CN114455042B - 一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，所述系统包括岸上控制系统和安装在水下滑翔机上的智能探测子系统；其中，所述智能探测子系统包括水听器阵和任务计算机；所述水听器阵，用于水声信号的采集；所述任务计算机，用于对所采集的信号进行处理并进行数据传输；所述岸上控制系统，用于与所述任务计算机之间进行卫星通讯交互，以实现对所述水下滑翔机的航行控制和探测目标的二次判别；其有益效果是：通过水下滑翔机和岸上控制系统的结合，两者之间利用卫星通讯进行交互；从而克服现有技术中，因需船只等载体搭载，进而受控于载体机动性、自噪声和能耗限制的缺陷；并且工作时，人力操作极少，控制更加灵活，使其更具智能性。

Description

一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统
技术领域
本发明涉及水声探测技术领域，具体涉及一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统。
背景技术
目前，在水声目标探测领域，大多采用声纳设备进行目标探测，作为目标探测型的声纳主要分为平台声纳(安装在各类船只舰艇上的壳体声纳或拖曳声纳)、岸基声纳(埋在海底，通过长光电缆将信号传输到岸上控制)、小型成像声纳(安装在小型船只或其他平台上)等。这些声纳的现有成熟技术均需要操控员参与声纳的使用控制和探测信息的分析，其性能的好坏取决于操控员的经验水平高低。除此之外，因安装平台的噪声水平较高，导致各类声纳的探测能力无法高效发挥，从而限制了目标发现距离。因埋设的海域固定，也限制了岸基声纳的机动探测能力。同时，因为平台的待海时长、航行区域、航行耗费等方面因素的限制，导致了在感兴趣海域，很难极大程度的将声纳的能力发挥到极限，这些因素均对智能化的水声探测的研究提出了迫切性的需求。
发明内容
针对现有技术中的技术缺陷，本发明实施例在于提供了一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，以实现降低人为操作需求，且能提升其探测范围和时长的目的。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，所述系统包括岸上控制系统和安装在水下滑翔机上的智能探测子系统；其中，所述智能探测子系统包括水听器阵和任务计算机；
所述水听器阵，用于水声信号的采集；
所述任务计算机，用于对所采集的信号进行处理并进行数据传输；
所述岸上控制系统，用于与所述任务计算机之间进行卫星通讯交互，以实现对所述水下滑翔机的航行控制和探测目标的二次判别。
优选地，所述水听器阵由多个高灵敏度、大带宽、小尺寸的水听器组成，多个阵元分别部署在在水下滑翔机的首尾端和两翼。
优选地，所述任务计算机安装在所述水下滑翔机的水密舱内；所述水听器阵和任务计算机之间通过水密电缆穿舱连接。
优选地，所述水声信号包括水听器接收的海洋环境噪声信号和水听器接收的海洋非自然声信号。
优选地，所述任务计算机，用于对所采集的数据进行处理具体包括：
对接收的所述海洋环境噪声信号进行采集、分析、处理和数据记录存储，实现海洋环境噪声观测功能；
对接收的所述海洋非自然声信号进行声脉冲或异常噪声检测，当主动脉冲声信号及海洋异常噪声量级大于背景噪声量级的预设值时，则判定为声脉冲或异常噪声，接下来解算声脉冲中的属性信息，实现声脉冲及异常噪声侦察功能。
优选地，所述属性信息包括声脉冲方位、脉宽、频率、信号形式和发射周期。
优选地，所述任务计算机，还用于：
对接收的所述海洋非自然声信号通过频域宽带波束形成方法实现目标检测，以获得目标方位信息；
通过互谱算法和极大值算法，对被动探测到的感兴趣的目标进行跟踪；
通过LOFAR谱分析和DEMON谱分析对跟踪的目标进行特征提取；以及
通过LOFAR谱和DEMON谱中包含的目标具体特征信息，进行目标判别。
优选地，所述岸上控制系统还融合了外部的AIS系统，并通过综合信息的关联融合，实现对水下目标的确认。
实施本发明实施例，通过水下滑翔机和岸上控制系统的结合，两者之间利用卫星通讯的方式进行交互，以实现对所述水下滑翔机的航行控制和探测目标的二次判别；从而克服现有技术中，需要借助船只等载体进行拖曳搭载，进而受控于载体机动性、自噪声和能耗限制的缺陷，扩大了探测的范围和时长；并且工作时，人力操作极少，控制更加灵活，使其更具智能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例提供的一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统的原理示意图；
图2是本发明实施例提供的一种水下滑翔机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1、图2所示，本发明实施例提供的一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，所述系统包括岸上控制系统和安装在水下滑翔机上的智能探测子系统；其中，所述智能探测子系统包括水听器阵1和任务计算机2，所述水听器阵1安装在湿端，岸上控制系统运行在干端工作站上。
所述水听器阵1，用于水声信号的采集。
具体地，所述水声信号包括水听器接收的海洋环境噪声信号和水听器接收的海洋非自然声信号；
应用时，所述水听器阵工作频带中，宽带和窄带处理频带均可为10Hz到30kHz；本实施例以一个频带进行举例说明，但并不是对其进行限制。
本实施例中，所述水听器阵1由多个高灵敏度、大带宽、小尺寸的水听器11组成，本实施例以一个水下滑翔机，以四个水听器进行举例说明，但并不是对其进行限制，四个阵元分别部署在在水下滑翔机的首尾端和两翼。
所述任务计算机2，用于对所采集的信号进行处理并进行数据传输。
具体地，所述任务计算机安装在所述水下滑翔机的水密舱内；所述水听器阵和任务计算机之间通过水密电缆穿舱连接；其中，任务计算机是一个高密集度低功耗高性能的信息处理中心，主要实现了信号采集、信号模数转换、数据传输、数据处理、信息融合和数据记录存储等功能。
所述任务计算机，用于对所采集的数据进行处理具体包括：
根据海洋环境噪声观测的需要，对接收的所述海洋环境噪声信号进行数据采集、分析、处理和数据记录存储，实现海洋环境噪声观测功能；
根据声脉冲及异常噪声侦察的需求，对接收的所述海洋非自然声信号进行声脉冲或异常噪声检测，当主动脉冲声信号及海洋异常噪声量级大于背景噪声量级的预设值时，则判定为声脉冲或异常噪声，接下来解算声脉冲中的属性信息，实现声脉冲及异常噪声侦察功能；所述属性信息包括声脉冲方位、脉宽、频率、信号形式和发射周期；所述预设值可进行灵活调整，例如，可设定为3dB。
对接收的所述海洋非自然声信号通过频域宽带波束形成方法实现目标检测，以获得目标方位信息。
在另一实施例中，在上述方案的基础上，所述任务计算机，还用于：
通过互谱算法和极大值算法，对被动探测到的感兴趣的目标进行跟踪；
通过LOFAR谱分析和DEMON谱分析对跟踪的目标进行特征提取；以及
通过LOFAR谱和DEMON谱中包含的目标具体特征信息，进行目标判别。
所述岸上控制系统，用于与所述任务计算机之间进行卫星通讯交互，以实现对所述水下滑翔机的航行控制和探测目标的二次判别。
具体地，所述航行控制包括航线、水下航行方向、距离和深度等；所述岸上控制系统的显示界面对信息进行显示，并对接下来所述水下滑翔机的探测工作进行新的规划和控制，同时通过操控员对探测目标进行二次判别。
综上可知，上述方案的应用，可实现：
(1)海洋环境噪声观测；
(2)声脉冲及异常噪声侦察；
(3)目标探测性能；
(4)目标跟踪性能；
(5)目标特征提取；
(6)目标判别；
(7)目标二次判别。
上述实施例，通过水下滑翔机和岸上控制系统的结合，两者之间利用卫星通讯的方式进行交互，以实现对所述水下滑翔机的航行控制和探测目标的二次判别；从而克服现有技术中，需要借助船只等载体进行搭载，进而受控于载体机动性、自噪声和能耗限制的缺陷，扩大了探测的范围和时长；并且工作时，极少需要人力操作，控制更加灵活，使其更具智能性。
在另一实施例中，在上述方案的基础上，除充分运用了探测目标的时频特征外，所述岸上控制系统还融合了外部的AIS系统，并通过综合信息的关联融合，实现对水下目标的确认。
具体地，所述综合信息包括AIS系统中水面船只的时间位置信息、航行轨迹信息、航行目的信息；水下滑翔机上传的位置信息、轨迹信息、水文观测信息、环境噪声观测信息、声脉冲及异常噪声侦察结果信息、目标探测、跟踪、特征和目标判别信息等；
所述岸上控制系统将以上信息中的时间位置信息进行融合，实现相对位置感知，对轨迹信息和目标探测、跟踪、特征信息融合，实现相对水面船确认排除，对其他各类信息结合分析，实现最终的目标的二次判别。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，其特征在于，所述系统包括岸上控制系统和安装在水下滑翔机上的智能探测子系统；其中，所述智能探测子系统包括水听器阵和任务计算机；
所述水听器阵，用于水声信号的采集；所述水声信号包括水听器接收的海洋环境噪声信号和水听器接收的海洋非自然声信号；
所述任务计算机，用于对所采集的信号进行处理并进行数据传输；
所述岸上控制系统，用于与所述任务计算机之间进行卫星通讯交互，以实现对所述水下滑翔机的航行控制和探测目标的二次判别；
所述任务计算机，还用于：
对接收的所述海洋非自然声信号通过频域宽带波束形成方法实现目标检测，以获得目标方位信息；
通过互谱算法和极大值算法，对被动探测到的感兴趣的目标进行跟踪；
通过LOFAR谱分析和DEMON谱分析对跟踪的目标进行特征提取；以及
通过LOFAR谱和DEMON谱中包含的目标具体特征信息，进行目标判别。
2.如权利要求1所述的一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，其特征在于，所述水听器阵由多个高灵敏度、大带宽、小尺寸的水听器组成，多个阵元分别部署在水下滑翔机的首尾端和两翼。
3.如权利要求1所述的一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，其特征在于，所述任务计算机安装在所述水下滑翔机的水密舱内；所述水听器阵和任务计算机之间通过水密电缆穿舱连接。
4.如权利要求3所述的一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，其特征在于，所述任务计算机，用于对所采集的数据进行处理具体包括：
对接收的所述海洋环境噪声信号进行采集、分析、处理和数据记录存储，实现海洋环境噪声观测功能；
对接收的所述海洋非自然声信号进行声脉冲或异常噪声检测，当主动脉冲声信号及海洋异常噪声量级大于背景噪声量级的预设值时，则判定为声脉冲或异常噪声，接下来解算声脉冲中的属性信息，实现声脉冲及异常噪声侦察功能。
5.如权利要求4所述的一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，其特征在于，所述属性信息包括声脉冲方位、脉宽、频率、信号形式和发射周期。
6.如权利要求1至5中任一所述的一种基于水下滑翔机的智能水声探测系统，其特征在于，所述岸上控制系统还融合了外部的AIS系统，并通过综合信息的关联融合，实现对水下目标的确认。
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