专利名称：一种载体共振接收式水中目标检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水中目标检测技术领域，尤其涉及一种载体共振接收式水中目标检测
直O
背景技术：
由于声波在水中具有良好的传播特性，因此目前水下载体上(如潜标等)所搭载的水中目标检测装置基本是水声设备，其换能器需要安装在壳体外侧，与水介质接触并加装导流罩，然后再通过导线与安装在壳体内部的电子仪器相连。这种换能器安装方式及导线连接方式的不足之处在于对壳体的水密性能要求很高，增加了设计难度；并且换能器易被腐蚀或者海生物附着，当受外部强冲击的情况下容易损毁、性能降低甚至失效。另外，在某些情况下，可以在换能器外部安装导流罩，但是导流罩材料难以同时满足机械性能、流形设计和声学性能要求，并不便于安装。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种载体共振接收式水中目标检测装置，将水下载体作为接收的湿端部分，采用在载体内部附于壳体内壁安装加速度计的方式，通过感知载体在目标辐射噪声激励下所产生的受迫共振信号来检测目标，并解算出目标运动参数，满足水下载体在水下警戒、自身防护等方面的需求，且有效地避免了上述问题和困难。本发明的目的是通过下述技术方案实现的该装置包括本发明包括接收机、信号调理电路、信号处理器及电源管理器；其中接收机、信号调理电路相连和信号处理器依次顺序相连，电源管理器与接收机、信号调理电路、信号处理器分别相连；所述电源管理器为该装置提供稳压电源；所述接收机包括一对用以接收载体受迫振动信号的加速度计，以对向粘连的方式对称于载体轴线安装在载体的主壳体内壁上，输出两路载体受迫振动信号给信号调理电路；所述信号调理电路，将接收到的两路载体受迫振动信号叠加后进行放大并滤除高频噪声的处理，输出处理后的载体受迫振动信号s (t)给信号处理器；所述信号处理器对信号调理电路处理后的载体受迫振动信号s (t)进行解算，解算出目标的速度、正横距离和正横时刻；解算的具体方法如下步骤一将信号调理电路处理后的载体受迫振动信号s(t)，采用快速傅立叶变换 (FFT)变换到频域；步骤二 通过二分法作频域共振谱峰的选择，得到共振谱峰值P (f)及其对应频率 fp，利用fp求出共振谱峰值对应的频率方差σ)，当满足条件^7)< 且？(0 > β时，作出“检测到有目标出现”的判决，接步骤三；反之则返回步骤一直到判决为有目标出现为止；其中，α和β分别是预置的固定门限；步骤三针对当前时刻t之前的设定时间段内的载体受迫振动信号s (t)，采用短时傅立叶变换方法，滑动估计共振谱峰值的瞬时频率，每个滑动时间间隔输出一个结果，最
后得到一组实测的共振谱峰的瞬时频率的序列；步骤四将预先设定的目标速度、正横距离和正横时刻的取值范围所构成的参数先验空间，等间隔地划分成多个网格，然后以式(1)为代价函数，把每个网格所对应的一组参数(VQ、RQ、tQ)分别代入式⑴计算相应的代价函数值φ (R0, V0, t0)Φ(Α,ν0"0) =JL 广2(h。) ;(0-Ε/[1+ 你-ο Ι/(ΑΓ\ (ι)
c^+v20(t-t0)」^Ιξ+ν20( - 0)」/J Iv0, R0, t0分别对应每个网格的目标速度、正横距离和正横时刻；c为该装置所在介质中的声速；E〈〉表示将序列中的每一个元素/(ζ)代入〈〉内计算得到一系列计算结果，然后对计算结果求平均；步骤五比较各网格所对应的代价函数值，取最小值对应的一组参数作为当前时刻t的估计结果；步骤六返回步骤三，估计新时刻的共振谱峰所对应的瞬时频率，采用该新时刻的共振谱峰的瞬时频率替换共振谱峰频率序列中最早时刻的共振谱峰的瞬时频率，并
针对更新后的重复步骤四至五计算得到新时刻的参数估计结果，在循环执行步骤三
至步骤五的同时，装置一直在执行步骤二中判决是否有目标出现的步骤，并在作出“无目标出现”的判决时，退出步骤三 步骤五的循环。本发明的有益效果1.该装置将水下载体作为接收的湿端部分，采用在载体内部附于壳体内壁安装加速度计的方式，通过感知载体在目标辐射噪声激励下所产生的受迫共振信号来检测目标， 并解算出目标运动参数，满足水下载体在水下警戒、自身防护等方面的需求。2.本发明的加速度计附于壳体内壁接收而不必接触外部介质，抗冲击、耐压耐腐蚀、安装方式灵活简便。3.本发明采用低功耗、模块化设计，体积小、重量轻、能够长时间自主工作。
图1是本发明的结构示意框图。图2是加速度计的安装位置示意图。图3是载体共振接收式水中目标检测装置的信号处理流程图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
如图1所示该装置包括本发明包括接收机、信号调理电路、信号处理器及电源管理器；其中接收机、信号调理电路相连和信号处理器依次顺序相连，电源管理器与接收机、 信号调理电路、信号处理器分别相连；该装置搭载于如图2所示的载体上，所述接收机包括一对用以接收载体受迫振动信号的加速度计，以对向粘连的方式对称于载体轴线安装在载体的主壳体内壁上，输出两路载体受迫振动信号s(t)给信号调理电路；其中，两传感器安装位置之间的连线是ζ轴，载体轴线是χ轴，二者相互垂直，与y轴构成一个三维坐标系，0是原点。所述接收机的信号接收方式是以载体作为接收的湿端部分，所感知并加以利用的信号是载体在目标辐射噪声激励下所产生的受迫共振信号。所述电源管理器为该装置提供稳压电源；所述信号调理电路，将接收到的两路载体受迫振动信号叠加后进行放大并滤除高频噪声的处理，输出处理后的载体受迫振动信号s(t)给信号处理器；所述信号处理器对信号调理电路处理后的载体受迫振动信号s (t)进行解算，解算出目标的速度、正横距离和正横时刻；解算的具体方法如图3 步骤一将信号调理电路处理后的载体受迫振动信号s(t)，采用快速傅立叶变换 (FFT)变换到频域；步骤二 通过二分法作频域共振谱峰的选择，得到共振谱峰值P (f)及其对应频率 fp，利用fp求出共振谱峰值对应的频率方差σ)，当满足条件^7)< 且？(0 > β时，作出“检测到有目标出现”的判决，接步骤三；反之则返回步骤一直到判决为有目标出现为止；其中， α和β分别是预置的固定门限；步骤三针对当前时刻t之前的设定时间段内的载体受迫振动信号s(t)，采用短时傅立叶变换方法，滑动估计共振谱峰值的瞬时频率，每个滑动时间间隔输出一个结果，最
后得到一组实测的共振谱峰的瞬时频率的序列；步骤四将预先设定的目标速度、正横距离和正横时刻的取值范围所构成的参数先验空间，等间隔地划分成多个网格，然后以式(1)为代价函数，把每个网格所对应的一组参数(VQ、RQ、tQ)分别代入式⑴计算相应的代价函数值Φ (R0, v0, t0)
权利要求
1. 一种载体共振接收式水中目标检测装置，其特征在于，该装置包括本发明包括接收机、信号调理电路、信号处理器及电源管理器；其中接收机、信号调理电路相连和信号处理器依次顺序相连，电源管理器与接收机、信号调理电路、信号处理器分别相连； 所述电源管理器用于为该装置提供稳压电源；所述接收机包括一对用以接收载体受迫振动信号的加速度计，以对向粘连的方式对称于载体轴线安装在载体的主壳体内壁上，输出两路载体受迫振动信号给信号调理电路；所述信号调理电路，将接收到的两路载体受迫振动信号叠加后进行放大并滤除高频噪声的处理，输出处理后的载体受迫振动信号s (t)给信号处理器；所述信号处理器对信号调理电路处理后的载体受迫振动信号s (t)进行解算，解算出目标的速度、正横距离和正横时刻； 解算的具体方法如下步骤一将信号调理电路处理后的载体受迫振动信号S(t)，采用快速傅立叶变换 (FFT)变换到频域；步骤二 通过二分法作频域共振谱峰的选择，得到共振谱峰值P (f)及其对应频率fP， 利用fP求出共振谱峰值对应的频率方差^，当满足条件> β时，作出“检测到有目标出现”的判决，接步骤三；反之则返回步骤一直到判决为有目标出现为止；其中，α 和β分别是预置的固定门限；步骤三针对当前时刻t之前的设定时间段内的载体受迫振动信号s (t)，采用短时傅立叶变换方法，滑动估计共振谱峰值的瞬时频率，每个滑动时间间隔输出一个结果，最后得到一组实测的共振谱峰的瞬时频率的序列；步骤四将预先设定的目标速度、正横距离和正横时刻的取值范围所构成的参数先验空间，等间隔地划分成多个网格，然后以式(1)为代价函数，把每个网格所对应的一组参数 (V。、RQ、tQ)分别代入式⑴计算相应的代价函数值
全文摘要
本发明公开了一种载体共振接收式水中目标检测装置，该装置包括接收机、信号调理电路、信号处理器及电源管理器；其中接收机、信号调理电路相连和信号处理器依次顺序相连，电源管理器与接收机、信号调理电路、信号处理器分别相连；本发明采用在载体内部附于壳体内壁安装加速度计的方式，通过感知载体在目标辐射噪声激励下所产生的受迫共振信号来检测目标，并解算出目标运动参数，满足水下载体在水下警戒、自身防护等方面的需求；将加速度计附于壳体内壁接收而不必接触外部介质，抗冲击、耐压耐腐蚀、安装方式灵活简便。
文档编号G01V1/00GK102520436SQ20111036005
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者付继伟, 陈川, 高伟 申请人:中国船舶重工集团公司第七一○研究所