飞机黑匣子定位搜寻声呐设备的制作方法

本发明属于定位搜寻声呐设备领域，具体涉及一种飞机黑匣子定位搜寻声呐设备。

背景技术：

在海上失事飞机搜寻过程中，搜寻的目标物主要包括飞机黑匣子和坠落残骸。及时、有效地利用好黑匣子声信标信号，在黑匣子声信标为期一个月的生命周期里利用专用声呐设备对黑匣子进行精确定位与搜索，是实现失事飞机水下成功搜寻的关键。而在以往发生的多起海上飞机失事事故中，总体搜寻工作效果不佳，以马航mh370飞机搜寻为例，虽经历了1046天涉及水面和水下的搜索工作，并且我国“海巡01”利用进口声呐侦听到了疑似黑匣子声信标信号、澳大利亚的“海洋之盾”号救援船也曾5次收到疑似脉冲信号，但直至黑匣子声信标电量消尽，所用搜寻设备最终均无法精确定位失事飞机黑匣子的具体位置。在随后的两年时间里，即便在南印度洋、非洲东部和南部海岸等地相继发现了mh370疑似残骸碎片，但对飞机失事地点的判定无法发挥关键作用。

综合分析，未能有效利用好海上飞机失事前期30天这一关键时间窗口期，电池可维持飞机黑匣子声信标连续工作30天，并未及时、有效地对其黑匣子声信标进行精确定位，是搜寻失败的重要原因之一。特别是在海上失事飞机搜寻工作中，相比于飞机残骸搜寻，对黑匣子声信标的探测更易于实现。从技术方面，具体暴露了搜寻装备种类少、专用性不强、功能单一、搜寻能力差、协同搜寻效果不佳等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种整体搜寻能力强、海上协同作业能力强的飞机黑匣子定位搜寻声呐设备。

一种飞机黑匣子定位搜寻声呐设备，包括搜寻声呐组合基阵、实时信息处理分系统以及搜寻声呐主控系统；搜寻声呐组合基阵安装于搜寻平台壳体外侧，侦听、侧向以及定位黑匣子声信标辐射声波信号，并将声信号转换为电信号送实时信息处理分系统；实时信息处理分系统与搜寻声呐主控系统安装于水下耐压舱中，水下耐压舱内各功能模块通过接口单元与船载测控平台或潜航器进行数据交互；搜寻声呐组合基阵包括矢量水听器和三棱锥立体阵；实时信息处理分系统包括预处理模块、信号侦听模块、侧向模块和定位模块；搜寻声呐主控系统包括航线规划单元、坐标解算单元、辅助信息解析单元、接口单元以及控制信息生成单元。

所述一种飞机黑匣子定位搜寻声呐设备，矢量水听器为工作频率为37.5khz的二维压差式矢量水听器。

所述一种飞机黑匣子定位搜寻声呐设备，三棱锥立体阵由四个工作频率为37.5khz的球形声压水听器构成。

所述一种飞机黑匣子定位搜寻声呐设备，预处理模块由四路矢量信号预处理通道和四路声压信号预处理通道构成，每个预处理通道依次由矢量/声压前放模块、矢量/声压压控增益模块、矢量/声压带通滤波模块、矢量/声压模数转换模块组成。

所述一种飞机黑匣子定位搜寻声呐设备，接口单元包括数字处理器、软件接口单元和硬件接口单元；软件接口单元包括双工通信接口1、双工通信接口2和单工通信接口1；硬件接口单元包括网口、单工串口和双工串口。

所述一种飞机黑匣子定位搜寻声呐设备，接口单元中的数字处理器采用fpga实现；软件接口单元中的双工通信接口1与控制信息生成单元连接，双工通信接口2与辅助信息解析单元连接，单工通信接口与坐标解算单元连接；硬件接口单元中的网口、单工串口以及双工串口均与本发明设备所搭载搜寻平台的相关功能模块相连接。

本发明的有益效果在于：

本发明搜寻声呐组合基阵工作频率为37.5khz，与国际标准规定的飞机黑匣子声信标工作频率相对应，专用性强；传统设备仅能侦听或侧向，不具备定位功能，而本发明声呐具备黑匣子声信标信号侦听、侧向、精确定位的功能，而且还可以为搭载平台提供航线规划、位置坐标等信息，功能丰富；在浅水水域工作时，本发明声呐设备可安装于水面舰船上工作，在对黑匣子声信标进行探测、定位的同时输出规划航线、目标位置等各种搜寻信息；其在深水水域工作时，也可安装于潜航器上，在工作范围上较传统设备有了很大的扩展，平台适应性强；传统黑匣子搜寻多在完成一种设备探测后，再改装另一种设备进行重入式探测，数据融合利用困难，探测效率低下，极易浪费宝贵的搜寻时间；而本发明声呐设备的探测、定位、搜寻工作采用一套设备完成，无需耗费宝贵的搜寻时间，各功能间协作可实现无缝作业，协同搜寻能力更强，大大提高了搜寻效率和搜寻成功率。

附图说明

图1为本发明飞机黑匣子定位搜寻声呐设备组成及各模块连接框图；

图2为预处理模块的组成框图；

图3为接口单元的组成框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明所述的飞机黑匣子定位搜寻声呐设备，它由搜寻声呐组合基阵1、实时信息处理分系统2以及搜寻声呐主控系统3组成。

搜寻声呐组合基阵1安装于搜寻平台(深水搜寻采用潜航器，浅水搜寻还可采用水面船只)壳体外侧，用于侦听、侧向以及定位黑匣子声信标辐射声波信号，并将声信号转换为电信号送实时信息处理分系统2；实时信息处理分系统2与搜寻声呐主控系统3安装于水下耐压舱15中，水下耐压舱15内各功能模块通过接口单元13与船载测控平台或潜航器进行数据交互。其中：搜寻声呐组合基阵1由矢量水听器4和三棱锥立体阵5组成；实时信息处理分系统2由预处理模块6、信号侦听模块7、侧向模块8和定位模块9组成；搜寻声呐主控系统3由航线规划单元10、坐标解算单元11、辅助信息解析单元12、接口单元13以及控制信息生成单元14组成。

矢量水听器4在搜寻前期侦听黑匣子声信标信号，用于目标检测与侧向，输出信号实时传送至实时信息处理分系统2中的预处理模块6；三棱锥立体阵5用于获取黑匣子声信标声信号，以对黑匣子进行精确定位，输出信号也实时传送至实时信息处理分系统2中的预处理模块6；预处理模块6用于对声呐组合基阵1输出的电信号进行接收、调理与模数转换，其输出数字信号同时输送至信号侦听模块7、测向模块8和定位模块9；信号侦听模块7对矢量水听器4上传数据进行检波处理，并实时将侦听结果发送至控制信息生成单元14；侧向模块8利用矢量水听器4上传数据进行实时目标方位解算，并将解算出的相对于矢量水听器4的方位角信息实时输出至航线规划单元10；定位模块9利用三棱锥立体阵5上传数据对黑匣子声信标进行定位，将实时估计的相对于三棱锥阵的目标方位角及俯仰角信息输出至坐标解算单元11。

控制信息生成单元14在侦听到黑匣子声信标信号后将侦听结果发送至航线规划单元10，同时还接收辅助信息解析单元12经接口单元13发来的距海底深度信息，同时也将生成的控制信息经接口单元13输出至船载测控平台或潜航器；航线规划单元10在接收到控制信息生成单元14发来的黑匣子声信标信号检波结果以及坐标解算单元11实时发来的坐标信息后，根据侧向模块8发送的相对于矢量水听器4的侧向信息对新航线进行规划，并实时将航线规划结果发送至控制信息生成单元14，以为潜航器或船载测控平台航行提供控制信息；坐标解算单元11根据辅助信息解析单元12发来的平台位置坐标信息和定位模块9发来的黑匣子相对于三棱锥阵的定位结果信息，解算出黑匣子相对于平台的位置信息，同时实时将解算结果发送至接口单元；所述的辅助信息解析单元12接收从接口单元13发来的信息中实时解析出平台位置信息发送至坐标解算单元11，解析出距海底的深度信息实时经接口单元13发送至控制信息生成单元14，接收控制信息生成单元14、坐标解算单元11以及辅助信息解析单元12发来的信息并将其输出至船载测控平台或潜航器。

设计矢量水听器4工作频率为37.5khz，且设计为二维压差式矢量水听器，具体将黑匣子声信标辐射声信号转换为四路电信号，并相应输出至预处理模块6的四路矢量信号预处理通道，预处理通道工作中心频率也为37.5khz；设计三棱锥立体阵5由四个工作频率为37.5khz的球形声压水听器，每个球形声压水听器具体将黑匣子声信标辐射声信号转换为电信号，并相应输出至预处理模块6的四路声压信号预处理通道，预处理通道工作中心频率也为37.5khz。

如图2所示，预处理模块6由四路矢量信号预处理通道和四路声压信号预处理通道构成，每个预处理通道依次由(矢量/声压)前放模块16、(矢量/声压)压控增益模块17、(矢量/声压)带通滤波模块18、(矢量/声压)模数转换模块19组成，并依次相连。

如图3所示，接口单元13包括数字处理器20、软件接口单元21和硬件接口单元22。软件接口单元21包括双工通信接口123、双工通信接口224和单工通信接口125；硬件接口单元22由网口26、单工串口27、双工串口28组成。接口单元13中的数字处理器20采用fpga实现。软件接口单元21中的双工通信接口123与控制信息生成单元14连接，双工通信接口223与辅助信息解析单元12连接，单工通信接口25与坐标解算单元11连接；硬件接口单元22中的网口26、单工串口27以及双工串口28均与本发明设备所搭载搜寻平台的相关功能模块相连接。

除上述实例具体实施外，凡采用同等替换或等效变型而形成的相关技术方案均落在本发明专利要求的保护范围内。