一种半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统的制作方法

本发明涉及半实物仿真测试技术领域，具体涉及一种半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统。

背景技术：

半实物仿真技术是指在仿真实验系统的仿真回路中接入部分实物的实时仿真，实时性是进行半实物仿真的必要前提。半实物仿真同其它类型的仿真方法相比具有经济的实现更高真实度的可能性。从系统的观点来看，半实物仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把实物放在系统中进行考察，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验，是提高系统设计的可靠性和研制质量的必要手段，可广泛用于系统技术方案的修改定型、改型和出厂检验等方面。

目前长基线水声探测技术应用逐渐广泛，但是针对落点探测的应用还相对较少，在探测方案设计时大多也仅针对少数几个环境参数进行误差分析和仿真，而对探测系统自身的误差考虑较少。相应地，基于长基线技术的水声落点探测也大多通过实验的方式验证方案的可行性，这不仅消耗了大量的时间和成本，且降低了工作效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中长基线水声落点探测系统中存在时间成本消耗高和工作效率低的技术问题，提供了一种半实物仿真技术的长基线水声落点探测系统，通过系统中各传感节点的浮标子系统、水声探测模块、定位及授时模块、通信模块与仿真平台相结合，采用半实物仿真技术，无需反复海试，实现了长基线水声落点探测系统的迭代改进，减少了时间的消耗和成本的付出，达到提高工作效率以及实验可靠性的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统，所述系统包括至少4个水声传感节点，以及与每个水声传感节点通信连接的仿真平台，每个水声传感节点包括通信模块，以及通过通信模块与仿真平台连接的浮标子系统，浮标子系统内至少设有通过通信模块与仿真平台连接水声探测模块、定位模块及授时模块。水声探测模块用于处理落点水声信号，用于采集定位及授时模块、浮标子系统的浮标标体位置信息、时刻时间信息以及浮标标体姿态信息；水声探测模块接收到落点水声信号时，存储触发时刻前后各一定时间长度的落点水声信号；通信模块根据水声探测模块信息采集完成确认信号并将确认信号发送至仿真平台；仿真平台根据采集完成确认信号的先后顺序通过通信模块收集各传感节点的报文信息，报文信息包括浮标标体位置信息、时刻时间信息及浮标标体姿态信息；仿真平台根据各传感节点报文信息完成落点的探测定位。

优选地，所述水声探测模块包括：

水听器，用于将水声信号转换为电信号；

数据采集模块，用于将水声信号转换为可计算的数字信号；

数据处理及控制模块，用于进行水声信号的预处理，并与触发阈值对比以触发落点信息采集，还用于接收和处理浮标子系统与定位及授时模块的姿态信息、定位信息和授时信息；

存储模块，用于存储触发时刻前后一段时间内的水声信号；

与所述通信模块连接的串行通信接口，用于接收发送水声信号探测相关的指令和数据

其中水听器、数据采集模块、存储模块、通信模块的串行通信接口分别与数据处理及控制模块电连接。

进一步优选地，所述通信模块包括浮标端通信模块和仿真平台端通信模块，其中浮标端通信模块包括：

浮标端通信天线，用于通信信号的电磁发出和接收；

浮标端通信模块，用于落点测试系统的短报文通信处理，还用于连接水声探测模块、浮标子系统及仿真平台。

优选地还有，所述定位及授时模块包括：

定位模块，用于包括经度、纬度、方位角、速度、gps数位置信息及状态信息的信息处理；

授时模块，用于系统的授时功能及秒脉冲信号(pps信号)的输出；

定位授时通信模块，用于将定位信息及授时信息(不含pps信号)发送至所述水声处理模块。

优选地还有，所述浮标子系统包括：

浮标标体，用于装载所述水声探测模块、定位及授时模块和通信模块；

姿态探测模块，用于探测浮标标体的姿态，包括航向及俯仰信息；

偏心振子振动器，用于根据仿真平台指令实现浮标标体姿态的改变；

航标灯，用于半实物仿真实验时的航行警示；

电源模块，用于水声探测模块、定位及授时模块、航标灯与姿态探测模块的供电。

进一步优选地，所述仿真平台包括：

仿真平台端通信天线，用于通信信号的电磁发出和接收；

仿真平台端通信模块，用于各传感节点的短报文通信处理，用于连接所述各传感节点；

仿真计算机，用于进行基于长基线技术的落点定位计算；用于各传感节点浮标标体的姿态计算与处理；用于误差模型的建立，仿真及计算；用于实验环境模型的建立，仿真及计算，仿真平台端通信天线与仿真平台端通信模块分别与仿真计算机电连接。

优选地还有，所述仿真平台，根据环境模型，仿真预设实验区域的环境实验误差，并将误差参数通过通信模块发送至各传感节点。

进一步优选地，所述数据处理及控制模块，根据仿真平台计算所得误差参数，可根据需要在水声数据处理过程中施加特定的噪声载荷，数据处理及控制模块，还根据仿真平台计算所得误差模型，可根据需要在时刻信息和位置信息中施加特定的授时和定位误差，用于误差的仿真和验证分析。

进一步优选地，所述偏心振子振动器，根据仿真平台计算所得姿态误差参数，可调整浮标标体的姿态，用于姿态误差的仿真和验证分析。

进一步优选地，所述仿真平台实时监控各传感节点中子系统的状态信息，包含工作状态和工作参数，仿真平台还根据环境模型进行几何精度因子仿真，并与各节点仿真所得的定位结果进行比对，迭代改进误差参数的设置。

本发明的优点和有益效果在于：该半实物仿真技术的长基线水声落点探测系统，解决现有技术中长基线水声落点探测系统中存在时间成本消耗高和工作效率低的技术问题，提供了一种通过系统中各传感节点的浮标子系统、水声探测模块、定位及授时模块、通信模块与仿真平台相结合，采用半实物仿真技术，无需反复海试，实现了长基线水声落点探测系统的迭代改进，减少了时间的消耗和成本的付出，提高了工作效率以及实验可靠性。

附图说明

图1是本发明半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统的系统框图；

图2是本发明实施例提供的半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统传感节点的结构示意图。

图中：1、系统天线；2、通信天线；3、航标灯；4、通信模块；5、定位模块；6、数据采集模块；7、电源模块；9、通信模块；8、授时模块；10、数据处理及控制模块；11、存储模块；12、姿态探测模块；13、偏心振子振动器；14、水听器；15、浮标标体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

为解决现有技术中长基线水声落点测试系统海实验证存在时间成本消耗高和工作效率低的技术问题，本发明提供了半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统，将浮标子系统、定位及授时模块、通信模块、水声探测模块与仿真平台相结合，采用半实物仿真技术，无需海试，实现了落点探测系统的联调实验，减少了时间的消耗和成本的付出，提高了工作效率以及实验的可靠性。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

如图1所示，为本发明实施例提供的一个半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统的结构框图。本发明实施例提供的半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统包括通信模块以及通过所述通信模块连接的水声探测模块以及仿真平台，还包括与所述通信模块连接的浮标子系统和定位授时模块统；

所述水声探测模块接收到被测目标入水的落点水声信号时，对落点水声信号进行预处理，并根据所述定位及授时模块的授时信息提取落点时刻；

所述水声探测模块接收到被测目标入水的落点水声信号时，将落点水声信号存储至存储模块11；

所述水声探测模块接收到被测目标入水的信号时，发送控制指令信号及落点时刻信息至所述定位及授时模块、浮标子系统；

所述定位及授时模块和所述浮标子系统根据所述控制指令信号采集落点时刻位置信息、落点时刻时间信息及浮标标体15姿态信息；

所述水声探测模块接收到位置信息、时间信息和浮标标体15姿态信息采集完成确认信号后时，发送短报文至所述仿真平台；

所述仿真平台根据所述各传感节点短报文信息进行落点定位。

本发明实施例提供的半实物仿真技术的长基线水声落点测试系统，将浮标子系统、定位及授时模块、通信模块、水声探测模块与仿真平台相结合，采用半实物仿真技术，无需海试，实现了长基线水声落点探测系统的联调实验，减少了时间的消耗和成本的付出，提高了工作效率以及实验的可靠性。

具体地，参考附图1和附图2，本发明实施例提供的半实物仿真技术的长基线水声落点探测系统包括仿真平台、通信模块、水声探测模块、浮标子系统、定位及授时模块。其中，水声探测模块、定位及授时模块装置在浮标标体15上，并通过通信模块与仿真系统相连接。

仿真平台用于半实物仿真技术的长基线水声落点探测系统仿真、验证及分析。主要包括仿真计算机及通信模块。通信模块用于接收传感节点发送的落点短报文信息，并发送相关仿真参数与指令。仿真计算机用于根据各传感节点发送的落点短报文进行定位，并依据定位误差迭代调整各模块(授时误差、位置误差、姿态误差)误差参数，从而实现半实物仿真技术的长基线水声落点探测系统。

通信模块用于各个模块之间的通信连接。通信模块包括浮标端通信模块和仿真平台端通信模块，参考附图1和附图2，通信模块包括：通信天线2及通信模块4。数据处理及控制模块10接收来自浮标子系统、水声探测模块、定位及授时模块和浮标子系统传来的落点时刻、姿态信息、位置信息和时间信息，并将信息通过短报文的形式通过通信模块4和通信天线2发送至仿真平台。仿真平台通过通信模块将姿态误差参数、环境误差参数、定位位置误差参数及水声信号的噪声载荷等信息发送给数据处理及控制模块10。需要说明的是，按照长基线水声落点探测系统实物中，通信模块4通过数传电台及通信模块两个路径进行数据和命令通信，本实例仅采用通信模块进行数据和命令通信。

水声探测模块用于进行水声探测的相关实验。参考附图1和附图2，具体地说，水声探测模块包括：水听器14、数据处理及控制模块10、数据采集模块6及存储模块11。

水听器14用于将水声信号转换为电信号，水听器14通过水密电缆与数据采集模块6进行连接。在穿过浮标标体15时，采用水密接插件进行连接；

数据采集模块6用于水声信号的采集，一端通过水密电缆与水听器14相连接，另一端通过接线端子以并行通信的方式与数据处理及控制模块10相连接，在实物中，数据采集模块6与数据处理及控制模块10可集成在同一个电路印刷板上；在本实例中，数据采集模块6与数据处理及控制模块10采用同一系统时钟源，采用高精度和高稳定性的有源时钟；

数据处理及控制模块10用于水声信号的预处理、落点时刻的提取、落点时刻姿态信息的提取、落点时刻时间信息的提取、落点时刻位置信息的提取；水声信号的预处理主要根据仿真要求对水声信号进行噪声载荷的处理，以滤除特定频谱噪声信号或是加载特定频谱的噪声信号；落点时刻的提取采用水声信号上升沿斜率进行落点时刻判别，同时结合授时模块秒脉冲信号进行落点时刻时间信息提取，在本实例中通过系统时钟源对授时模块8秒脉冲信号进行均匀分割，以提高时间精度；时间信息、姿态信息和位置信息则是在落点时刻对以上信息进行采样获得；数据处理及控制模块10还负责对电源的监控以及与通信模块的连接。

存储模块11用于水声信号及落点时刻姿态信息、时间信息和位置信息的存储。

浮标子系统用于水声落点探测系统的载荷平台。参考附图1和附图2，具体地说，浮标子系统用于装载水声探测模块、定位及授时模块、通信模块，包括：浮标标体15、姿态探测模块12、偏心振子振动器13、航标灯3、电源模块7。

浮标标体15用于提供水声探测模块、定位及授时模块、通信模块的安装平台并给与保护。其中，定位及授时模块天线1、通信天线2均安装与浮标标体15的顶部平台，并通过水密接插件连接至浮标标体15内部的定位模块5、授时模块8和通信模块4；水听器14安装在浮标标体15的下方，并通过水密接插件将水密电缆连接至浮标标体15内部的数据采集模块6；数据采集模块6、数据处理及控制模块10、存储模块11安装在浮标标体15的内部；

偏心振子振动器13用于提供偏心力，使浮标标体15发生一定角度偏转的姿态变化，其与电源模块7安装在浮标标体15内的底部；

姿态探测模块12用于探测浮标标体15的姿态信息，其与浮标标体15进行固定连接，并在安装后对其安装坐标进行标定；

航标灯3用于在进行仿真验证实验时提供航行警示，安装在浮标标体15的外侧顶部。

定位及授时模块用于水声落点探测系统传感节点的定位及授时。参考附图1和附图2，具体地说，定位及授时模块可提供位置信息、时间信息及时间统一依据，具体包括:

定位及授时模块天线1，用于发送接收定位及授时gps信号，安装与浮标标体15顶部外侧；

定位模块5，用于传感节点浮标标体15位置信息(包括经度、纬度、方位角、速度、gps数等信息)及状态信息的信息处理；

授时模块8，用于系统的授时功能及pps信号(秒脉冲信号)的输出,数据处理及控制模块10利用系统时钟源将pps信号进行均分，得到高精度定位时钟；各传感节点利用pps信号进行时钟同源；

定位授时通信模块9，用于将定位信息及授时信息(不含pps信号)发送至水声探测模块。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。