CN204009067U - 一种多目标水声定位系统中的发射组件和接收组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多目标水声定位系统中的发射组件和接收组件，属于多目标水声定位系统组件。包括发射组件，将他们分别安装在多个目标上，每个声信号发射器均由信号发生器、功放和水下换能器顺序电连接，接收组件，每个声信号接收单元由水听器、低噪声滤波电路和放大电路顺序电连接组成，各个声信号接收单元应摆成线阵、或十字形阵、或面阵阵型。优点是结构新颖，接收阵列可以摆成多种的阵型，加强了定位系统的灵活性；接收端硬件电路简单，可以嵌入到便携设备中。

Description

一种多目标水声定位系统中的发射组件和接收组件

技术领域

本实用新型涉及一种多目标水声定位系统的组件，具体涉及一种多目标水声定位系统的发射组件和接收组件。

背景技术

随着人类不断的开发海洋资源和军事发展方面的需要，人们对水下载体定位技术的要求也越来越高，各个国家对水下定位技术的发展也越来越重视。当前在海洋开发、海洋工程及海防技术领域广泛使用多种定位技术来对水下目标进行定位。水下声学定位(underwater acoustic positioning)是用水声设备确定水下载体或目标方位和距离的技术，利用三个以上传声器构成的基阵接收声脉冲信号，测量到达时间或相位等信息实现定位。但由于水下环境复杂，噪声干扰大，定位的精度和实时性一直是通信和信号处理界人士研究的重要课题。

目前水声定位系统主要有长基线(LongBase-Line Positioning System)、短基线(Short Base-Line Positioning System)、超短基线(Ultra Short Base-Line PositioningSystem)定位系统等。

长基线定位系统在海底较远距离按照一定的几何形状放置应答器阵，相邻的三个或者四个应答器构成一个基阵。利用声学原理解算迭代方程和解析解法得出目标的位置。该定位系统定位范围广，但近距离探测时只能估计角度信息，同时定位精度不高。短基线定位系统基线长度较短，相对位置固定，它的水听器基阵由四个成直角坐标配置的水听器组成，工作原理跟长基线定位系统相同。短基线定位系统优点是设备相对简单，但近距离探测时也只能估计角度信息，定位精度有限。超短基线定位系统的工作方式是母船的应答器发射询问信号，根据目标的应答时间测出水下目标的距离，同时利用到达各个阵元的应答信号相位差测出目标的方位，从而获得目标的位置。超短基线定位系统的设备更为简单，在其适用的场合具有很好的灵活性。主要缺点是其定位精度较低。

如今，各种定位技术飞速发展，现有的单目标定位技术已经不能满足社会的需要，可以同时实现多目标定位更能满足军事和民用领域的需求。水声定位技术作为一种实用性很强的定位技术，一直受到广泛关注。Jonathan C.Crowell在题为“水声定位系统和方法”的美国专利No.US 12/372,065中提到了给定位和保持装置设置了一个同步的时基和一个共同的声脉冲时间安排，每个站保持装置根据共同的声学脉冲调度发送的声脉冲的时间，定位装置接收由保持装置发出的脉冲，并计算本身和基于时间的声脉冲被发送的每个站保持装置和所接收到的脉冲的时间差，计算出位置信息。该方法容易受多径的影响。

曹利等人在题为“一种基于水声传感器网络的多目标数据融合方法及系统”的中国专利No.CN102833882A中提到在观测区域布放采集节点，各个采集节点观测到方位信息，通过水下网传输给主节点；主节点对方位信息进行数据融合，通过数据关联对多目标进行跟踪和定位。该方法可以实时跟踪定位目标，但存在复杂度和精度的问题。

张亮等人在题为“水下远场目标被动定位过程中的近场强干扰源抑制方法”的中国专利No.CN102809744A，这个专利中提到了近场，但只是近场提供强的干扰源，仍是远场定位，定位精度有限。

发明内容

本实用新型提供一种多目标水声定位系统中的发射组件和接收组件，以解决目前多目标水声近距离定位中定位精度低、实时性差、同时提取角度和距离信息困难及不适合嵌入到便携设备中等问题。

本实用新型采取的技术方案是：包括：

发射组件，包括多个声信号发射器，将他们分别安装在多个目标上，用于周期的发射声信号，每个声信号发射器均由信号发生器、功放和水下换能器顺序电连接，每个信号发生器均由计算机加载了相应的信号信息，每个功放在有效信号频段放大倍数稳定，每个水下换能器可以覆盖待发射信号的频段；

接收组件，包括多个声信号接收单元，用于接收处理发射组件发射的声信号。每个声信号接收单元由水听器、低噪声滤波电路和放大电路顺序电连接组成，水听器、低噪声滤波电路和放大电路要覆盖发射组件中待发射信号的频段；

各个声信号接收单元应摆成线阵、或十字形阵、或面阵阵型。

所述多目标是指跟踪目标数大于等于2。

本实用新型的优点是结构新颖，接收阵列可以摆成多种的阵型，加强了定位系统的灵活性；能将阵列信号处理领域的近场源定位算法应用到水声定位系统中，可以同时估计出角度和距离信息，使多目标的实现方面不需要采用传统的时分或频分来区分多目标，只要求发射端各个目标不相关，通过估计结果判断在哪个角度和距离处出现目标，减少了多目标实现方面硬件和软件设计方面的难度，接收端硬件电路简单，可以嵌入到便携设备中。

附图说明

图1是本实用新型的整体框图；

图1A是本实用新型的原理框图；

图1B是本实用新型接收组件阵型中均匀线阵的示意图；

图1C是本实用新型接收组件阵型中十字阵的示意图；

图1D是本实用新型接收组件阵型中面阵的示意图；

图2A是本发明的发射组件的原理框图；

图2B是本发明的接收组件的原理框图。

具体实施方式

发射组件，包括多个声信号发射器，将他们分别安装在多个目标上，用于周期的发射声信号，每个声信号发射器均由信号发生器、功放和水下换能器顺序电连接，每个信号发生器均由计算机加载了相应的信号信息，每个功放在有效信号频段放大倍数稳定，每个水下换能器可以覆盖待发射信号的频段；

接收组件，包括多个声信号接收单元，用于接收处理发射组件发射的声信号。每个声信号接收单元由水听器、低噪声滤波电路和放大电路顺序电连接组成，水听器、低噪声滤波电路和放大电路要覆盖发射组件中待发射信号的频段；

各个声信号接收单元应摆成线阵、或十字形阵、或面阵阵型。

所述多目标是指跟踪目标数大于等于2。

下面结合附图对本实用新型做进一步描述：

图1示出了本实用新型多目标水声定位系统100的整体框图，该系统包括发射组件101、接收组件102，进一步参考图1A和图1B，其中发射组件包括多个声信号发射器10101、10102、……1010N，接收组件包括多个声信号接收单元10201、10202、……1020M，参考图1B、图1C、和图1D，各个接收单元可以摆成不同的阵型，分别为线阵、十字形阵和面阵，阵元间距可以不等，优选的方案是图1B，M个接收单元位于均匀线阵上。

图2A示出了本实用新型发射组件101的原理框图，由N个声信号发射器组成，每个声信号发射器1010k表示目标k周期的发射声信号。每个声信号发射器1010k，包括电源、信号发生器、功放和水下换能器，由计算机产生待发射信号的数据文件，将相应的数据文件加载并存储到不同的信号发生器中，由信号发生器产生模拟信号，经功放将信号放大到一定的幅值以驱动水下换能器将电信号转换为声信号发射出去，这些组件是本领域人员常用的组件，因此此处不再赘述。

图2B示出了本实用新型接收组件的原理框图，由N个声信号接收单元组成，每个声信号接收单元1020k表示第k个阵元接收到声信号。每个声信号接收单元1010k，包括水听器、低噪声滤波电路和放大电路，水听器接收到微弱的声信号后送到低噪声滤波电路中，低噪声滤波电路优选的方案是带通滤波器，滤除噪声频段，保留有用信号，滤波后的信号送到放大电路中对信号进行放大，放大后幅度应该在AD采样有效电压范围内。各路水听器、低噪声滤波电路和放大电路要覆盖发射组件中待发射信号的频段，同时各路水听器、低噪声滤波电路和放大电路要完全相同，一定要具备放大倍数和频带宽度等参数的一致性，这些组件是本领域人员常用的组件，因此此处不再赘述。

Claims (2)

1.一种多目标水声定位系统中的发射组件和接收组件，其特征在于包括：

发射组件，包括多个声信号发射器，将他们分别安装在多个目标上，用于周期的发射声信号，每个声信号发射器均由信号发生器、功放和水下换能器顺序电连接，每个信号发生器均由计算机加载了相应的信号信息，每个功放在有效信号频段放大倍数稳定，每个水下换能器可以覆盖待发射信号的频段；

接收组件，包括多个声信号接收单元，用于接收处理发射组件发射的声信号，每个声信号接收单元由水听器、低噪声滤波电路和放大电路顺序电连接组成，水听器、低噪声滤波电路和放大电路要覆盖发射组件中待发射信号的频段；

各个声信号接收单元应摆成线阵、或十字形阵、或面阵阵型。

2.根据权利要求1所述的一种多目标水声定位系统中的发射组件和接收组件，其特征在于：所述多目标是指跟踪目标数大于等于2。