CN117075090A - 一种基于uuv拖曳的水下目标多物理场特征模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下设备技术领域，具体涉及一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器。包括总体拖曳结构，设置在所述总体拖曳结构内的被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信换能器、中控系统和水声通信系统，以及水面控制端；所述被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信换能器和水声通信系统分别通过水密电缆与所述中控系统连接。本发明通过对潜艇被动辐射噪声、主动回波信号、磁性特征的模拟，可比较逼真地模拟水下目标探状态。

Description

一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器

技术领域

本发明涉及水下设备技术领域，具体涉及一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器。

背景技术

拖曳体技术的研究和发展已有几十年历史，并大量用于海洋领域，搭载各种不同用途的声学仪器，应用于海洋科学调查、军事调查、目标探测、海底地形地貌调查、海洋环境调查等。现有的水下拖曳体一般由水上拖曳平台通过拖缆拖拽，水下拖曳体由拖曳平台提供拖曳力在水下进行工作。

当水下拖曳体搭载相应声学设备用于水下航行器模拟时，便构成了水下声学靶标；水下声学靶标可以对水下航行器的机动、辐射噪声、声反射、磁异常等特性进行模拟，也可以模拟失事船舶的辐射噪声、声反射、磁异常等特性，进而保障各类水面或水下平台实施搜救、军事调查等训练。

水下声学靶标可分为固定靶标、拖曳靶标，其都是通过向外辐射模拟的水下航行器辐射噪声或真实的水下航行器辐射噪声样本以及应答接收到的声脉冲信号实现对水下航行器辐射噪声与声反射特性的模拟，甚至有的模拟靶标还以直流电产生磁场的方式模拟水下航行器磁异常特性。

固定靶标具备结构简单、价格低廉等优点，但主要问题是无法满足对机动性目标声特性的模拟。拖曳靶标由多个换能器和电子组部件组成，传统方式采用拖曳于水面舰船(即拖船)尾部的线列阵以实现对水下航行器声学尺度特性的模拟，并通过拖船的机动实现拖曳靶标对水下航行器机动特性的模拟。采用拖船布放与拖曳，决定了水下靶标的工作深度范围有限，而且在拖曳过程中难以变深，导致其无法模拟大潜深水下航行器的机动以及水下航行器的变深机动。此外，由于现有的拖曳靶标基于水面船拖曳式设计，存在目标暴露的缺陷，达不到隐蔽盲对抗的效果。

发明内容

本发明提供了一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，其目的在于解决现有技术存在的隐蔽盲对抗效果差、使用受平台制约不灵活、不能够全面表征水下航行器物理特性及工作过程中无法实现工作状态转换或终止的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，包括总体拖曳结构，设置在所述总体拖曳结构内的被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信换能器、中控系统和水声通信系统，以及水面控制端；

所述被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信换能器和水声通信系统分别通过水密电缆与所述中控系统连接；

所述水面控制端通过水声通信机与所述水声通信系统连接，并对所述被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器和水声通信换能器进行控制。

进一步，所述总体拖曳结构包括固定所有部件的总体框架结构以及外部蒙皮。

进一步，所述被动辐射噪声模拟器包括被动辐射噪声模拟换能器、低频信号处理单元和低频功率放大器。

进一步，所述主动回波信号模拟器包括主动回波模拟换能器和中频功率放大器。

进一步，所述主动信号接收检测系统包括中频换能器。

进一步，所述磁信号模拟器包括偶极子模拟天线、驱动系统和供电系统。

进一步，所述中控系统包括供电电池和核心控制电路。

本发明所达到的有益效果为：

本发明可用于为海军反潜训练提供模拟目标。在硬件方面，通过总体结构设计，将被动辐射噪声模拟器、主动回波模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、中控系统、水声通信系统集成，实现一体化设计；在功能上，实现可通过水面平台、水下平台拖曳的水下目标模拟器，不受平台制约更灵活，在不需要真实潜艇的情况下，满足海军反潜训练的盲对抗需求；同时通过对潜艇被动辐射噪声、主动回波信号、磁性特征的模拟，可比较逼真地模拟水下目标探状态；可以通过实施传输控制指令对模拟器进行实时控制，有效提高训练质效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明的剖面示意图。

图3是本发明的系统构成示意图。

图4是本发明的系统工作流程图；图中，注1：等待时间由配置文件提供。

图中，1、拖曳点；2、拖体艏部；3、浮力材；4、吊挂机构；5、导流罩；6、垂直尾翼；7、拖体艉部；8、水平尾翼；9、把手；10、拖体底部玻璃钢；11、水通支架；12、水声通信换能器；13、功放舱A；14、主动回波模拟换能器；15、控制舱；16、水声通信机电子舱；17、功放舱B；18、被动辐射噪声模拟换能器。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以往水下声学靶标是基于水面船拖曳式设计，存在目标暴露的缺陷，达不到隐蔽盲对抗的效果；且拖曳式靶标设计均是基于特定拖曳平台，且需要加装固定辅助拖曳装置，使用受平台制约不灵活；以往水下靶标为单一物理场特征模拟，通常是声学特征模拟，不能够全面表征潜艇物理特性；现有水下靶标需在下水前设定工作模式，工作过程中无法实现工作状态转换或终止。

要解决上述问题，就需要设计一款可以水下拖曳的、可模拟水下目标多物理场特征的模拟器，训练过程中可实现盲对抗，同时可实现工作模式及工作状态的实时调整和控制。

本发明提供了一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，长度约为2.1m，宽约为0.5m，高约为0.5m，重量约为240kg。如图1～4所示，本发明具体包括总体拖曳结构，设置在所述总体拖曳结构内的被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信换能器12、中控系统和水声通信系统，以及水面控制端；

所述被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信换能器12和水声通信系统分别通过水密电缆与所述中控系统连接；

所述水面控制端通过水声通信机与所述水声通信系统连接，并对所述被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器和水声通信换能器12进行控制。

在本发明的实施例中，所述总体拖曳结构整体为流线型结构，所述总体拖曳结构包括固定所有部件的总体框架结构以及外部蒙皮。

所述总体框架结构前端设置有拖曳点1，顶部设置有吊挂机构4；拖曳平台通过拖缆连接所述拖曳点1或吊挂机构4，为本发明提供拖曳力；由于本发明的前端设置有拖曳点1，因此本发明可以被UUV平台拖曳，以减少传统拖曳平台尾流的影响。所述总体框架结构的顶部设置有浮力材3，所述浮力材3及本发明的浮力之和等于本发明的重力，以确保本发明可在水中悬停。所述总体框架结构的尾端附近设置有垂直尾翼6和水平尾翼8，所述垂直尾翼6和水平尾翼8可确保本发明水下航行姿态更加稳定。所述总体框架结构设置有功放舱A13、控制舱15、水声通信机电子舱16和功放舱B17，所述总体框架结构上及各舱室内可搭载各种载荷。

所述拖曳点1可以为挂钩。

所述总体框架结构的两侧设置有把手9，所述把手9的数量为四个，左右两侧分别设置有两个；所述把手9用于解决现有水下拖曳体布放及回收困难的问题。

所述外部蒙皮整体采用透声材料，具体包括设置在所述总体框架结构前端且为半球形的拖体艏部2、设置在所述总体框架结构顶部用于罩住所述主动回波模拟换能器14的导流罩5、设置在所述总体框架结构后端且为圆锥结构的拖体艉部7和设置在所述总体框架结构底部的拖体底部玻璃钢10。

在本发明的实施例中，所述被动辐射噪声模拟器包括被动辐射噪声模拟换能器18、低频信号处理单元和低频功率放大器，所述低频信号处理单元和低频功率放大器设置在所述功放舱B17内，所述低频信号处理单元通过线缆分别与所述中控系统及所述低频功率放大器连接，所述低频功率放大器通过线缆与所述被动辐射噪声模拟换能器18连接。其中，所述被动辐射噪声模拟换能器18为低频换能器；所述低频换能器、低频信号处理单元和低频功率放大器为现有技术。

在本发明的实施例中，所述主动回波信号模拟器包括主动回波模拟换能器14和中频功率放大器，所述中频功率放大器设置在所述功放舱A13中，所述中频功率放大器通过线缆分别与所述主动回波模拟换能器14及所述中控系统连接。其中，所述主动回波模拟换能器14为中频换能器；所述中频换能器和中频功率放大器为现有技术。

在本发明的实施例中，所述主动信号接收检测系统包括中频换能器。

在本发明的实施例中，所述磁信号模拟器包括偶极子模拟天线、驱动系统和供电系统，所述驱动系统分别与偶极子模拟天线、供电系统及中控系统连接，所述供电系统与下述供电电池连接；其中，所述偶极子模拟天线、驱动系统和供电系统均为现有技术。

在本发明的实施例中，所述水声通信换能器12通过水通支架11设置在总体框架结构上，所述水声通信换能器12可根据设定的作业计划发声。

在本发明的实施例中，所述中控系统包括供电电池和核心控制电路，所述供电电池和核心控制电路设置在控制舱15内，所述供电电池为本发明的各部件供电，所述核心控制电路为本发明的控制中心，控制本发明的运行；所述供电电池和核心控制电路为现有技术。

在本发明的实施例中，所述水声通信系统包括水声通信机，所述水声通信机设置在所述水声通信机电子舱16内。

在本发明的实施例中，所述水面控制端包括上位机和水声通信机。

本发明的信息流为：中控系统通过物理开关上电后，所有系统处于开机状态；由水面控制端通过水声通信机分别对被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信系统分别发送开机指令，各系统进入待机状态；再通过水面控制端将设置好的参数通过水声通信机发送给各系统，使各系统进入工作状态；其中被动辐射噪声模拟器接收到工作指令后，信号处理单元产生低频信号，将数字信号转换为模拟信号，再通过低频功率放大器进行电流放大，再由低频换能器将低频信号发射出去；主动信号回波模拟器接收到参数指令后，进入工作状态，此时主动信号接收检测系统接收到声呐主动探测信号后，模拟信号传输回中控系统，进行信号解调，提取信号特征，再由中控系统进行信号调制，经主动信号回波模拟器的功率放大后，由中频换能器发送出去；磁信号模拟器接收到工作指令后，驱动系统产生信号，在磁偶极子模拟天线上产生电流，与海水形成闭环回路，产生磁场。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，其特征在于：包括总体拖曳结构，设置在所述总体拖曳结构内的被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信换能器(12)、中控系统和水声通信系统，以及水面控制端；

所述被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器、水声通信换能器(12)和水声通信系统分别通过水密电缆与所述中控系统连接；

所述水面控制端通过水声通信机与所述水声通信系统连接，并对所述被动辐射噪声模拟器、主动回波信号模拟器、主动信号接收检测系统、磁信号模拟器和水声通信换能器(12)进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，其特征在于：所述总体拖曳结构包括固定所有部件的总体框架结构以及外部蒙皮。

3.根据权利要求1所述的一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，其特征在于：所述被动辐射噪声模拟器包括被动辐射噪声模拟换能器(18)、低频信号处理单元和低频功率放大器。

4.根据权利要求1所述的一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，其特征在于：所述主动回波信号模拟器包括主动回波模拟换能器(14)和中频功率放大器。

5.根据权利要求1所述的一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，其特征在于：所述主动信号接收检测系统包括中频换能器。

6.根据权利要求1所述的一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，其特征在于：所述磁信号模拟器包括偶极子模拟天线、驱动系统和供电系统。

7.根据权利要求1所述的一种基于UUV拖曳的水下目标多物理场特征模拟器，其特征在于：所述中控系统包括供电电池和核心控制电路。