CN114362828B - 一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统,包括潜标子系统、异构通信子系统、岸基子系统以及布放回收子系统，潜标子系统包括支撑基座，设于支撑基座顶部的主罩，主罩内设有电源、信息采集模块、数据预处理模块以及数据分析处理模块，主罩外部设有第一数传电台；异构通信子系统包括通过智能断连部件连接支撑基座上表面的VHF信标；当对水下目标进行探测识别时，数据预处理模块对信息采集模块采集的目标信息进行预处理并传输至数据分析处理模块，VHF信标上浮至水面并通过无线电将数据分析处理模块的分析结果传输至岸基子系统。本发明是一种识别准确率高、自主能力强、数据传输效率高、可靠性高的潜标系统。
Description
技术领域
本发明主要涉及水下目标探测和识别的技术领域，具体为一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统。
背景技术
随着世界经济的快速发展，发展海洋高新技术已经成为技术研究的重要方向，水下目标探测和识别技术更是发展的重点，该技术对海洋的探究有着重要作用。
根据申请号为CN202011120544.3的专利文献所提供的一种基于声光复合的水下光通信捕获装置及方法可知，该产品包括装置本体，装置本体上设置有水声器、激光组件以及控制器，水声器和激光组件均与控制器通讯连接，激光组件用于接收外部通信装置发射的第一激光光束。该产品中的水声器用于定位外部通信装置的位置信息，控制器根据位置信息确定扫描步距角，并控制激光组件按照扫描步距角扫描，直至捕获到第一激光光束；利用水声器对外部通信装置进行声学定位，激光组件按照扫描步距角扫描，扩大发射束散角，进而有效提升了光学天线增益，减少背景光影响，提高通信质量和通信速率。
上述专利中的产品提高了通信质量和通信速率，但其探测能力和识别准确率低、自主能力弱、数据传输效率低、可靠性低。
发明内容
本发明主要提供了一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统,包括潜标子系统、异构通信子系统、岸基子系统以及布放回收子系统，所述潜标子系统包括支撑基座，设于所述支撑基座顶部的主罩、第一辅罩以及第二辅罩，所述主罩内设有电源、信息采集模块、数据预处理模块以及数据分析处理模块，所述信息采集模块电性连接数据预处理模块，所述数据预处理模块电性连接数据分析处理模块，所述主罩外部设有电性连接数据分析处理模块的第一数传电台，所述电源用于对信息采集模块、数据预处理模块、数据分析处理模块以及第一数传电台进行供电；
所述异构通信子系统包括通过智能断连部件连接支撑基座上表面的VHF信标，所述VHF信标与所述电源以及数据分析处理模块相连接，所述VHF信标通过无线电连接岸基子系统；
当对水下目标进行探测识别时，数据预处理模块对信息采集模块采集的目标信息进行预处理并传输至数据分析处理模块，数据分析处理模块对预处理数据进行分析后触发智能断连部件与VHF信标断连，以使VHF信标上浮至水面并通过无线电将数据分析处理模块的分析结果传输至岸基子系统。
优选的，所述信息采集模块包括自上而下依序设于所述主罩内的高灵敏度矢量水听器以及高灵敏度微磁传感器，以及设于所述支撑基座上的传感器组。在本优选的实施例中，通过信息采集模块便于对水下目标信息进行采集，信息采集模块中的高灵敏度矢量水听器便于感应水中目标声场信息，高灵敏度微磁传感器便于感应水中目标磁场信息，通过传感器组便于对水下环境进行信息采集。
优选的，所述传感器组包括设于所述支撑基座上表面的压力传感器、水位传感器以及温度传感器。在本优选的实施例中，通过压力传感器便于采集水压信息，通过水位传感器便于采集水位信息，通过温度传感器便于采集水温信息。
优选的，所述数据预处理模块包括设于所述主罩内的前置放大器以及滤波器。在本优选的实施例中，通过数据预处理模块便于对信息采集模块采集的信息进行预处理，数据预处理模块中通过前置放大器便于对信号进行放大，通过滤波器便于将放大后的信号进行滤波。
优选的，所述数据分析处理模块包括设于所述主罩内的数据采集器、高性能信号处理器以及存储器。在本优选的实施例中，通过数据分析处理模块便于对预处理的数据进行分析，数据分析处理模块中通过数据采集器将滤波后的信号进行AD转换，高性能信号处理器中FPGA高速采集传输，DSP高精度实时计算，ARM多传感器数据融合和记录，功能为将转换后的信号进行信号处理与分析，识别，得到水中目标的种类，位置和方位信息。
优选的，所述智能断连部件包括设于所述支撑基座上的基座罩管，设于所述基座罩管内壁底部的电磁块，底部接触电磁块的铁片，以及底部连接铁片上表面、顶部延伸至基座罩管上部的延伸管，所述延伸管顶部连接所述VHF信标底部。在本优选的实施例中，通过智能断连部件便于在接到指令后将VHF信标与支撑基座断连。
优选的，所述延伸管外壁设有浮力部件，所述浮力部件包括套设于所述延伸管外部的气囊袋。在本优选的实施例中，通过浮力部件便于VHF信标的快速上浮。
优选的，所述异构通信子系统包括设于所述第一辅罩内的水下光通信机，设于所述第二辅罩内的水下声通信机，以及运载于船体夹板控制中心中的船载光定位通信甲板单元以及船载水声定位通信甲板单元，所述水下光通信机以及水下声通信机均与电源以及数据分析处理模块相连接。在本优选的实施例中，通过水下声通信机以及船载水声定位通信甲板单元便于数据的低速远距离传输，通过水下光通信机以及船载光定位通信甲板单元便于数据的高速短距离传输。
优选的，所述岸基子系统包括无线通信模块，岸基信号处理模块、显控模块、岸基数据存储模块以及岸基数据收发模块，所述岸基信号处理模块通过无线通信模块接收VHF信标发送的信息并在分析后通过显控模块进行显示，同时分析结果存储在岸基数据存储模块。在本优选的实施例中，通过岸基子系统便于对VHF信标的信息进行接收，岸基子系统中岸基信号处理模块通过无线通信模块接收VHF信标发送的信息并在分析后通过显控模块进行显示，同时分析结果存储在岸基数据存储模块。
优选的，所述布放回收子系统包括运载于船体夹板控制中心中的水下遥控释放甲板模块、水下释放模块以及设于船体上的第二数传电台。在本优选的实施例中，通过布放回收子系统便于潜标子系统的布放与回收。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中的系统探测能力和识别准确率高、自主能力强、数据传输效率高、可靠性高；
当对水下目标进行探测识别时，数据预处理模块对信息采集模块采集的目标信息进行预处理并传输至数据分析处理模块，数据分析处理模块对预处理数据进行分析后触发智能断连部件与VHF信标断连，以使VHF信标上浮至水面并通过无线电将数据分析处理模块的分析结果传输至岸基子系统；
通过信息采集模块便于对水下目标信息进行采集，信息采集模块中的高灵敏度矢量水听器便于感应水中目标声场信息，高灵敏度微磁传感器便于感应水中目标磁场信息，通过传感器组便于对水下环境进行信息采集，通过压力传感器便于采集水压信息，通过水位传感器便于采集水位信息，通过温度传感器便于采集水温信息，通过数据预处理模块便于对信息采集模块采集的信息进行预处理，数据预处理模块中通过前置放大器便于对信号进行放大，通过滤波器便于将放大后的信号进行滤波，通过数据分析处理模块便于对预处理的数据进行分析，数据分析处理模块中通过数据采集器将滤波后的信号进行AD转换，高性能信号处理器中FPGA高速采集传输，DSP高精度实时计算，ARM多传感器数据融合和记录，功能为将转换后的信号进行信号处理与分析，识别，得到水中目标的种类，位置和方位信息，通过智能断连部件便于在接到指令后将VHF信标与支撑基座断连，通过浮力部件便于VHF信标的快速上浮，通过水下声通信机以及船载水声定位通信甲板单元便于数据的低速远距离传输，通过水下光通信机以及船载光定位通信甲板单元便于数据的高速短距离传输，通过岸基子系统便于对VHF信标的信息进行接收，岸基子系统中岸基信号处理模块通过无线通信模块接收VHF信标发送的信息并在分析后通过显控模块进行显示，同时分析结果存储在岸基数据存储模块，通过布放回收子系统便于潜标子系统的布放与回收。
以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。
附图说明
图1为本发明的整体系统结构框架图；
图2为本发明的潜标子系统结构框架图；
图3为本发明的异构通信子系统结构框架图；
图4为本发明的岸基子系统结构框架图；
图5为本发明的布放回收子系统结构框架图；
图6为本发明的潜标子系统结构轴测图；
图7为本发明的潜标子系统结构俯视图；
图8为本发明的潜标子系统结构剖视图。
附图说明：10、潜标子系统；101、支撑基座；102、主罩；103、第一辅罩；104、第二辅罩；11、电源；12、信息采集模块；121、高灵敏度矢量水听器；122、高灵敏度微磁传感器；123、传感器组；1231、压力传感器；1232、水位传感器；1233、温度传感器；13、数据预处理模块；131、前置放大器；132、滤波器；14、数据分析处理模块；141、数据采集器；142、高性能信号处理器；143、存储器；15、第一数传电台；20、异构通信子系统；21、智能断连部件；211、基座罩管；212、电磁块；213、铁片；214、延伸管；215、浮力部件；2151、气囊袋；22、VHF信标；23、水下光通信机；24、水下声通信机；25、船载光定位通信甲板单元；26、船载水声定位通信甲板单元；30、岸基子系统；31、无线通信模块；32、岸基信号处理模块；33、显控模块；34、岸基数据存储模块；35、岸基数据收发模块；40、布放回收子系统；41、水下遥控释放甲板模块；42、水下释放模块；43、第二数传电台。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请着重参照附图1、2、6、7、8所示，在本发明一优选实施例中，一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统,包括潜标子系统10、异构通信子系统20、岸基子系统30以及布放回收子系统40，所述潜标子系统10包括支撑基座101，设于所述支撑基座101顶部的主罩102、第一辅罩103以及第二辅罩104，所述主罩102内设有电源11、信息采集模块12、数据预处理模块13以及数据分析处理模块14，所述信息采集模块12电性连接数据预处理模块13，所述数据预处理模块13电性连接数据分析处理模块14，所述主罩102外部设有电性连接数据分析处理模块14的第一数传电台15，所述电源11用于对信息采集模块12、数据预处理模块13、数据分析处理模块14以及第一数传电台15进行供电；所述信息采集模块12包括自上而下依序设于所述主罩102内的高灵敏度矢量水听器121以及高灵敏度微磁传感器122，以及设于所述支撑基座101上的传感器组123，所述传感器组123包括设于所述支撑基座101上表面的压力传感器1231、水位传感器1232以及温度传感器1233，所述数据预处理模块13包括设于所述主罩102内的前置放大器131以及滤波器132，所述数据分析处理模块14包括设于所述主罩102内的数据采集器141、高性能信号处理器142以及存储器143。
需要说明的是，在本实施例中，潜标子系统10中的信息采集模块12对目标进行信息采集时，高灵敏度矢量水听器121感应水中目标声场信息，高灵敏度微磁传感器122感应水中目标磁场信息，通过传感器组123便于对水下环境进行信息采集，传感器组123中的压力传感器1231采集水压信息，水位传感器1232采集水位信息，温度传感器1233采集水温信息；
数据预处理模块13对信息采集模块12采集的信息进行预处理，数据预处理模块13中的前置放大器131对信号进行放大，滤波器132将放大后的信号进行滤波；
数据分析处理模块14对预处理后的信息进行分析，数据分析处理模块14中通过数据采集器141将滤波后的信号进行AD转换，高性能信号处理器142中FPGA高速采集传输，DSP高精度实时计算，ARM多传感器数据融合和记录，功能为将转换后的信号进行信号处理与分析，识别，得到水中目标的种类，位置和方位信息，存储器143对信息进行存储。
请着重参照附图1、2、6、8所示，在本发明另一优选实施例中，所述异构通信子系统20包括通过智能断连部件21连接支撑基座101上表面的VHF信标22，所述VHF信标22与所述电源11以及数据分析处理模块14相连接，所述VHF信标22通过无线电连接岸基子系统30；所述智能断连部件21包括设于所述支撑基座101上的基座罩管211，设于所述基座罩管211内壁底部的电磁块212，底部接触电磁块212的铁片213，以及底部连接铁片213上表面、顶部延伸至基座罩管211上部的延伸管214，所述延伸管214顶部连接所述VHF信标22底部，所述延伸管214外壁设有浮力部件215，所述浮力部件215包括套设于所述延伸管214外部的气囊袋2151。
需要说明的是，在本实施例中，当高性能信号处理器142分析出目标种类，位置和方位信息后触发智能断连部件21断连，浮力部件215带动VHF信标22上浮至水面，VHF信标22通过无线电将分析结果传输至岸基子系统30；
进一步的，断连时，电磁块212断电，此时铁片213即可与电磁块212分离，此时气囊袋2151的浮力带动VHF信标22快速上浮。
请着重参照附图1-5所示，在本发明另一优选实施例中，当对水下目标进行探测识别时，数据预处理模块13对信息采集模块12采集的目标信息进行预处理并传输至数据分析处理模块14，数据分析处理模块14对预处理数据进行分析后触发智能断连部件21与VHF信标22断连，以使VHF信标22上浮至水面并通过无线电将数据分析处理模块14的分析结果传输至岸基子系统30，所述异构通信子系统20包括设于所述第一辅罩103内的水下光通信机23，设于所述第二辅罩104内的水下声通信机24，以及运载于船体夹板控制中心中的船载光定位通信甲板单元25以及船载水声定位通信甲板单元26，所述水下光通信机23以及水下声通信机24均与电源11以及数据分析处理模块14相连接，所述岸基子系统30包括无线通信模块31，岸基信号处理模块32、显控模块33、岸基数据存储模块34以及岸基数据收发模块35，所述岸基信号处理模块32通过无线通信模块31接收VHF信标22发送的信息并在分析后通过显控模块33进行显示，同时分析结果存储在岸基数据存储模块34，所述布放回收子系统40包括运载于船体夹板控制中心中的水下遥控释放甲板模块41、水下释放模块42以及设于船体上的第二数传电台43。
需要说明的是，在本实施例中，通过岸基子系统30便于对VHF信标22发出的信息进行接收，岸基子系统30中岸基信号处理模块32通过无线通信模块31接收VHF信标22发送的信息并在分析后通过显控模块33进行显示，同时分析结果存储在岸基数据存储模块34；
进一步的，潜标子系统10布放时，船体行驶至待布放区域，船体夹板控制中心中的水下遥控释放甲板模块41对水下夹板进行控制，水下释放模块42触发释放装置进行释放，以使潜标子系统10进入水体，潜标子系统10需要回收时，第二数传电台43与第一数传电台15进行定位实现回收；
进一步的，需要高速短距离传输收集记录的原始数据时，船载光定位通信甲板单元25与水下光通信机23进行定位通信，保证数据可靠快速传输；
进一步的，需要潜标子系统10关键信息低速远距离传输，包括处理信息回传、应答释放等，确保潜标工作状态正常并可回收时，船载水声定位通信甲板单元26与水下声通信机24进行定位通信，保证数据可靠传输；
进一步的，为确保潜标子系统10工作状态正常，定期驶船到布放区域进行巡检。
本发明的具体流程如下：
高灵敏度微磁传感器122型号为“DFFG03A”，压力传感器1231型号为“DW1422”，水位传感器1232型号为“DW1112”，温度传感器1233型号为“DW1122”。
潜标子系统10中的信息采集模块12对目标进行信息采集时，高灵敏度矢量水听器121感应水中目标声场信息，高灵敏度微磁传感器122感应水中目标磁场信息，通过传感器组123便于对水下环境进行信息采集，传感器组123中的压力传感器1231采集水压信息，水位传感器1232采集水位信息，温度传感器1233采集水温信息；
数据预处理模块13对信息采集模块12采集的信息进行预处理，数据预处理模块13中的前置放大器131对信号进行放大，滤波器132将放大后的信号进行滤波；
数据分析处理模块14对预处理后的信息进行分析，数据分析处理模块14中通过数据采集器141将滤波后的信号进行AD转换，高性能信号处理器142中FPGA高速采集传输，DSP高精度实时计算，ARM多传感器数据融合和记录，功能为将转换后的信号进行信号处理与分析，识别，得到水中目标的种类，位置和方位信息，存储器143对信息进行存储；
当高性能信号处理器142分析出目标种类，位置和方位信息后触发智能断连部件21断连，浮力部件215带动VHF信标22上浮至水面，VHF信标22通过无线电将分析结果传输至岸基子系统30；
断连时，电磁块212断电，此时铁片213即可与电磁块212分离，此时气囊袋2151的浮力带动VHF信标22快速上浮；
通过岸基子系统30便于对VHF信标22发出的信息进行接收，岸基子系统30中岸基信号处理模块32通过无线通信模块31接收VHF信标22发送的信息并在分析后通过显控模块33进行显示，同时分析结果存储在岸基数据存储模块34；
潜标子系统10布放时，船体行驶至待布放区域，船体夹板控制中心中的水下遥控释放甲板模块41对水下夹板进行控制，水下释放模块42触发释放装置进行释放，以使潜标子系统10进入水体，潜标子系统10需要回收时，第二数传电台43与第一数传电台15进行定位实现回收；
需要高速短距离传输收集记录的原始数据时，船载光定位通信甲板单元25与水下光通信机23进行定位通信，保证数据可靠快速传输；
需要潜标子系统10关键信息低速远距离传输，包括处理信息回传、应答释放等，确保潜标工作状态正常并可回收时，船载水声定位通信甲板单元26与水下声通信机24进行定位通信，保证数据可靠传输；
为确保潜标子系统10工作状态正常，定期驶船到布放区域进行巡检。
上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统,包括潜标子系统(10)、异构通信子系统(20)、岸基子系统(30)以及布放回收子系统(40)，其特征在于,所述潜标子系统(10)包括支撑基座(101)，设于所述支撑基座(101)顶部的主罩(102)、第一辅罩(103)以及第二辅罩(104)，所述主罩(102)内设有电源(11)、信息采集模块(12)、数据预处理模块(13)以及数据分析处理模块(14)，所述信息采集模块(12)电性连接数据预处理模块(13)，所述数据预处理模块(13)电性连接数据分析处理模块(14)，所述主罩(102)外部设有电性连接数据分析处理模块(14)的第一数传电台(15)，所述电源(11)用于对信息采集模块(12)、数据预处理模块(13)、数据分析处理模块(14)以及第一数传电台(15)进行供电；
所述异构通信子系统(20)包括通过智能断连部件(21)连接支撑基座(101)上表面的VHF信标(22)，所述VHF信标(22)与所述电源(11)以及数据分析处理模块(14)相连接，所述VHF信标(22)通过无线电连接岸基子系统(30)；
当对水下目标进行探测识别时，数据预处理模块(13)对信息采集模块(12)采集的目标信息进行预处理并传输至数据分析处理模块(14)，数据分析处理模块(14)对预处理数据进行分析后触发智能断连部件(21)与VHF信标(22)断连，以使VHF信标(22)上浮至水面并通过无线电将数据分析处理模块(14)的分析结果传输至岸基子系统(30)，所述信息采集模块(12)包括自上而下依序设于所述主罩(102)内的高灵敏度矢量水听器(121)以及高灵敏度微磁传感器(122)，以及设于所述支撑基座(101)上的传感器组(123)，所述异构通信子系统(20)包括设于所述第一辅罩(103)内的水下光通信机(23)，设于所述第二辅罩(104)内的水下声通信机(24)，以及运载于船体夹板控制中心中的船载光定位通信甲板单元(25)以及船载水声定位通信甲板单元(26)，所述水下光通信机(23)以及水下声通信机(24)均与电源(11)以及数据分析处理模块(14)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统，其特征在于，所述传感器组(123)包括设于所述支撑基座(101)上表面的压力传感器(1231)、水位传感器(1232)以及温度传感器(1233)。
3.根据权利要求1所述的一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统，其特征在于，所述数据预处理模块(13)包括设于所述主罩(102)内的前置放大器(131)以及滤波器(132)。
4.根据权利要求1所述的一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统，其特征在于，所述数据分析处理模块(14)包括设于所述主罩(102)内的数据采集器(141)、高性能信号处理器(142)以及存储器(143)。
5.根据权利要求1所述的一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统，其特征在于，所述智能断连部件(21)包括设于所述支撑基座(101)上的基座罩管(211)，设于所述基座罩管(211)内壁底部的电磁块(212)，底部接触电磁块(212)的铁片(213)，以及底部连接铁片(213)上表面、顶部延伸至基座罩管(211)上部的延伸管(214)，所述延伸管(214)顶部连接所述VHF信标(22)底部。
6.根据权利要求5所述的一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统，其特征在于，所述延伸管(214)外壁设有浮力部件(215)，所述浮力部件(215)包括套设于所述延伸管(214)外部的气囊袋(2151)。
7.根据权利要求1所述的一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统，其特征在于，所述岸基子系统(30)包括无线通信模块(31)，岸基信号处理模块(32)、显控模块(33)、岸基数据存储模块(34)以及岸基数据收发模块(35)，所述岸基信号处理模块(32)通过无线通信模块(31)接收VHF信标(22)发送的信息并在分析后通过显控模块(33)进行显示，同时分析结果存储在岸基数据存储模块(34)。
8.根据权利要求1所述的一种基于声光磁技术组合的水下目标探测和识别潜标系统，其特征在于，所述布放回收子系统(40)包括运载于船体夹板控制中心中的水下遥控释放甲板模块(41)、水下释放模块(42)以及设于船体上的第二数传电台(43)。
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