[發明專利]基于UUV平臺的低頻主動水聲探測系統及方法

在審

• 申請號: 202010965107.5
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112362153A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 羅再磊;沈同圣;劉峰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G01H3/00
• 分類號: G01H3/00;G01S19/42
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允

本發明公開了基于UUV平臺的低頻主動水聲探測系統及方法，涉及水下智能探測技術領域，能夠可滿足小尺寸UUV平臺產生低頻指向性聲源的需求，并可對水中目標進行低頻主動探測。本發明的技術方案為：拖曳陣載荷艙段通過導線固定支架連接一個細線拖曳陣。聲源載荷艙段安裝舷側參量陣換能器，舷側參量陣換能器利用兩列不同頻率的原頻信號產生差頻聲信號，進行目標探測，得到目標方位和散射強度；拖曳陣載荷艙段用于接收細線拖曳陣采集到的水聲信號，處理得到目標距離信息和目標方位信息，送入本體控制艙段。本體控制艙段設置運動控制指令對目標進行跟蹤。尾部推進模塊接收運動控制指令，驅動UUV平臺完成匹配的運動，實現對目標的跟蹤。

技術領域

本發明涉及水下智能探測技術領域，具體涉及一種基于UUV平臺的低頻主動水聲探測系統及方法。

背景技術

無人潛航器Unmanned Underwater Vehicle,UUV作為水下目標探測的重要載荷平臺，具有智能化程度高、機動性好、隱蔽性高等優點，是推動未來智能化水聲探測技術發展的關鍵。當前基于UUV平臺的聲學探測技術已經在海洋資源勘察、海岸警戒、蛙人探測和掃雷排爆等領域開展了廣泛的應用。

在水聲探測領域，降低聲納系統工作頻率有利于提升目標感知能力，依據線性聲學理論，更低的工作頻率意味著需要更大的布陣空間，而UUV本身是一種尺寸受限的水下載體平臺，因此無論是低頻聲源的發射還是采集接收，都難以在現有技術路線下利用UUV平臺開展低頻水聲探測。

參量陣是利用聲波之間的非線性作用所得的低頻、寬帶、高指向性、無旁瓣、小尺寸的換能器陣。參量陣低頻指向性聲源在剛提出時由于其低頻寬帶高指向性的優點受到關注，但又由于較低的轉換效率使其早期一直難于在實際使用中有所突破。直到上個世紀九十年代，由于電子技術、計算機技術以及換能器技術的發展，使得參量陣的轉換效率已經不再是一個主要的限制因素，參量陣設備得以發展。

拖曳陣是在拖曳于運載平臺尾部進行水下目標探測的水聽器陣列，陣列孔徑不受平臺自身尺寸限制，可以提供聲納的作用距離和水下適應性，在潛艇和艦船用聲納中已較為成熟。由于能源和搭載能力受限，常規直徑的拖曳陣列難以適用于UUV，為此需要發展陣列直徑足夠小的細線拖曳陣以減少流體阻力。

針對當前UUV平臺由于尺寸受限難以開展低頻水聲探測的難題，提出基于UUV平臺的低頻主動水聲探測系統與方法，具有重要應用價值。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于UUV平臺的低頻主動水聲探測系統及方法，能夠可滿足小尺寸UUV平臺產生低頻指向性聲源的需求，并可對水中目標進行低頻主動探測。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：基于UUV平臺的低頻主動水聲探測系統，包括UUV平臺主體由前至后順次分為首部避碰艙段、聲源載荷艙段、本體控制艙段、拖曳陣載荷艙段以及尾部推進模塊；拖曳陣載荷艙段通過導線固定支架連接一個細線拖曳陣。

聲源載荷艙段安裝舷側參量陣換能器，舷側參量陣換能器利用兩列不同頻率的原頻信號產生差頻聲信號，進行目標探測，得到目標方位和散射強度；目標在差頻聲信號的激發下，產生散射聲波。

細線拖曳陣中包含線性水聽器陣列，用于采集目標的散射聲波得到水聲信號。

拖曳陣載荷艙段用于接收細線拖曳陣采集到的水聲信號，對水聲信號進行處理，得到目標距離信息和目標方位信息，送入本體控制艙段。

本體控制艙段獲取UUV平臺的自身位置信息。

本體控制艙段根據UUV平臺的自身位置信息，目標位置信息和散射強度信息，設置運動控制方向和運動控制速度作為運動控制指令對目標進行跟蹤，發送運動控制指令。

尾部推進模塊接收運動控制指令，驅動UUV平臺完成匹配的運動，實現對目標的跟蹤。

進一步地，本體控制艙段外接水聲定位與通信信標以及北斗天線。