一种基于沉底式集成探测装置的探测方法制造方法及图纸

一种沉底式声电磁集成探测装置，包括外壳结构，在所述外壳结构具有中部仪器舱，所述中部仪器仓内部配置有电源管理模块、锂电池、数采及处理单元、通讯模块、三分量磁通门传感器以及姿态传感器；位于所述中部仪器仓上部的顶端传感器支撑结构，所述顶端传感器支撑结构上配置有水听器、压力传感器以及电极，其中所述电极位于该顶端传感器支撑结构的平面圆周中心正上方；位于所述中部仪器仓的底部设置有3个支撑臂，用于将所述探测装置支撑在底面，每个支撑单臂中都配置有一个电极，3个电极处于同一平面内按圆周均匀分布，相邻两只呈120°间隔设置。本发明专利技术可以同时收集水底的声电磁信号，并修正后输出。检测速度快，信号处理迅速准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于沉底式集成探测装置的探测方法
本专利技术涉及一种基于沉底式集成探测装置的探测方法，更具体地涉及用于水下目标声、电、磁特征的提取，实现对目标综合定位的集成测量装置。
技术介绍
我国海洋立体探测手段匮乏，水下探测尚未形成有效的综合网络，空间覆盖不足、盲区范围大、虚警率高等问题无法满足日益严峻的安防需求。尤其是针对水下目标，由于物理场特征水平更低，水下传播规律尚不明晰，加之水下探测水域背景复杂、干扰源多，时变特性明显，使目标探测的难度进一步加大，单一探测手段越来越难以有效探测发现水下目标。因此，研究具有多物理场探测功能的集成探测方法对提高我国水下探测预警能力，形成有效探测网络具有重要意义。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种沉底式多物理场集成探测装置及其探测方法，提取水下目标的声场、电场、磁场信号，对其进行综合警戒和定位。具体而言，本专利技术提供了一种沉底式声电磁集成探测装置，包括外壳结构，在所述外壳结构具有中部仪器舱，所述中部仪器仓内部配置有电源管理模块、锂电池、数采及处理单元、通讯模块、三分量磁通门传感器以及姿态传感器；位于所述中部仪器仓上部的顶端传感器支撑结构，所述顶端传感器支撑结构上配置有水听器、压力传感器以及电极，其中所述电极位于该顶端传感器支撑结构的平面圆周中心正上方；位于所述中部仪器仓的底部设置有3个支撑臂，用于将所述探测装置支撑在底面，每个支撑单臂中都配置有一个电极，3个电极处于同一平面内按圆周均匀分布，相邻两只呈120°间隔设置；多个所述电极用于测量水体的电场信息；所述三分量磁通门传感器用于测量水体的磁场信息，所述水听器用于测量水体的声场信息。进一步的，所述锂电池用于给所述探测装置供电；所述电源管理模块用于连接所述锂电池和岸基供电桩，根据需要选择所述锂电池和岸基供电桩之一或同时对所述探测装置供电。进一步的，所述数采及处理单元包括高位数据采集电路，用于采集所述三分量磁通门传感器、姿态传感器、水听器、压力传感器以及电极的信号；还包括数字信号处理器，用于将所述高位数据采集电路采集到的信号进行放大、滤波以及模数转换；所述通讯模块用于将所述数字信号处理器处理后的信号传递给岸基管控中心。进一步的，所述压力传感器用于监控所述探测装置所处位置的压力信息，所述姿态传感器用于监测所述探测装置的姿态信息，用于测量信号校正。进一步的，所述数采及处理单元接收所述水听器所测量信号，对输出的振速信号vx、vy，声压信号经声信号处理模块进行干扰补偿预处理，利用平均声强法或直方图法获取目标方位信息，利用视频分析或线谱分析，获取目标辐射噪声特性。进一步的，所述数采及处理单元接收4个电极的信号，获取测量点处电场强度信号；所述数采及处理单元进一步接收所述姿态传感器的信号，利用其信号对上述电场强度进行修正。进一步的，所述数采及处理单元获取所述三分量磁通门传感器的信号，对磁场信号进行预处理，获取所述探测装置位置处的三分量磁场强度，并接收所述姿态传感器的信号对所述磁场信号校正。本专利技术还提供了一种沉底式声电磁集成探测装置的探测方法，包括以下步骤：构造沉底式声电磁集成探测装置，使其包括位于中部仪器仓中的数采及处理单元、三分量磁通门传感器以及姿态传感器；以及位于所述中部仪器仓上部的顶端传感器支撑结构，使得所述顶端传感器支撑结构上配置有水听器、压力传感器以及电极，所述电极位于该顶端传感器支撑结构的平面圆周中心正上方；位于所述中部仪器仓的底部设置的3个支撑臂，每个支撑单臂中都配置有一个电极，3个电极处于同一平面内按圆周均匀分布，相邻两只呈120°间隔设置；利用所述数采及处理单元接收所述水听器所测量信号，对输出的振速信号vx、vy，声压信号经声信号处理模块进行干扰补偿预处理，利用平均声强法或直方图法获取目标方位信息，利用视频分析或线谱分析，获取目标辐射噪声特性；利用所述数采及处理单元接收所述4只电极的信号，对信号进行预处理，计算所述探测装置测量点处电场强度信号，其中采用以下方法计算电场强度：将上方电极做为4号电极，下方电极分别做为1、2、3号电极，4号电极距下方电极平面距离为h，1、2、3号电极至4号电极的直线距离为l；1、2、3号电极间的距离为d，各电极电位信号为则各电极各方向电场强度表达式为：则所述探测装置中心点电场强度可由矢量差值计算获得：所述数采及处理单元进一步接收所述姿态传感器的信号，利用其信号对上述电场强度进行修正，该修正过程包括3个步骤：①根据姿态传感器倾角参数，计算倾角变换后的修正值：E倾角修正＝Tq·E测量值(6)其中Tq为倾角变换矩阵。②倾角传感器与电极理想坐标轴之间的理想轴偏误差修正：E理想轴偏修正＝Tx·Ty·Tz·E倾角修正(7)Tx，Ty，Tz为绕理想正交三轴旋转矩阵。③电极理想坐标轴与实际三轴不正交修正：E输出＝T·E理想轴偏修正(8)T为磁传感器三轴不正交修正矩阵；最终获得E输出作为输出最终输出电场强度信息；进一步包括以下步骤：所述数采及处理单元获取所述三分量磁通门传感器的信号，对磁场信号进行预处理，获取所述探测装置位置处的三分量磁场强度，并接收所述姿态传感器的信号对所述磁场信号采用如权利要求8所述的电场修正方法进行修正，最终得到修正后的磁场信号：B修正值＝T·Tx·Ty·Tz·Tq·B实测值(9)T为磁传感器三轴不正交修正矩阵；Tx，Ty，Tz为绕理想正交三轴旋转矩阵；Tq为倾角变换矩阵。本专利技术的有益效果是：(1)声电磁多物理场集成探测，实现了声场、电场、磁场、水压场等一体化集成探测，即可用于对目标的探测定位，还可用于对海洋环境进行监测，多功能集成，一体复用；(2)该探测方法仅用4个电极实现三维电场探测，相对于常规探测方法可减少2个电极数量，提高了装置的可靠性；(3)该探测装置配备数据处理模块，可实现多维特征同步采集以及信息融合处理，实现综合定位与识别；(4)改装置采用低功耗设计，供电方式多元，自持供电可提高装置的安全性与持久性；(5)光纤通讯设计可实现数据的实时传递，供岸基管控中心进一步处理。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图来获得其他的附图。图1是本专利技术集成探测装置的结构示意图。图2是本专利技术探测器各功能模块集成示意图；具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。更具体的，本专利技术的沉底式声电磁集成探测装置包括外壳结构、声电磁测量单元、数采及处理单元、通讯单元、供电单元以及状态监控单元。如图1所示，本专利技术的沉底式多物理场集成探测装置，由10外壳结构、声电磁测量单元、数采及通讯单元、供电单元以及状态监控单元构成。测量单元包括1水听器，3电极传感器，8三分量磁通门传感器；数采及通讯单元由4数采、数据预处理模块及通讯模块构成；供电单元由5锂电池及供电管理模块；状态监控单元由2压力传感器和9姿态传感器构成。所述外壳结构用于各功能单元的布放，主体结构包括顶端传感器支撑结构、中部仪器舱以及底部支撑臂；其中顶端传感器支撑结构用于水听器、压力传感器以及电场传感器布放安装；仪器舱内包括电源管理模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉底式声电磁集成探测装置，其特征在于，包括外壳结构，在所述外壳结构具有中部仪器舱，所述中部仪器仓内部配置有电源管理模块、锂电池、数采及处理单元、通讯模块、三分量磁通门传感器以及姿态传感器；位于所述中部仪器仓上部的顶端传感器支撑结构，所述顶端传感器支撑结构上配置有水听器、压力传感器以及电极，其中所述电极位于该顶端传感器支撑结构的平面圆周中心正上方；位于所述中部仪器仓的底部设置有3个支撑臂，用于将所述探测装置支撑在底面，每个支撑单臂中都配置有一个电极，3个电极处于同一平面内按圆周均匀分布，相邻两只呈120°间隔设置；多个所述电极用于测量水体的电场信息；所述三分量磁通门传感器用于测量水体的磁场信息，所述水听器用于测量水体的声场信息。

【技术特征摘要】
1.一种沉底式声电磁集成探测装置，其特征在于，包括外壳结构，在所述外壳结构具有中部仪器舱，所述中部仪器仓内部配置有电源管理模块、锂电池、数采及处理单元、通讯模块、三分量磁通门传感器以及姿态传感器；位于所述中部仪器仓上部的顶端传感器支撑结构，所述顶端传感器支撑结构上配置有水听器、压力传感器以及电极，其中所述电极位于该顶端传感器支撑结构的平面圆周中心正上方；位于所述中部仪器仓的底部设置有3个支撑臂，用于将所述探测装置支撑在底面，每个支撑单臂中都配置有一个电极，3个电极处于同一平面内按圆周均匀分布，相邻两只呈120°间隔设置；多个所述电极用于测量水体的电场信息；所述三分量磁通门传感器用于测量水体的磁场信息，所述水听器用于测量水体的声场信息。2.根据权利要求1所述的一种沉底式声电磁集成探测装置，其特征在于，所述锂电池用于给所述探测装置供电；所述电源管理模块用于连接所述锂电池和岸基供电桩，根据需要选择所述锂电池和岸基供电桩之一或同时对所述探测装置供电。3.根据权利要求1所述的一种沉底式声电磁集成探测装置，其特征在于，所述数采及处理单元包括高位数据采集电路，用于采集所述三分量磁通门传感器、姿态传感器、水听器、压力传感器以及电极的信号；还包括数字信号处理器，用于将所述高位数据采集电路采集到的信号进行放大、滤波以及模数转换；所述通讯模块用于将所述数字信号处理器处理后的信号传递给岸基管控中心。4.根据权利要求1所述的一种沉底式声电磁集成探测装置，其特征在于，所述压力传感器用于监控所述探测装置所处位置的压力信息，所述姿态传感器用于监测所述探测装置的姿态信息，用于测量信号校正。5.根据权利要求1所述的一种沉底式声电磁集成探测装置，其特征在于，所述数采及处理单元接收所述水听器所测量信号，对输出的振速信号vx、vy，声压信号经声信号处理模块进行干扰补偿预处理，利用平均声强法或直方图法获取目标方位信息，利用视频分析或线谱分析，获取目标辐射噪声特性。6.根据权利要求1所述的一种沉底式声电磁集成探测装置，其特征在于，所述数采及处理单元接收4个电极的信号，获取测量点处电场强度信号；所述数采及处理单元进一步接收所述姿态传感器的信号，利用其信号对上述电场强度进行修正。7.根据权利要求6所述的一种沉底式声电磁集成探测装置，其特征在于，所述数采及处理单元获取所述三分量磁通门传感器的信号，对磁场信号进行预处理，获取所述探测装置位置处的三分量磁场强度，并接收所述姿态传感器的信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿攀，王作帅，徐林，周彤，王建勋，杨文铁，余定峰，左超，杨帅，肖涵琛，郑攀峰，杨勇，孙愉，魏华，陈涛，罗伟，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42