一种基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置的制作方法

本实用新型属于水下运动小目标检测技术领域，主要是采用多基地声纳模式，使用高频声波束收发模块作为检测仪器且锚系在水道两侧，实现对水下蛙人，水下航行器等小型目标进行有效拦截报警。

背景技术：

九一一事件后，世界发生了深刻变化，以美国为代表的世界各国对防范恐怖袭击重视程度越来越大，投入的力量也越来越多。防御对空、对陆袭击方面，由于雷达技术的先进性大大提升了其防御水平。然而，海上及水下防御始终是世界各国安防的薄弱环节。1995年，斯里兰卡政府停靠在港口附近的舰艇遭受了恐怖组织所派出潜水员的自杀式袭击；2000年，一艘橡皮艇袭击了停泊在也门亚丁港的美国“科尔”号战舰，军舰被严重炸伤，17名美军伤亡，除了上述恐怖袭击外，水下战斗蛙人可装备各种现代化的高精尖装备，潜入敌方海军港口和海军军事基地进行破坏活动，完成布雷和反水雷作业，对于海军的水面舰艇、军用港口、码头，民用港口、海上钻井平台、海滨重要设施构成巨大威胁。

近年来，针对UUV，蛙人等蛙人或水下航行器，各国纷纷投入大量人力物力发展蛙人或水下航行器声学及非声学探测技术的研究，取得了一定的成果，并已拥有商业成型蛙人探测声纳产品，如英国奎奈蒂克公司的冥府看门狗360，以色列DSIT公司的DDS系列，挪威康斯伯特公司的SM2000/9000系列，国内中科院声学所的数字多波束蛙人探测声纳等。以上产品均是采用单基地高频主动蛙人探测声纳模式，不可避免存在信道复杂和背景干扰严重问题其是浅海背景干扰以混响为主，很容易发生“狼来了”的虚警现象。尽管在这些方面已有人做了部分努力，王茂盛等人的专利(申请号201010574059.3)提出采用水下声纳相机的模式，使用声透镜的光学技术，提升分辨率，陈孟君等人的专利(申请号201210364141.2)将声纳与姿态仪分离，并制造系留平台维持声纳深度，但是以上均采用收发合并的主动声纳模式，无法避免受信道复杂和背景干扰严重的问题。

多基地声纳同时具有主动和被动声纳的工作特点，探测距离明显高于同等条件下单基地声纳。而且多基地声纳通过合理安排接收机与发射机的距离，可以显著提高声纳的隐蔽性和抗背景噪声干扰能力，但是常规的多基地声纳大多采用接收机在各个不同的方位接收目标回波，存在直达波抑制问题，西北工业大学的王英明老师在《双/多基地主动声纳目标特性研究》和海军潜艇学院赵宝庆论文《双/多基地声纳技术发展综述》中都指出直达波只经历了单路传输，所以直达波很容易掩盖住目标回波，从而使双基地声纳无法实现目标定位，其持续时间和声波直接到达时间定义了等时到达椭圆，在这个椭圆内，回波将会被直达波所掩盖，无法检测，不利于蛙人或水下航行器检测。

技术实现要素：

1、实用新型目的

本实用新型提出一种基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置，采用收发分离，收发对应的模式，直接将直达波作为检测蛙人和水下航行器的媒介，避开了常规多基地声纳的缺点，提升抗背景干扰能力，装置结构简单，成本低，探测效果佳。

2、技术方案

本实用新型的蛙人和水下航行器探测装置通过承力复合缆将多个声接收模块连接成链，并利用浮球和锚座垂直固定于河床(海床)底，组成探测锚链，放置于待测水道的一侧，声发射模块通过承力复合缆与浮球和锚座相连，组成发射锚链，固定于河床(海床)底，置于所需监测水道另一侧，声发射模块与声接收模块等深设置，承力复合缆与岸基站相连以完成信号通信。

为了提高探测效果，两条锚链相互之间间隔长度不大于300米。

优选地，可根据不同水深增减声发射模块和声接收模块个数，适用于任意水道，港口，海峡等水域条件。

优选地，所述声发射模块为多个压电换能器组成的发射水听器阵列，频率范围为60～70kHz，波束开角0.5°，水平扇面120°，垂直扇面±70°，可将多波束直达波直接打到相应的声接收模块。所述声接收模块使用普通的球形水听器即可。

基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置的使用方法，步骤如下：

(1)布放前确定探测装置所用声接收模块和声发射模块个数。

具体的，根据水深，链条锚链布放的宽度和波束开角，利用勾股定理计算出需要摆放声接收模块数量，以及各个模块之间的间距。

(2)设置声接收模块和声发射模块收发程序参数，探测锚链之间通过声发射模块发射经过调制的定向范围的声波束信号，使用等深度的声接收模块实时接收声信号，在探测锚链之间构成声学栅栏；

(3)若探测锚链与发射锚链之间出现蛙人和水下航行器，导致声接收模块无法接收到设定的定向声波束信号，或信号强度低于设定阈值，且周边不应该接收到信号的声接收模块显示接收到信号，疑似目标来袭，进入步骤四。

(4)跟踪计算收发失常时间，并判断收发失常时间是否大于时间阈值，若大于，则发出预警信号。

3、技术效果

基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置结构简单，造价低，布放回收简单，受海洋背景因素影响小，不影响水上/水下通航，有效解决现有主动蛙人声纳的识别问题，可实现蛙人和水下航行器有效拦截报警。

附图说明

图1是基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置的结构示意图；

图2是基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置检测方法流程图；

图3是基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置目标实时监测图；

图中1是浮球，2是声接收模块，3是承力复合缆，4是锚座，5是声发射模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置，组成包括浮球(1)，声接收模块(2)，承力复合缆(3)，锚座(4)和声发射模块(5)，其特征是：声接收模块(2)通过承力复合缆(3)与浮球(1)和锚座(4)相连，通过锚座(4)固定于河床(海床)底，通过浮球(1)垂直立于水中，组成探测锚链，置于所需监测水道一侧，声发射模块(5)与声接收模块(2)等深设置，通过承力复合缆(3)与浮球(1)和锚座(4)相连，组成发射锚链，固定于河床(海床)底，置于所需监测水道另一侧，承力复合缆与岸基站相连。

其中承力复合缆(3)承受浮球(1)，声接收模块(2)，声发射模块(5)和锚座(4)之间的拉力，并与岸基站相连接，实现岸基站与探测装置的通信。

优选地，为了保证探测效果，探测锚链与发射锚链相互之间间隔长度不大于300米。

基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置声发射模块(5)发射声波信号为70khz的线性调频信号。所述声发射模块为多个压电换能器组成的发射水听器阵列，频率范围为60～70kHz，波束开角0.5°，水平扇面120°，垂直扇面±70°，可将多波束直达波直接打到相应的声接收模块。声接收模块使用普通的球形水听器即可。

图2是基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置的目标监测算法流程图，具体步骤包括：

步骤一：布放前确定探测装置所用声接收模块(2)和声发射模块(5)个数；具体的，根据水深，链条锚链布放的宽度和波束开角，利用勾股定理即可计算出需要摆放多少个声接收模块，各个模块之间的间距；

步骤二：设置声接收模块(2)和声发射模块(5)收发程序参数，探测锚链之间通过声发射模块(5)发射经过调制的定向范围的声波束信号，使用等深度的声接收模块(2)实时接收声信号，在探测锚链之间构成声学栅栏；

步骤三：若探测锚链与发射锚链之间出现蛙人和水下航行器，导致声接收模块无法接收到设定的定向声波束信号，或信号强度低于设定阈值，且周边不应该接收到信号的声接收模块显示接收到信号，疑似目标来袭，进入步骤四。

步骤四：跟踪计算收发失常时间，并判断收发失常时间是否大于时间阈值，若大于，则发出预警信号。

优选地，时间阈值可根据水下无人航行器或者蛙人通过声栅栏的速度设置，一般可为5-10秒。

图3是基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置实时目标监视示意图。横坐标为监测时间，纵坐标为水深深度，当声接收模块(2)接收到声发射模块(5)的定向直达声波时，通过幅值大小，确定达到声波的颜色，若有阻挡，则接收信号的幅值较弱或根本不显示接收到信号，且周边接收到其他接收模块的特定信号的声接收模块(2)也显示未接收到信号，随着时间跟踪，即在图3上显现监测结果。其中第13秒到第23秒期间，有一疑似目标穿过系统锚链声学栅栏装置之间，遮挡了声波束信号，阻断了实时通信，随着时间跟踪在实时监视图上显示目标轮廓，疑似水下AUV，启动水下蛙人或水下航行器来袭警报。

基于多基地声纳的蛙人和水下航行器探测装置可根据不同水深增减声发射模块和声接收模块个数，适于任意水道，港口，海峡等水域条件。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。