一种水下目标监测装置

本发明属于水下声波监测，具体涉及一种水下目标监测装置。

背景技术：

1、利用声波来测量距离、检测物体或者障碍物，可以应用在地质勘探、油气勘探、水下目标探测等领域，而由于水对其他波传播的限制，在水下进行监测，至今没有比声波更有效的手段。

2、静电放电(electrostatic discharge)是具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移。静电放电可形成高电压、强电场和瞬时大电流，并伴有强电磁辐射，生成静电放电电磁脉冲，其中火花放电是带电体之间发生的、通道单一的放电，有明亮的闪光和短促的爆裂声。

3、目前，应用于水下声波监测的装置普遍采用传统的声波产生原理合成探测声波进行目标监测，即：通过电磁线圈和永磁体的相互作用带动振动元件振动产生声波，在两个或更多声波相遇时，它们会彼此相加或减去，相互影响叠加，通过声波的干涉实现声波的合成。

4、目前，尚没有研究将静电放电应用于声波探测技术领域的声波监测装置。

技术实现思路

1、本发明旨在针对背景技术中存在的技术问题，提供一种水下目标监测装置，其声波合成装置首次采用沿面静电放电的原理产生声波，进而对水中物体进行声波监测。

2、为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于沿面静电放电阵列的水下目标监测装置，包括总控制器、时序-位姿控制电路模块、声波合成装置和压电传感器；所述声波合成装置包括阵列布置的多个沿面静电放电单元构成的沿面静电放电阵列；

4、所述总控制器连接所述时序-位姿控制电路模块，所述时序-位姿控制电路模块连接所述声波合成装置合成声波探测信号；所述压电传感器连接总控制器；

5、工作时，所述总控制器发送指令到达所述时序-位姿控制电路模块，所述时序-位姿控制电路模块控制所述声波合成装置的沿面静电放电单元的位姿偏转角度和放电时序，沿面静电放电单元放电产生声波向外传播，不同沿面静电放电单元产生的声波经过传播与干涉，形成特定方向、脉宽的声波探测信号；所述声波探测信号接触到水中物体后反射回波，所述压电传感器在声波信号覆盖范围内收到回波信号并反馈信号给总控制器，所述总控制器根据反馈信号分析水中物体的方向、距离信息，发出控制指令给所述时序-位姿控制电路模块，进而实时调整合成声波探测信号的方向和脉宽，实现水下目标监测。

6、进一步地，所述时序-位姿控制电路模块并联连接多个静电放电负载分路，每个静电放电负载分路连接一个沿面静电放电单元，用于控制单个沿面静电放电单元的位姿偏转角度和放电时序。

7、更进一步地，所述静电放电负载分路具体包括：

8、高压回路：用于控制静电放电单元放电，包括高压静电电源，所述高压静电电源连接时序-位姿控制电路模块，所述时序-位姿控制电路模块并联连接储能电容和静电放电单元电路，所述静电放电单元电路路包括串联的触发放电开关和静电放电单元；

9、中压回路：用于调控静电放电单元的位姿偏转角度，包括中压电源，所述中压电源连接驱动电机，所述驱动电机驱动连接位姿调整装置，所述位姿调整装置驱动连接静电放电单元，用于控制静电放电单元是否偏转以及偏转角度大小；

10、控制回路：包括低压电源和选通电路，用于根据时序-位姿控制电路模块发出的控制指令选通连接高压回路或中压回路。

11、更进一步地，所述中压电源外加在所述时序-位姿控制电路模块上，所述低压电源嵌入安装在所述时序-位姿控制电路模块中。

12、进一步地，所述时序-位姿控制电路模块包括时序电路控制模块和位姿控制模块；

13、所述时序电路控制模块用于控制每一个静电放电负载分路的静电放电单元是否放电、何时放电；

14、所述位姿控制模块用于控制每一个静电放电单元是否偏转以及偏转角度大小。

15、进一步地，所述声波合成装置包括沿面静电放电板承载体、以及阵列设置在沿面静电放电板承载体外表面的静电放电单元；

16、所述静电放电单元包括沿面静电放电板以及金属电极；所述沿面静电放电板通过位姿调整装置连接在沿面静电放电板承载体外表面；所述金属电极设置在沿面静电放电板上，所述金属电极的两端分别固定连接所述沿面静电放电板的高压电极和地电极。

17、进一步地，还包括手动控制模式和自动控制模式两种目标监测控制模式：

18、在手动控制模式中，所述静电放电单元阵列排布，并划分为不同区域和编号，每个区域中设置有冗余阵列的静电放电单元备用，即：每个区域中存在的静电放电单元数量大于实际放电的静电放电单元数量；选择单一或多区域的不同大小的静电放电单元阵列，根据实验调制获取多种确定脉宽的声波波束；

19、所述自动控制模式用来自适应合成声波波束，同时保留冗余阵列的静电放电单元备用；先同步触发各个方向的静电放电单元，各个方向的静电放电单元放电发射均匀的声波信号，声波信号接触到水中物体后向声源装置反射回波；在声波信号覆盖范围内收到回波信号后，通过压电传感器收集水中物体的方向信息并传递给时序-位姿控制电路模块，再次通过时序-位姿控制电路模块选通面向物体方向的静电放电单元所在区域的合适大小的静电放电单元阵列，调节静电放电单元的偏转方向，触发静电放电单元重新放电发出声波信号，朝向一个或多个物体合成确定方向、合适脉宽的单一或多路窄波束，再根据反馈信号实时调整波束方向。

20、更进一步地，在手动控制模式中，操作人员根据需要手动选择声波合成方案，发出指令信号后，按设定好的阵列和偏转方向同步触发静电放电单元；

21、出现问题无法导通时，启动冗余阵列放电合成声波。

22、更进一步地，在手动控制模式中，根据实验调制确定每组阵列中静电放电单元的偏转方向、放电功率、声波增益及声波频率，进而获取多种确定方向、脉宽的声波波束。

23、进一步地，所述静电放电单元的阵列布置可以是各个方向对齐排布，也可以是错位排布。

24、与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：

25、（1）本发明提供的水下目标监测装置包括总控制器、时序-位姿控制电路模块、声波合成装置和压电传感器；所述声波合成装置包括阵列布置的多个沿面静电放电单元构成的沿面静电放电阵列，总控制器通过时序-位姿控制电路模块控制声波合成装置的沿面静电放电单元的位姿偏转角度和放电时序，进而产生声波向外传播，不同声波经过传播与干涉形成特定方向、脉宽的声波探测信号，声波探测信号接触到水中物体后反射回波，压电传感器在声波信号覆盖范围内收到回波信号并反馈信号给时序-位姿控制电路模块，所述时序-位姿控制电路模块根据反馈信号分析水中物体的方向、距离信息，实时调整合成声波探测信号的方向和脉宽，能够实现从而实现水下目标的准确、高效监测；

26、（2）本发明的装置首次提出了采用沿面静电放电原理产生声波，属于一种崭新的水下声波目标监测装置,其通过高压静电电源提供沿面静电放电所需的能量，采用电容作为高电压静电场，高压回路选通后，触发沿面静电放电板上的金属电极放电产生声波，是利用强电场导致的沿面间隙击穿电离现象，能够实现连续工作，这使得声波具有更加灵活的频谱特性，甚至可以携带信息；同时，借助时序-位姿控制电路模块对每一个静电放电单元的放电时序、位姿（朝向）单独控制，实现了放电产生的声波方向、时序可控，进而实现瞬态声波作用下的压力场的空间分布精准调控，调制出所需方向、脉宽的理想声波探测信号，且操作简便、高效，为水下目标监测带来了极大便利。