[发明专利]低功耗深水微型无人探测器

说明书

本发明涉及一种低功耗深水微型无人探测器，该探测器包括外壳体和内胆体，所述外壳体由钢化玻璃制成为球形，其外表面安装有四个由电机驱动的螺旋桨，四个螺旋桨在外壳体上呈正三棱锥结构分布，所述内胆体外表面安装有四个由电机二驱动的滚轮，四个滚轮在内胆体上呈正三棱锥结构分布且与外壳体内表面相切，电机二驱动滚轮带动内胆体在外壳体内部做空间360°任意角度旋转，所述内胆体上固定有用于探测的摄像机，内胆体内安装电路板，所述电路板上集成信号接收电路以及控制电路，所述外壳体底部设置有电气控制的接头，所述接头连接配重囊，外壳体内部抽真空。本方案可以实现探测器在深水领域低功耗实现360°视角切换。

技术领域

本发明涉及水下探测器领域，具体涉及一种低功耗深水微型无人探测器。

背景技术

深水探测器是一种智能水中装备，一般通过水下潜器布放于水中几百至上千米范围内，它能感知远距离运动目标信号的强弱、 航速、航向等特征，具有广泛的商业用途。该装备一般由总体机械平台、保险仪表系统、电子检控系统、引信控制系统及定深控制器等部分构成；其引信系统由探测、识别、定位引信等组成，具备远程目标（舰船）探测、识别、定位及目标攻击点预测等功能，其工作引信一般为被动声引信，它通过安置在其平台外表面的换能器基阵敏感物理场信号，经前置放大处理、信号调理、滤波、采集控制等电路处理后，由值更电路进行目标基本判别，当达到门限后，启动信号处理电路，判断是否属于目标类型，并给出相应的攻击区域及攻击命令。以往深水探测器自动检测系统由主控系统机和检测接口机组成，前者主要承担人机界面、时序控制、数学模型设计等内容，通过笔记本电脑及自制应用软件实现；后者主要承担典型信号源、通信接口、信号调理、外围控制电路及供电电源模块设计等内容，通过单片机系统电路及相关数字电路和模拟电路实现。这种传统设计模式使得上下位机间指令、控制信号采用并口传输模式、数据通信采用串口传输模式，采样电路、电源模块、信号源输出、开关继电器切换等等均在同一块板卡上实现，其通用性、电磁兼容设计及可靠性等方面难以得到保证，往往采用大量的软件容错、冗余及硬件抗干扰措施来弥补系统总体设计上的不足。信号源设计是深水探测器自动检测系统最关键的设计，为了验证装备使用性能，必须能够模拟装备使用环境的典型信号特征，在该装备使用环境中，必须模拟的有目标运动信号、水下遥控指令信号及满足装备引信控制装置所需的水压变化信号等。通常目标运动信号是由具有连续谱的宽带噪声和具有非连续谱（线谱）的单频噪声混合而成，而且是一类特殊随机过程信号，它除了具有一定的功率谱结构以外，可以认为幅度是呈高斯分布的。随机信号理论指出，服从高斯分布的随机信号通过线性系统后，输出信号具有相同的分布。因此构造一个线性系统，具有与要求的目标辐射噪声频谱形状相同的频率响应，输入具有恒定功率谱的高斯白噪声，使之通过该线性系统，即可得到与要求的目标辐射噪声功率谱形状相同的有色噪声。依据以上的基本思路，通过构造一个有限冲击响应数字滤波器来实现以上功能。其具体算法是：首先根据要求的幅度频率响应向量形式进行插值，然后进行傅立叶反变换得到理想滤波器的单位脉冲响应，最后利用窗函数对理想滤波器的单位脉冲响应进行截短处理，由此得到FIR数字滤波器的系数。通过计算，我们分别得到目标运动信号模型曲线、通过特性曲线及功率谱特性曲线，在物理实现时，将具有一定时延特征的时域模型一次性写入三块PXI-5421板卡中，并通过同步产生机制控制在帧时间内（50ms）通过信号源板卡同步产生具有一定相差或时延的有色噪声信号，限幅在0～2V间，并通过功率放大电路及经指定频带消声处理的扬声器实现场信号转换，从而可以最终加载至装备敏感元件上，。对于遥控指令信号，由于它是通过不同低频单频信号组成的码元通过不同延时来实现遥控噪声源，在实践中，笔者通过不同标准频率的正弦信号（其谱成份为单频）进行顺序组合来实现遥控指令噪声，它也是通过一块PXI-5421实现的。至于引信控制装置所需的变化水压信号源，通过分析其动作机理过程，采用PXI-6259中的D/A功能模块实现。

现有技术的缺点在于：水下探测器在深水领域作业时，其视角一般较窄，要实现视角转换必须转动探测器，然而深水压力极大，转动探测器整体耗费的能量巨大，从而使得探测器的续航时间缩短；同时探测器在进行深水领域探测过程中的下降也十分耗费能量。

发明内容