一种水下航行体拖曳缆释放长度测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种水下航行体拖曳缆释放长度测量装置，其基于水声同步测距技术，用于实时测量水下航行体的拖曳缆的释放长度，属于海洋装备领域。

背景技术：

训靶属于一种水下无人航行体，在水中兵器的试验过程中起着举足轻重的作用。训靶航行体的尺寸较小，为了更加逼真地模拟潜艇，在训靶航行体的尾部加一根很长的拖曳缆来加大模拟目标的尺寸，拖曳缆尾部是训靶测量系统和声学系统共用的水声换能器，训靶航行体尾段装有同步声信标，即可用于航行体声示位，同时作为同步测量拖曳缆释放长度的声源。为了便于运输和存放，训靶的拖曳缆都是缠绕在一个绕线盘上的，有的放置在航行体舱体内，有的放置在尾部；试验使用过程中，训靶控制系统在检测到训靶入水标志后，才将整个缠绕起来的拖曳缆释放到水中，拖曳缆受到重力和水阻力的影响，能随着训靶航行体向前航行而逐渐展开。当前技术背景下，拖曳缆是否完全展开是不能确定的，其存在没有完全展开的风险，如果拖曳缆展开不完全就会造成后续试验失败，带来较大的负面影响和巨大的经济损失。

技术实现要素：

为此本实用新型提出了一种水下航行体拖曳缆释放长度测量装置，其通过实时测量拖曳缆的展开长度，判断拖曳缆释放是否成功。

为实现上述目的，本实用新型采用了下列的设计结构以及设计方案。

一种水下航行体拖曳缆释放长度测量装置，该测量装置包括同步声信标组件(2)、水听器组件(3)、数据处理组件(1)和拖曳缆(4)，所述水听器组件(3)安装在所述拖曳缆(4)尾部末端，该水听器组件(3)占用拖曳缆(4)的四根芯线与数据处理组件(1)相连，该测量装置安装在水下航行体(100)上，所述同步声信标组件(2)和数据处理组件(1)安装在水下航行体(100)的尾段内，其中，同步声信标组件(2)安装在水下航行体(100)的尾段锥形体上，该同步声信标组件(2)和数据处理组件(1)共用一组同步信号；所述拖曳缆(4)缠绕在绕线盘上放置在水下航行体(100)舱体内或者尾部。

进一步地，所述的水听器组件(3)由水声接收换能器和数字前放水密桶组成，所述水声接收换能器接收同步信标发射的水声信号并转换为电信号；所述数字前放水密桶进行信号调理、采集、模数转换、串行数字流转换并发送给数据处理组件(1)。

进一步地，所述的水声接收换能器的敏感元件选用压电陶瓷球。

进一步地，所述的同步声信标组件(2)由同步电路、信号生成电路、功率放大电路、发射换能器组成，同步电路与信号生成电路相连，信号生成电路与功率放大电路相连，功率放大电路与发射换能器相连。

进一步地，所述的发射换能器使用压电陶瓷作为敏感元件。

进一步地，所述的发射换能器外形为水滴形。

进一步地，所述的数据处理组件(1)使用信号处理板实现，其输入包括同步秒脉冲信号和水听器组件(3)的串行数字流，输出是所解算的拖曳缆(4)的释放长度结果数据，利用通讯接口将结果发送给水下航行体控制系统。

进一步地，所述的同步信号为同步秒脉冲信号。

本实用新型的设计原理为：一种水下航行体拖曳缆释放长度测量装置，利用同步测距原理实现拖曳缆释放长度的实时测量；当航行体控制系统需要获得拖曳缆释放长度数据时，发送命令控制同步声信标组件发射同步脉冲信号，同时通知数据处理组件开始接收同步信号和拖曳缆末端水听器组件的水声数据，利用同步测距原理解算出拖曳缆释放长度，并将结果返回给航行体控制系统。

本实用新型与现有技术相比产生了如下的有益效果。

(1)本实用新型的测量装置结构简单，成本低廉，用于需要获得拖曳缆释放长度的水下航行体上，当拖曳缆开始释放后对其长度进行实时测量，测量准确性高。

(2)通过本实用新型测量装置可以判断出拖曳缆展开是否成功，若不成功通知航行体紧急停机，避免浪费后续试验的时间和浪费后续配套试验费用。

(3)本测量装置可多次重复使用，只需在训靶等水下航行体等模拟实验结束后，将其完整拆卸保存，等到下次使用的时候，又将其设置在训靶等水下航行体上即可。

附图说明

图1是本实用新型的水下航行体拖曳缆释放长度测量装置结构示意图。

图2是本实用新型的水下航行体拖曳缆释放长度测量装置组成框图。

图3是本实用新型的同步声信标组件工作原理图。

图4是本实用新型的拖曳缆末端水听器组件工作原理图。

其中图中标记为，100-水下航行体；1-数据处理组件；2-同步声信标组件；3-水听器组件；4-拖曳缆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

如图1至图4所示，本实用新型的一种水下航行体拖曳缆释放长度测量装置，包括安装在水下航行体100尾段内的同步声信标组件2、数据处理组件1和拖曳缆4，以及安装在拖曳缆4尾部的水听器组件3，最佳的，同步声信标组件2安装在水下航行体100的尾段锥形体上。其中同步声信标组件2和数据处理组件1共用一组同步秒脉冲信号，而水听器组件3占用航行体拖曳缆4中的四芯电线，包括两芯电源线和一根带屏蔽差分数据线，同时水听器组件3与数据处理组件1相连。其中数据处理组件1使用以FPGA+DSP为核心的信号处理板实现，FPGA完成时序逻辑控制和数据输入输出接口实现，数据输入接口包括同步秒脉冲信号输入和水听器组件3的串行数字流输入，输出是与航行体控制系统的通讯接口，使用CAN或者RS-485接口将结果发送给水下航行体控制系统。

同步声信标组件2由同步电路、信号生成电路、功率放大电路、发射换能器组成，同步电路与信号生成电路相连，信号生成电路与功率放大电路相连，功率放大电路与发射换能器相连。

其中，同步电路使用高精度的微型铷原子钟SA.33M实现，其精度高达正负3E-11每秒，与GPS秒脉冲同步后能长时间保持同步。

信号生成电路使用FPGA来实现DDS任意波形发生器，产生所需制式的测距脉冲信号，以上模块FPGA与数据处理组件共用一片FPGA。

功率放大电路采用线性功放，电路形式为推挽放大电路，具有非线性失真小的优点。

发射换能器使用压电陶瓷作为敏感元件，外形设计为水滴形，减少对航行体阻力，其将功率放大器输出的电信号转换为声信号，在指定工作频点处最小声源级不小于165dB。

其中同步电路能接收外同步信号完成同步，并且利用高精度的铷原子钟保持同步，输出一路同步秒脉冲信号给数据处理组件进行同步解算；信号生成电路利用直接数字式频率合成技术实现，产生所需制式的信号，功率放大电路利用驱动器件和变压器将小信号进行功率放大，用于驱动发射换能器；发射换能器将功率放大器输出的电信号转换为水声信号，同步声信标信号即可作为水下航行体示位声源，同时可作为测量拖曳缆4释放长度的声源信号。

水听器组件3由末端水声接收换能器和数字前放水密桶组成，水声接收换能器的敏感元件选用压电陶瓷球，将水声信号转换为电信号，数字前放水密桶将接收的声信号分别经过模拟电路完成模拟滤波、放大、A/D转换后，送到FPGA芯片完成数字滤波并转换成串行数字流，最后采用高速串口收发芯片SN65HVD24作为串行收发器芯片，该芯片的性能远超过常用的RS-485收发器，为了满足TIA/EIA-485-A标准，SN65HVD24工作于扩展的共模电压之上，并且具有高ESD保护、宽接收允许迟滞和失效保护等特点，适合长缆传输以及恶劣的工作环境，满足此处使用需要。

水声接收换能器用于将同步信标的水声信号转换为电信号；数字前放水密桶完成接收信号滤波放大、采集、模数转换、串行数字流转换等，最后通过差分数据线发送给数据处理组件1。

实施例2

本实用新型的一种水下航行体拖曳缆释放长度测量装置使用前需要利用同步控制设备对其进行同步，同步完成后依靠同步电路中高精度的铷原子钟保持同步信号，输出一路同步秒脉冲信号给数据处理组件进行同步解算，开启工作时发射同步声示位信号，即可作为水下定位用的同步信标，同时可作为测量拖曳缆4释放长度的声源信号。

数据处理组件1中数字信号处理软件用于检测接收到的同步声信标信号和同步秒脉冲信号，在同步信标信号中设定门限并寻找脉冲，并计算出每个脉冲的同步时刻、精确脉冲起始时刻、脉宽、频率等特征信息，然后再根据同步信标脉冲制式的特征生成一个分类器，将找寻到的脉冲信息数据经过该分类器后便能提取出其中的测距脉冲，再通过测距脉冲信息中同步时刻和精确脉冲起始时刻计算出拖曳缆4展开长度，最后将解算的长度数据通过通讯接口发送给水下航行体100使用。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。