[發明專利]一種水下振動源探測裝置及方法

有效

• 申請號: 202011038638.6
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112147712B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 談世哲;丁峰;肖如慧
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00;G01H17/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 崔玥

本發明涉及一種水下振動源探測裝置及方法。探測裝置包括外殼、多個壓力傳感器、多個流速傳感器和內部電子艙體。其中多個壓力傳感器和多個流速傳感器布置于外殼的表面，內部電子艙體位于外殼的內部。將多個壓力傳感器和多個流速傳感器的輸出端與內部電子艙體的輸入端電連接，對采集得到的多個壓力信息和多個流速信息進行處理融合，計算得到水下振動源的位置和大小估計值。本發明提出的水下振動源探測裝置及方法，能夠有效避免水質渾濁度、聲學多徑效應和各種環境干擾噪聲對水下信息探測的干擾，實現水下振動源位置和大小的實時準確探測。

技術領域

本發明涉及電子技術領域，具體涉及一種水下振動源探測裝置及方法。

背景技術

水下目標探測技術是海洋開發和海洋權益保護的先決條件和技術保障，為了實現水下目標的探測，現有一般為水下光學探測方法和水下聲學探測方法。然而，現有的上述兩種方法存在以下缺陷：水下光學探測方法容易受到水質渾濁度的影響，無法準確獲知水下振動源的具體信息，且該方法的圖像處理過程繁瑣，限制了其在渾濁黑暗環境中的水下信息感知能力。水下聲學探測方法容易受到聲學多徑效應及各種環境干擾噪聲的影響，導致該方法也無法精確感知水下環境中的信息。

因此，現有的水下光學探測方法和水下聲學探測方法因受外部環境影響，并不能夠實現水下振動源信息的精確探測。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種水下振動源探測裝置及方法，基于勢流理論、采用容積卡爾曼濾波方法和自適應加權融合方法，將多個傳感器采集的水下壓力信息和流速信息融合，有效克服了水質渾濁度、聲學多徑效應和各種環境干擾噪聲對水下振動源探測的影響，實現了水下振動源的位置和大小估計值的準確計算。

為了解決上述問題，本發明提供了如下方案：

一種水下振動源探測裝置，包括：

外殼，起支撐作用；

所述外殼的表面布置有多個壓力傳感器和多個流速傳感器；所述壓力傳感器用于采集水下的壓力信息，所述流速傳感器用于采集水下的流速信息；

所述外殼的內部固定有一內部電子艙體；所述內部電子艙體的輸入端與多個所述壓力傳感器的輸出端和多個所述流速傳感器的輸出端電連接，用于處理融合多個所述壓力信息和多個所述流速信息；

所述內部電子艙體包括：

采集電路單元，其輸入端作為所述內部電子艙體的輸入端，與多個所述壓力傳感器的輸出端和多個所述流速傳感器的輸出端電連接；

所述采集電路單元的內部包括CPU，用于處理融合多個所述壓力信息和多個所述流速信息，得到水下振動源的位置和大小估計值；過程包括：

采用勢流理論建立壓力狀態方程、壓力觀測方程、流速狀態方程和流速觀測方程；

基于建立的壓力狀態方程和壓力觀測方程，采用容積卡爾曼濾波方法，計算得到基于壓力信息的水下振動源的位置和大小估計值；基于建立的流速狀態方程和流速觀測方程，采用容積卡爾曼濾波方法，計算得到基于流速信息的水下振動源的位置和大小估計值；

采用自適應加權融合方法，融合計算得到的基于壓力信息的水下振動源的位置和大小估計值以及基于流速信息的水下振動源的位置和大小估計值，得到最終的水下振動源的位置和大小估計值。

本發明還提供了一種水下振動源探測方法，包括：

獲取置于水下的多個壓力傳感器采集的多個壓力信息以及多個流速傳感器采集的多個流速信息；

采用勢流理論建立壓力狀態方程、壓力觀測方程、流速狀態方程和流速觀測方程；