[发明专利]基于UUV平台的低频主动水声探测系统及方法

说明书

本发明公开了基于UUV平台的低频主动水声探测系统及方法，涉及水下智能探测技术领域，能够可满足小尺寸UUV平台产生低频指向性声源的需求，并可对水中目标进行低频主动探测。本发明的技术方案为：拖曳阵载荷舱段通过导线固定支架连接一个细线拖曳阵。声源载荷舱段安装舷侧参量阵换能器，舷侧参量阵换能器利用两列不同频率的原频信号产生差频声信号，进行目标探测，得到目标方位和散射强度；拖曳阵载荷舱段用于接收细线拖曳阵采集到的水声信号，处理得到目标距离信息和目标方位信息，送入本体控制舱段。本体控制舱段设置运动控制指令对目标进行跟踪。尾部推进模块接收运动控制指令，驱动UUV平台完成匹配的运动，实现对目标的跟踪。

技术领域

本发明涉及水下智能探测技术领域，具体涉及一种基于UUV平台的低频主动水声探测系统及方法。

背景技术

无人潜航器Unmanned Underwater Vehicle,UUV作为水下目标探测的重要载荷平台，具有智能化程度高、机动性好、隐蔽性高等优点，是推动未来智能化水声探测技术发展的关键。当前基于UUV平台的声学探测技术已经在海洋资源勘察、海岸警戒、蛙人探测和扫雷排爆等领域开展了广泛的应用。

在水声探测领域，降低声纳系统工作频率有利于提升目标感知能力，依据线性声学理论，更低的工作频率意味着需要更大的布阵空间，而UUV本身是一种尺寸受限的水下载体平台，因此无论是低频声源的发射还是采集接收，都难以在现有技术路线下利用UUV平台开展低频水声探测。

参量阵是利用声波之间的非线性作用所得的低频、宽带、高指向性、无旁瓣、小尺寸的换能器阵。参量阵低频指向性声源在刚提出时由于其低频宽带高指向性的优点受到关注，但又由于较低的转换效率使其早期一直难于在实际使用中有所突破。直到上个世纪九十年代，由于电子技术、计算机技术以及换能器技术的发展，使得参量阵的转换效率已经不再是一个主要的限制因素，参量阵设备得以发展。

拖曳阵是在拖曳于运载平台尾部进行水下目标探测的水听器阵列，阵列孔径不受平台自身尺寸限制，可以提供声纳的作用距离和水下适应性，在潜艇和舰船用声纳中已较为成熟。由于能源和搭载能力受限，常规直径的拖曳阵列难以适用于UUV，为此需要发展阵列直径足够小的细线拖曳阵以减少流体阻力。

针对当前UUV平台由于尺寸受限难以开展低频水声探测的难题，提出基于UUV平台的低频主动水声探测系统与方法，具有重要应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于UUV平台的低频主动水声探测系统及方法，能够可满足小尺寸UUV平台产生低频指向性声源的需求，并可对水中目标进行低频主动探测。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：基于UUV平台的低频主动水声探测系统，包括UUV平台主体由前至后顺次分为首部避碰舱段、声源载荷舱段、本体控制舱段、拖曳阵载荷舱段以及尾部推进模块；拖曳阵载荷舱段通过导线固定支架连接一个细线拖曳阵。

声源载荷舱段安装舷侧参量阵换能器，舷侧参量阵换能器利用两列不同频率的原频信号产生差频声信号，进行目标探测，得到目标方位和散射强度；目标在差频声信号的激发下，产生散射声波。

细线拖曳阵中包含线性水听器阵列，用于采集目标的散射声波得到水声信号。

拖曳阵载荷舱段用于接收细线拖曳阵采集到的水声信号，对水声信号进行处理，得到目标距离信息和目标方位信息，送入本体控制舱段。

本体控制舱段获取UUV平台的自身位置信息。

本体控制舱段根据UUV平台的自身位置信息，目标位置信息和散射强度信息，设置运动控制方向和运动控制速度作为运动控制指令对目标进行跟踪，发送运动控制指令。

尾部推进模块接收运动控制指令，驱动UUV平台完成匹配的运动，实现对目标的跟踪。

进一步地，本体控制舱段外接水声定位与通信信标以及北斗天线。