收利用率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于分布式光纤的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，包括：依次连接的实时报警显示终端、光纤振动信号解调仪和信号采集装置；
所述信号采集装置是由多条振动传感光缆沿水平、垂直方向敷设形成的三维立体光纤传感网络，所述光纤传感网络采集并传输潜艇发出的声音信号，经过光纤振动信号解调仪进行信号解调后传输至实时报警显示终端用以提示是否有潜艇通过，并确定潜艇的位置、深度、速度和航向。
进一步的，所述光纤传感网络通过采集经水体传播的潜艇自身或行进过程中发出的振动或声音信号经信号处理后发现潜艇踪迹。
进一步的，所述振动传感光缆为椭圆形截面的非金属光缆，包括非金属外护层和内置于所述非金属外护层中的光纤单元，所述光纤单元包括FRP加强芯和对称设置在FRP加强芯两侧的松套管，所述松套管内设有多条光纤。
进一步的，所述振动传感光缆的外护层上通过塑料卡具固定有一个或多个可调节体积的非金属浮球，通过调节非金属浮球中的空气体积调节非金属浮球的浮力，使所述振动传感光缆水平或垂直悬浮于不同深度的海水中。
进一步的，所述非金属浮球包括带有螺纹的开口的棒球型空心腔体和配套的空心螺栓，所述空心螺栓的一端设置在腔体内部，另一端设置在腔体外部，通过调节螺栓旋转进出长度，调节浮球在海水中的浮力。
进一步的，所述实时报警显示终端还包括模式识别系统，用于判断潜艇踪迹，以及识别振动传感光缆是否损坏。
进一步的，所述实时报警显示终端还包括潜艇定位系统，用于根据采集的数据信息计算潜艇经过时对应的光缆位置，进而判断潜艇的位置和深度。
进一步的，所述实时报警显示终端还包括测速系统，用于根据采集的数据信息判断潜艇的航速和航向。
进一步的，所述实时报警显示终端还包括显示终端与控制系统，用于显示潜艇在海中的动态信息，包括潜艇的三维位置、深度、航向、航速和驱动方式。
进一步的，所述实时报警显示终端还包括报警系统，用于检测振动传感光缆损坏时发出报警和定位。
有益效果
1、本发明提出的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统应急性强，其现场传感部分非金属、无源、本安，反侦测能力强，不需要考虑电气绝缘，耐海水腐蚀，抗电磁干扰，结构简单，重量轻、体积小，安全系数高，便于舰船或者直升机快速布防，并且可以灵活组网，便于反复收放和重复使用。
2、本发明提出的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统监控范围广，采用分布式立体光纤网络结构，可实现单向40Km、双向80km直线距离的平面或者立体实时监测，系统性能稳定可靠，性价比高，经济效益好。
3、本发明提出的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，可借助潜艇踪迹实时报警显示终端的智能模式识别系统判断潜艇踪迹，确定潜艇的三维动态信息，还可以识别出光缆故障，当传感光缆断裂瞬间，系统会发出报警和定位。
4、本发明提出的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其振动传感光缆为非金属结构，防腐蚀性强，耐海洋和淡水环境腐蚀，无需考虑电气绝缘。缆芯采用高杨氏模量、热膨胀系数接近负值的凯夫拉纤维保证光缆抗拉、耐水压强度。光缆上设有可通过调节空气体积来调节浮力的浮球，通过调节调节浮力，使光缆水平、垂直悬浮于不同水深。
5、本发明提出的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其振动传感光缆抗侧压强度高，可敷设于潜艇能及的水深范围，在关键的潜艇航线区域部署单根或者振动传感光缆网络，即可实现潜艇踪迹的实时监测和入侵预警。
附图说明
以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为根据本申请实施例1中提供的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统结构示意图；
图2为根据本申请实施例1中提供的振动传感光缆截面图；
图3为根据本申请实施例1中提供的浮球结构示意图；
图中，01-实时报警显示终端；02-光纤振动信号解调仪；03-信号采集装置；011-模式识别系统；012-潜艇定位系统；013-测速系统；014-显示终端与控制系统；015-报警系统；
031-非金属外护层；032-光纤1；033-松套管1；034-FRP加强芯；035-松套管2；036-光纤2；037-非金属浮球
0371-腔体；0372-螺栓
具体实施方式
以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
本实施例提供了一种潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，图1为所述潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括实时报警显示终端01、光纤振动信号解调仪02和信号采集装置03，所述实时报警显示终端01与光纤振动信号解调仪02和信号采集装置03依次连接，利用信号采集装置03采集潜艇经过时发出的声音信号，通过光纤振动信号解调仪02将采集的信号进行信号解调后传输至实时报警显示终端01，用以实时监测潜艇踪迹，并确定潜艇的位置、深度和航向。
具体的，所述实时报警显示终端01还包括模式识别系统011、潜艇定位系统012、测速系统013、显示终端与控制系统014和报警系统015。所述模式识别系统011用于判断潜艇踪迹，以及识别振动传感光缆是否损坏。所述潜艇定位系统012用于根据采集的数据信息计算潜艇经过时对应的光缆位置，进而判断潜艇的位置和深度。所述测速系统013用于根据采集的数据信息判断潜艇的航速和航向。所述显示终端与控制系统014用于显示潜艇在海中的动态信息，包括潜艇的三维位置、深度、航向、航速和驱动方式。所述报警系统015用于检测振动传感光缆损坏时发出报警和定位。
具体的，所述信号采集装置03是由多条振动传感光缆沿水平、垂直方向敷设形成的三维立体光纤传感网络，振动传感光缆是一种无源，抗电磁干扰的通信光缆，它能保证在不受外界环境影响下，仍然能采集细小的震动，振动传感光缆既可以作为传感器，又可以作为信息传输通道，采用振动传感光缆作为信号采集装置，具有抗电磁干扰能力强，结构简单，重量轻，体积小，安全系数高等优势，便于舰船和直升机快速布防。本发明的振动传感光缆优选为椭圆形截面非金属光缆，图2为本实施例中的振动传感光缆截面图所示，如图2所示，所述振动传感光缆包括振动传感光纤单元和包围在所述振动传感光纤单元外侧的非金属外护层031。所述非金属外护层031为开孔的非金属振动敏感型光缆结构，以便于振动通过海水传递到振动传感光纤单元，所述非金属外护层031具有抗拉、耐水压强度、抗侧压强度以及防腐耐磨性能，可以有效保护振动传感光纤单元不受损坏。所述光纤单元包括FRP加强芯034和对称设置在FRP加强芯两侧的松套管1033和松套管2035，其中松套管1033内设有多条光纤1032，同样的，松套管2035内设有多条光纤2036。所述振动传感光缆的非金属外护层031上通过塑料卡具固定有多个可调节体积的非金属浮球037，通过调节非金属浮球037中的空气体积可调节非金属浮球037的浮力，使所述振动传感光缆水平或垂直悬浮于不同深度的海水中。
具体的，图3为本实施例提供的浮球结构示意图，如图3所示，所述非金属浮球037包括腔体0371和螺栓0372，所述腔体0371为带有螺纹的开口的棒球型空心腔体，所述螺栓0372的中心也为配套的空心结构，所述螺栓0372的一端设置在腔体0371内部，另一端设置在腔体外部，通过调节螺栓0372旋转进出长度，可调节排开海水的体积，进而调节浮球037在海水中的浮力。
具体的，所述光纤传感网络是由多条振动传感光缆沿水平、垂直方向敷设呈现的三维立体光纤传感网络，该网络结构简单，监控范围广，将该分布式光纤传感网络部署在潜艇航线或潜艇重点潜艇踪迹的实时监测区域内，通过采集经水体传播的潜艇自身或行进过程中发出的振动或声音信号经信号处理后可以准确的确定潜艇的位置和移动的方向。另外，该光纤传感网络组网灵活，便于反复收放和重复使用，以及在关键时刻对关键位置实施快速布防，和既有的光纤水听器阵列形成战略互补。在本实施例中，所述光纤传感网络通过采集并传输潜艇发出的声音信号，经过光纤振动信号解调仪进行信号解调后传输至潜艇踪迹实时报警显示终端实时潜艇踪迹的实时监测潜艇通过情况，如有潜艇经过，则确定潜艇的位置、深度和航向，本实施例的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统可以实现单向40Km、双向80km直线距离的实时监测。
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种基于分布式光纤的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，包括：依次连接的实时报警显示终端、光纤振动信号解调仪和信号采集装置；
所述信号采集装置是由多条振动传感光缆沿水平、垂直方向敷设形成的三维立体光纤传感网络，所述光纤传感网络采集并传输潜艇发出的声音信号，经过光纤振动信号解调仪进行信号解调后传输至实时报警显示终端用以提示是否有潜艇通过，并确定潜艇的位置、深度、速度和航向。
2.根据权利要求1所述的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述光纤传感网络通过采集经水体传播的潜艇自身或行进过程中发出的振动或声音信号经信号处理后发现潜艇踪迹。
3.根据权利要求1所述的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述振动传感光缆为椭圆形截面的非金属光缆，包括非金属外护层和内置于所述非金属外护层中的光纤单元，所述光纤单元包括FRP加强芯和对称设置在FRP加强芯两侧的松套管，所述松套管内设有多条光纤。
4.根据权利要求1所述的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述振动传感光缆的外护层上通过塑料卡具固定有一个或多个可调节体积的非金属浮球，通过调节非金属浮球中的空气体积调节非金属浮球的浮力，使所述振动传感光缆水平或垂直悬浮于不同深度的海水中。
5.根据权利要求4所述的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述非金属浮球包括带有螺纹的开口的棒球型空心腔体和配套的空心螺栓，所述空心螺栓的一端设置在腔体内部，另一端设置在腔体外部，通过调节螺栓旋转进出长度，调节浮球在海水中的浮力。
6.根据权利要求1所述的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述实时报警显示终端还包括模式识别系统，用于判断潜艇踪迹，以及识别振动传感光缆是否损坏。
7.根据权利要求1所述潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述实时报警显示终端还包括潜艇定位系统，用于根据采集的数据信息计算潜艇经过时对应的光缆位置，进而判断潜艇的位置和深度。
8.根据权利要求1所述的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述实时报警显示终端还包括测速系统，用于根据采集的数据信息判断潜艇的航速和航向。
9.根据权利要求1所述的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述实时报警显示终端还包括显示终端与控制系统，用于显示潜艇在海中的动态信息，包括潜艇的三维位置、深度、航向、航速和驱动方式。
10.根据权利要求1所述的潜艇踪迹实时监测和入侵预警系统，其特征在于，所述实时报警显示终端还包括报警系统，用于检测振动传感光缆损坏时发出报警和定位。
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