[發明專利]一種水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統

有效

• 申請號: 202011561448.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112285699B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 曾玉明;郭清水;許桐愷;楊李杰;鄧慶文;徐志偉
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72;G01S13/42;H04B13/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，包括水下設備、水下換能器、毫米波雷達和數字信號處理模塊；其中，水下設備和水下換能器位于水下，毫米波雷達和數字信號處理模塊位于水面上方，檢測目標位于水面；水下設備將信息通過水下換能器向水面發射聲波，聲波在水面激勵出微幅波振動，毫米波雷達發送電磁波并接收水面微幅波振動區域和水面檢測目標的回波，數字信號處理模塊處理毫米波雷達接收的回波；

所述毫米波雷達包含多個接收通道；對雷達回波信號進行距離維的快速傅里葉變換處理得到回波信號在不同距離元的強度和相位；在水下跨介質通信過程中，利用雷達回波中頻信號的相位信息檢測水面微幅波振動，采用高通濾波器濾除水面自然波動產生的低頻相位變化信號，并聯立多距離以及多通道的雷達回波消除水面自然波動帶來的相位干擾；在水面目標檢測跟蹤過程中，利用雷達回波中頻信號的幅度信息，采用周期檢測與路徑估計方法去除水面自然波動干擾，并聯立多通道回波信號估計目標方位，消除虛假鏡像目標。

2.如權利要求1所述水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，所述水下換能器根據水深、水面波動參數以及通信速率需求設置發射功率和調制方式；所述毫米波雷達根據水深、水面波動參數以及通信速率需求設置雷達載頻、天線參數以及脈沖波形參數；脈沖波形參數包括脈沖周期和波形帶寬。

3.如權利要求2所述水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，所述毫米波雷達采用線性調頻連續波體制；所述毫米波雷達采用恒虛警方法進行水面目標檢測跟蹤；所述調制方式包括FSK、BPSK、QPSK、16QAM和OFDM。

4.如權利要求1所述水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，所述跨介質通信包括以下子步驟：

（2.1.1）檢測水面微幅波振動區域對應的距離元，當水面微幅波振動區域在雷達垂直正下方時，回波強度恒定最強的距離元對應于水面微幅波振動區域；當水面微幅波振動區域不在雷達垂直正下方時，通過聲波頻率檢測得到微幅波振動信號所在距離元；

（2.1.2）對步驟（2.1.1）得到的水面微幅波振動區域對應的距離元回波初始相位信號，進行解纏繞處理后，得到相位信號隨時間變化的相位分布；

（2.1.3）通過高通濾波器濾除步驟（2.1.2）得到的相位分布中的水面波動信號，并聯合其它通道以及其它距離元的雷達回波信號，采用空間分集技術進一步去除水面波動帶來的干擾，提取微幅波振動信號，實現最大信噪比通信；

（2.1.4）對步驟（2.1.3）得到的微幅波振動信號進行解調，得到通信信號。

5.如權利要求4所述水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，所述空間分集技術包括選擇分集和反饋分集。

6.如權利要求1所述水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，所述目標檢測與跟蹤包括以下子步驟：

（2.2.1）根據回波信號在不同距離維的強度分布，將距離元單元根據幅度從強至弱排序，初步選擇若干個排位靠前的距離元單元作為目標的備選距離單元；

（2.2.2）對雷達各天線通道進行通道校準，保證各通道聯合估角的準確性；

（2.2.3）分別對校正后的備選距離單元進行方位估計；

（2.2.4）聯立估計的方位與距離元確定目標在水面位置。

7.如權利要求6所述水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，所述步驟（2.2.3）中方位估計采用波束形成或多重信號分類法。

8.如權利要求6所述水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，所述步驟（2.2.4）中，當水面存在較大波動時，利用水面波浪的周期性以及水面波動色散關系消除水面波動帶來的目標誤判。

9.如權利要求6所述水下跨介質通信以及水面目標檢測跟蹤的一體化系統，其特征在于，所述步驟（2.2.4）中，通過增加天線維度并聯立多通道數據排除虛假鏡像目標。