專利名稱：一種載體共振接收式水中目標(biāo)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水中目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種載體共振接收式水中目標(biāo)檢測(cè)
直O(jiān)
背景技術(shù)：
由于聲波在水中具有良好的傳播特性，因此目前水下載體上(如潛標(biāo)等)所搭載的水中目標(biāo)檢測(cè)裝置基本是水聲設(shè)備，其換能器需要安裝在殼體外側(cè)，與水介質(zhì)接觸并加裝導(dǎo)流罩，然后再通過(guò)導(dǎo)線與安裝在殼體內(nèi)部的電子儀器相連。這種換能器安裝方式及導(dǎo)線連接方式的不足之處在于對(duì)殼體的水密性能要求很高，增加了設(shè)計(jì)難度；并且換能器易被腐蝕或者海生物附著，當(dāng)受外部強(qiáng)沖擊的情況下容易損毀、性能降低甚至失效。另外，在某些情況下，可以在換能器外部安裝導(dǎo)流罩，但是導(dǎo)流罩材料難以同時(shí)滿足機(jī)械性能、流形設(shè)計(jì)和聲學(xué)性能要求，并不便于安裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種載體共振接收式水中目標(biāo)檢測(cè)裝置，將水下載體作為接收的濕端部分，采用在載體內(nèi)部附于殼體內(nèi)壁安裝加速度計(jì)的方式，通過(guò)感知載體在目標(biāo)輻射噪聲激勵(lì)下所產(chǎn)生的受迫共振信號(hào)來(lái)檢測(cè)目標(biāo)，并解算出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，滿足水下載體在水下警戒、自身防護(hù)等方面的需求，且有效地避免了上述問(wèn)題和困難。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該裝置包括本發(fā)明包括接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理器及電源管理器；其中接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路相連和信號(hào)處理器依次順序相連，電源管理器與接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理器分別相連；所述電源管理器為該裝置提供穩(wěn)壓電源；所述接收機(jī)包括一對(duì)用以接收載體受迫振動(dòng)信號(hào)的加速度計(jì)，以對(duì)向粘連的方式對(duì)稱于載體軸線安裝在載體的主殼體內(nèi)壁上，輸出兩路載體受迫振動(dòng)信號(hào)給信號(hào)調(diào)理電路；所述信號(hào)調(diào)理電路，將接收到的兩路載體受迫振動(dòng)信號(hào)疊加后進(jìn)行放大并濾除高頻噪聲的處理，輸出處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s (t)給信號(hào)處理器；所述信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s (t)進(jìn)行解算，解算出目標(biāo)的速度、正橫距離和正橫時(shí)刻；解算的具體方法如下步驟一將信號(hào)調(diào)理電路處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s(t)，采用快速傅立葉變換 (FFT)變換到頻域；步驟二 通過(guò)二分法作頻域共振譜峰的選擇，得到共振譜峰值P (f)及其對(duì)應(yīng)頻率 fp，利用fp求出共振譜峰值對(duì)應(yīng)的頻率方差σ)，當(dāng)滿足條件^7)< 且？(0 > β時(shí)，作出“檢測(cè)到有目標(biāo)出現(xiàn)”的判決，接步驟三；反之則返回步驟一直到判決為有目標(biāo)出現(xiàn)為止；其中，α和β分別是預(yù)置的固定門(mén)限；步驟三針對(duì)當(dāng)前時(shí)刻t之前的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s (t)，采用短時(shí)傅立葉變換方法，滑動(dòng)估計(jì)共振譜峰值的瞬時(shí)頻率，每個(gè)滑動(dòng)時(shí)間間隔輸出一個(gè)結(jié)果，最
后得到一組實(shí)測(cè)的共振譜峰的瞬時(shí)頻率的序列；步驟四將預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)速度、正橫距離和正橫時(shí)刻的取值范圍所構(gòu)成的參數(shù)先驗(yàn)空間，等間隔地劃分成多個(gè)網(wǎng)格，然后以式(1)為代價(jià)函數(shù)，把每個(gè)網(wǎng)格所對(duì)應(yīng)的一組參數(shù)(VQ、RQ、tQ)分別代入式⑴計(jì)算相應(yīng)的代價(jià)函數(shù)值φ (R0, V0, t0)Φ(Α,ν0"0) =JL 廣2(h。) ;(0-Ε/[1+ 你-ο Ι/(ΑΓ\ (ι)
c^+v20(t-t0)」^Ιξ+ν20( - 0)」/J Iv0, R0, t0分別對(duì)應(yīng)每個(gè)網(wǎng)格的目標(biāo)速度、正橫距離和正橫時(shí)刻；c為該裝置所在介質(zhì)中的聲速；E〈〉表示將序列中的每一個(gè)元素/(ζ)代入〈〉內(nèi)計(jì)算得到一系列計(jì)算結(jié)果，然后對(duì)計(jì)算結(jié)果求平均；步驟五比較各網(wǎng)格所對(duì)應(yīng)的代價(jià)函數(shù)值，取最小值對(duì)應(yīng)的一組參數(shù)作為當(dāng)前時(shí)刻t的估計(jì)結(jié)果；步驟六返回步驟三，估計(jì)新時(shí)刻的共振譜峰所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率，采用該新時(shí)刻的共振譜峰的瞬時(shí)頻率替換共振譜峰頻率序列中最早時(shí)刻的共振譜峰的瞬時(shí)頻率，并
針對(duì)更新后的重復(fù)步驟四至五計(jì)算得到新時(shí)刻的參數(shù)估計(jì)結(jié)果，在循環(huán)執(zhí)行步驟三
至步驟五的同時(shí)，裝置一直在執(zhí)行步驟二中判決是否有目標(biāo)出現(xiàn)的步驟，并在作出“無(wú)目標(biāo)出現(xiàn)”的判決時(shí)，退出步驟三 步驟五的循環(huán)。本發(fā)明的有益效果1.該裝置將水下載體作為接收的濕端部分，采用在載體內(nèi)部附于殼體內(nèi)壁安裝加速度計(jì)的方式，通過(guò)感知載體在目標(biāo)輻射噪聲激勵(lì)下所產(chǎn)生的受迫共振信號(hào)來(lái)檢測(cè)目標(biāo)， 并解算出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，滿足水下載體在水下警戒、自身防護(hù)等方面的需求。2.本發(fā)明的加速度計(jì)附于殼體內(nèi)壁接收而不必接觸外部介質(zhì)，抗沖擊、耐壓耐腐蝕、安裝方式靈活簡(jiǎn)便。3.本發(fā)明采用低功耗、模塊化設(shè)計(jì)，體積小、重量輕、能夠長(zhǎng)時(shí)間自主工作。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2是加速度計(jì)的安裝位置示意圖。圖3是載體共振接收式水中目標(biāo)檢測(cè)裝置的信號(hào)處理流程圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示該裝置包括本發(fā)明包括接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理器及電源管理器；其中接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路相連和信號(hào)處理器依次順序相連，電源管理器與接收機(jī)、 信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理器分別相連；該裝置搭載于如圖2所示的載體上，所述接收機(jī)包括一對(duì)用以接收載體受迫振動(dòng)信號(hào)的加速度計(jì)，以對(duì)向粘連的方式對(duì)稱于載體軸線安裝在載體的主殼體內(nèi)壁上，輸出兩路載體受迫振動(dòng)信號(hào)s(t)給信號(hào)調(diào)理電路；其中，兩傳感器安裝位置之間的連線是ζ軸，載體軸線是χ軸，二者相互垂直，與y軸構(gòu)成一個(gè)三維坐標(biāo)系，0是原點(diǎn)。所述接收機(jī)的信號(hào)接收方式是以載體作為接收的濕端部分，所感知并加以利用的信號(hào)是載體在目標(biāo)輻射噪聲激勵(lì)下所產(chǎn)生的受迫共振信號(hào)。所述電源管理器為該裝置提供穩(wěn)壓電源；所述信號(hào)調(diào)理電路，將接收到的兩路載體受迫振動(dòng)信號(hào)疊加后進(jìn)行放大并濾除高頻噪聲的處理，輸出處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s(t)給信號(hào)處理器；所述信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s (t)進(jìn)行解算，解算出目標(biāo)的速度、正橫距離和正橫時(shí)刻；解算的具體方法如圖3 步驟一將信號(hào)調(diào)理電路處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s(t)，采用快速傅立葉變換 (FFT)變換到頻域；步驟二 通過(guò)二分法作頻域共振譜峰的選擇，得到共振譜峰值P (f)及其對(duì)應(yīng)頻率 fp，利用fp求出共振譜峰值對(duì)應(yīng)的頻率方差σ)，當(dāng)滿足條件^7)< 且？(0 > β時(shí)，作出“檢測(cè)到有目標(biāo)出現(xiàn)”的判決，接步驟三；反之則返回步驟一直到判決為有目標(biāo)出現(xiàn)為止；其中， α和β分別是預(yù)置的固定門(mén)限；步驟三針對(duì)當(dāng)前時(shí)刻t之前的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s(t)，采用短時(shí)傅立葉變換方法，滑動(dòng)估計(jì)共振譜峰值的瞬時(shí)頻率，每個(gè)滑動(dòng)時(shí)間間隔輸出一個(gè)結(jié)果，最
后得到一組實(shí)測(cè)的共振譜峰的瞬時(shí)頻率的序列；步驟四將預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)速度、正橫距離和正橫時(shí)刻的取值范圍所構(gòu)成的參數(shù)先驗(yàn)空間，等間隔地劃分成多個(gè)網(wǎng)格，然后以式(1)為代價(jià)函數(shù)，把每個(gè)網(wǎng)格所對(duì)應(yīng)的一組參數(shù)(VQ、RQ、tQ)分別代入式⑴計(jì)算相應(yīng)的代價(jià)函數(shù)值Φ (R0, v0, t0)
權(quán)利要求
1. 一種載體共振接收式水中目標(biāo)檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括本發(fā)明包括接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理器及電源管理器；其中接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路相連和信號(hào)處理器依次順序相連，電源管理器與接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理器分別相連； 所述電源管理器用于為該裝置提供穩(wěn)壓電源；所述接收機(jī)包括一對(duì)用以接收載體受迫振動(dòng)信號(hào)的加速度計(jì)，以對(duì)向粘連的方式對(duì)稱于載體軸線安裝在載體的主殼體內(nèi)壁上，輸出兩路載體受迫振動(dòng)信號(hào)給信號(hào)調(diào)理電路；所述信號(hào)調(diào)理電路，將接收到的兩路載體受迫振動(dòng)信號(hào)疊加后進(jìn)行放大并濾除高頻噪聲的處理，輸出處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s (t)給信號(hào)處理器；所述信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s (t)進(jìn)行解算，解算出目標(biāo)的速度、正橫距離和正橫時(shí)刻； 解算的具體方法如下步驟一將信號(hào)調(diào)理電路處理后的載體受迫振動(dòng)信號(hào)S(t)，采用快速傅立葉變換 (FFT)變換到頻域；步驟二 通過(guò)二分法作頻域共振譜峰的選擇，得到共振譜峰值P (f)及其對(duì)應(yīng)頻率fP， 利用fP求出共振譜峰值對(duì)應(yīng)的頻率方差^，當(dāng)滿足條件> β時(shí)，作出“檢測(cè)到有目標(biāo)出現(xiàn)”的判決，接步驟三；反之則返回步驟一直到判決為有目標(biāo)出現(xiàn)為止；其中，α 和β分別是預(yù)置的固定門(mén)限；步驟三針對(duì)當(dāng)前時(shí)刻t之前的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的載體受迫振動(dòng)信號(hào)s (t)，采用短時(shí)傅立葉變換方法，滑動(dòng)估計(jì)共振譜峰值的瞬時(shí)頻率，每個(gè)滑動(dòng)時(shí)間間隔輸出一個(gè)結(jié)果，最后得到一組實(shí)測(cè)的共振譜峰的瞬時(shí)頻率的序列；步驟四將預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)速度、正橫距離和正橫時(shí)刻的取值范圍所構(gòu)成的參數(shù)先驗(yàn)空間，等間隔地劃分成多個(gè)網(wǎng)格，然后以式(1)為代價(jià)函數(shù)，把每個(gè)網(wǎng)格所對(duì)應(yīng)的一組參數(shù) (V。、RQ、tQ)分別代入式⑴計(jì)算相應(yīng)的代價(jià)函數(shù)值
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種載體共振接收式水中目標(biāo)檢測(cè)裝置，該裝置包括接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理器及電源管理器；其中接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路相連和信號(hào)處理器依次順序相連，電源管理器與接收機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理器分別相連；本發(fā)明采用在載體內(nèi)部附于殼體內(nèi)壁安裝加速度計(jì)的方式，通過(guò)感知載體在目標(biāo)輻射噪聲激勵(lì)下所產(chǎn)生的受迫共振信號(hào)來(lái)檢測(cè)目標(biāo)，并解算出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，滿足水下載體在水下警戒、自身防護(hù)等方面的需求；將加速度計(jì)附于殼體內(nèi)壁接收而不必接觸外部介質(zhì)，抗沖擊、耐壓耐腐蝕、安裝方式靈活簡(jiǎn)便。
文檔編號(hào)G01V1/00GK102520436SQ20111036005
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者付繼偉, 陳川, 高偉 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所