一种多频率水声信标远距离快速探测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水下声标探测技术领域，特别涉及到一种多频率水声信标远距离快速探测系统。
【背景技术】
[0002]目前获取水下信息最有效的传播载体是声波，所以使用水声信标进行水中目标的搜救与定位也越来越受到人们的关注。然而由于安装方式和安装空间有限，对于水声信标的尺寸和功耗也越来越趋于小尺寸和低功耗，这样势必会影响水声信标发射信号的功率和频率，也会影响水声信标的探测距离和探测时间。现有的用于对水声信标探测的系统多采用硬件进行信号提取，导致该探测系统只能针对一种频率信标进行探测，探测距离短且缺少灵活性，探测时间也较长，因此急需一种能够提高声信标的作用距离并且可以对多个频率水声信标进行快速探测的系统。
【发明内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种多频率水声信标远距离快速探测系统，可以对安装了多种频率水声信标的物体进行长距离快速探测，克服现有的水下信标探测系统探测距离短，固定单一水声信标频率的问题。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种多频率水声信标远距离快速探测系统，其特征在于多频率水声信标远距离快速探测系统主要由水声信标、探测杆、手轮、角度传感器、加固计算机加固箱体、加固计算机主板、信号采集处理模块、信号调理模块、接收指向性换能器构成，探测杆一端设置有手轮，另一端设置有指向换能器，探测杆手轮一侧同时设置有角度传感器，探测杆的手轮带动指向换能器转动同时通过传动机构带动角度传感器与手轮一同旋转，所述指向换能器通过连接电缆与设置在加固计算机加固箱体右侧面板上的水听器连接器连接，角度传感器通过连接电缆与设置在加固计算机加固箱体右侧面板上的角度传感器连接器连接，所述信号调理模块、信号采集处理模块、加固计算机主板设置在加固计算机加固箱体内，信号调理模块的信号输入端与水听器连接器连接，信号调理模块的信号输出端与信号采集处理模块的信号输入端相连，加固计算机主板通过CPCI总线与信号采集处理模块连接。
[0005]所述探测杆为刚性中空圆形杆。
[0006]所述探测杆上设置固定轴套，固定轴套上连接有固定底板，角度传感器安装在固定底板上，传动机构的主动齿轮设置在探测杆上，传动机构的从动齿轮设置在角度传感器轴上，传动机构的主动齿轮与从动齿轮相啮合，实现手轮与角度传感器同步转动。
[0007]所述信号采集处理模块采用DSP软件程序处理水声信号。
[0008]本实用新型的效果和益处是解决了使用一套系统即可实现对水下多种频率水声信标快速远距离探测的难题，实现对目标物体的远距离探测，为进一步精确短距离定位提供了条件。有利于第一时间对目标物体进行打捞回收，同时搜索过程节省大量人力、物力及时间，具有重大社会及经济效益。
【附图说明】
[0009]图1是系统连接示意图；
[0010]图2是探测杆的示意图；
[0011]图3是加固计算机加固箱体右侧面板示意图；
[0012]图4是DSP信号处理流程图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述:
[0014]附图1为系统的总体框图，系统包括加固计算机箱体1、加固计算机主板2、信号采集处理模块3、信号调理模块4、角度传感器连接电缆5、手轮6、角度传感器7、指向性换能器连接电缆8、探测杆9、指向性换能器10、探测射线11、水声信标12、探测点13、角度传感器防护盒14、耳机线缆15。附图2为探测杆结构示意图，包括手轮6、角度传感器主轴16、从动齿轮17、固定底板18、水密连接器19、角度传感器7、探测杆9、防护盒体20、主动齿轮21、固定轴套22、指向性换能器10。附图3为加固计算机右侧面板示意图，包括计算机电源开关23、角度传感器连接器24、水听器连接器25、耳机连接器26、USB 口连接器27，以上连接器均采用Y-27型连接器。
[0015]综合考虑探测杆加工、安装、存放、移动的方便性以及要达到一定的入水深度，探测杆9设置由5节刚性、圆形、中空探测杆组成，探测杆之间通过螺钉固定。探测杆安装好后固定在船舷一侧。指向性换能器10通过螺钉固定在第5节探测杆的底端，指向性换能器连接电缆8从5节探测杆穿过，从第I节探测杆顶部手轮6中间穿出，手轮固定在探测杆的顶端，角度传感器7安装在手轮下方的角度传感器防护盒14中，角度传感器连接电缆5 —端接入盒体底部的水密连接器19，角度传感器连接电缆5另外一端通过连接器接入到加固计算机右侧面板上的角度传感器连接器24上，通过内部走线连接到计算机主板的串口上，主机软件通过读取串口数据获得角度传感器对应的角度值。指向性换能器电缆8通过连接器接入到加固计算机右侧面板上对应的水听器连接器25上，水听器连接器通过加固计算机内部走线连接到信号调理模块4的信号输入端子上。耳机线缆15插入加固计算机右侧面板上对应的耳机连接器26、通过加固计算机内部走线连接到信号采集处理模块的DAO的输出端子上。信号调理模块4插入到加固计算机的底板插槽上，信号采集处理模块3插入到加固计算机的底板CPCI插槽上。信号调理模块4的信号输出端通过加固计算机的底板走线与信号采集处理模块3的信号输入端相连，信号采集处理模块3处理后的信号通过DAO输出到耳机连接器26上。加固计算机主板2插入到加固计算机底板对应的CPCI插槽上，主板通过CPCI总线与信号采集处理模块3通信、控制DSP程序选择与探测信标相匹配的频率、读取并显示探测结果，供操作人员观察。加固计算机主板通过并口控制信号调理模块4的增益选择。USB 口连接器27通过加固计算机内部总线连接到加固计算机主板2上。
[0016]进行探测时，将探测支架固定在探测船上，指向性换能器入水。装有水声信标的物体上发射出水声信号，水声信标设置如下参数:声源级:160dB ;信号形式:CW脉冲；频率:有4种可选；脉冲周期:5~10ms。主机软件实时采集指向性换能器接收到的水声信号，探测人员通过转动手轮6调整指向性换能器的接收角度，通过齿轮之间的咬合可以同时转动角度传感器的主轴16，当从图形上观察到指向性换能器接收到的水声信号最大或者从耳机中监听到的指向性换能器接收到的水声信号最强时，指向性换能器所对应的方位即为目标所在的方位，主机软件通过角度传感器所给出的角度获得目标所对应的方位角，主机软件根据角度传感器所给出的角度画出一条探测射线11，之后探测船移动到另外一个位置，重复以上步骤，主机软件画出另外一条探测射线11，主机软件计算两条探测射线的交点，该交点即为探测点13，也就是水声信标12所在的方位。
[0017]指向性换能器接接收水声信标发出的水声信号，并传送回加固计算机中的信号调理模块，信号调理模块包括6片LT1124芯片，I片DS1808芯片，该模块将水声信号放大，滤波，衰减，滤波，并采用程控增益的方式进行衰减倍数的设置。放大增益从50dB到IlOdB共32个档位可选，滤波的带宽从25kHz到50kHz。信号调理模块通过宽带滤波加DSP软件窄带滤波的方式可以实现对多种频率的水声信标的探测，并将探测到的水声信号进行放大，滤波，然后将水声信号传输到信号采集处理模块上，信号采集处理模块上集成了 4片TS201，4路24位A/D数据采集通道和4路16位D/A模拟输出通道，TS201上同时含有512MB的SDRAM可以对采样数据进行缓存处理，采用主机加载的方式实现对DSP程序的加载，DSP模块的处理流程包括音频监听、视频显示2个部分。通过加固计算机控制信号采集处理模块所要处理的水声信标填充频率，综合运用DSP软件进行小波包分解重构、FFT滤波、匹配滤波等弱信号提取方法实现对水声信标信号的提取，最后将提取的信号通过加固计算机探测软件读取并显示出来。DSP信号处理流程见附图4。
【主权项】
1.一种多频率水声信标远距离快速探测系统，其特征在于多频率水声信标远距离快速探测系统主要由水声信标、探测杆、手轮、角度传感器、加固计算机箱体、加固计算机主板、信号采集处理模块、信号调理模块、接收指向性换能器构成，探测杆一端设置有手轮，另一端设置有指向换能器，探测杆手轮一侧同时设置有角度传感器，探测杆的手轮带动指向换能器转动同时通过传动机构带动角度传感器与手轮一同旋转，所述指向换能器通过连接电缆与设置在加固计算机加固箱体右侧面板上的水听器连接器连接，角度传感器通过连接电缆与设置在加固计算机加固箱体右侧面板上的角度传感器连接器连接，所述信号调理模块、信号采集处理模块、加固计算机主板设置在加固计算机加固箱体内部，信号调理模块的信号输入端与水听器连接器连接，信号调理模块的信号输出端与信号采集处理模块的信号输入端相连，加固计算机主板通过CPCI总线与信号采集处理模块连接。2.根据权利要求1所述的多频率水声信标远距离快速探测系统，其特征在于所述探测杆为刚性中空圆形杆。3.根据权利要求1所述的多频率水声信标远距离快速探测系统，其特征在于在探测杆上设置固定轴套，固定轴套上连接有固定底板，角度传感器安装在固定底板上，传动机构的主动齿轮设置在探测杆上，传动机构的从动齿轮设置在角度传感器轴上，传动机构的主动齿轮与从动齿轮相啮合，实现手轮与角度传感器同步转动。4.根据权利要求1所述的多频率水声信标远距离快速探测系统，其特征在于所述信号采集处理模块采用DSP软件程序处理水声信号。
【专利摘要】本实用新型涉及一种多频率水声信标远距离快速探测统，其特征在于包括加固计算机箱体、手轮、角度传感器、加固计算机主板、信号采集处理模块、信号调理模、接收指向性换能器、探测杆、耳机、水声信标。在被测目标上面加装多种脉冲频率的水声信标，使用指向性换能器接收信号，利用角度传感器确定目标方位，在信号调理模块上，采用宽带滤波的方式实现对多种频率信标的滤波，通过主机控制DSP处理模块选择所要探测目标的频率，在DSP处理模块上，综合运用小波包分解、FFT滤波、匹配滤波方法在复杂的海洋环境噪声中提取声信标信号。其特点是：通过采用硬件宽带滤波加软件窄带滤波的方式实现对多种频率的声信标的探测，将探测距离提高了20%以上。
【IPC分类】G01S15/06
【公开号】CN204731415
【申请号】CN201520482948
【发明人】李笑媛, 周志民, 巴巍, 王彩玲, 田甜, 朱凌, 夏云龙, 刘莎
【申请人】大连测控技术研究所
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月7日