一种基于激光制声效应的水下目标探测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及目标探测领域，具体涉及一种基于激光制声效应的水下目标探测系统及方法。本发明专利技术利用激光制声原理打破水空屏障，从而提高水下勘测的勘测效率，令研究人员能准确、完整且安全地接收到勘测信息。且安全地接收到勘测信息。且安全地接收到勘测信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光制声效应的水下目标探测系统及方法


[0001]本专利技术涉及目标探测领域，具体涉及一种基于激光制声效应的水下目标探测系统及方法。

技术介绍

[0002]由于水下传感器和陆地传感器使用的无线信号的不同，它们只能在各自的介质中工作，因此两种传感器之间无法直接共享数据，也就是“水空屏障”。“水空屏障”这种现象导致水下勘测的水下无人机在水下完成一段勘测后，需要上浮至水面发送勘测信息，不能直接在水下发送勘测信息，因此导致水下勘测的效率低下。
[0003]激光是地表勘测和测绘的高效工具之一，它们可以装备在飞机和卫星上，穿透云层甚至森林提供准确的数据。但它们对于海面下的勘测就显得力不从心了，因为海水会吸收大量的信号。当今解决水空障碍问题的技术方法存在各种缺陷。例如，水上浮标被设计用来作为水面下与水面上的信号中转，接收水下的声纳波，进行处理后向机载接收器发射无线电信号。然而浮标信号容易迷失，需要浮标覆盖的面积大，难以实现期望的结果。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于激光制声效应的水下目标探测系统及方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。
[0006]一种基于激光制声效应的水下目标探测系统，包括无人机，无人机包含机身和机翅，机身下表面设置有摄像头、红外测量装置、激光发射器以及电磁信号接发模块；摄像头用于采集无人机下方的图像；所述红外测量装置用于测量激光发射器在水面上的高度；所述激光发射器用于发射激光信号；所述电磁信号收发装置用于接收及发送电磁信号；
[0007]还包括超声换能装置和水下探测器；所述超声换能装置用于将声呐信号转换为电磁信号并发送；所述水下探测器用于进行水下勘测；
[0008]无人机的机身下表面还设置有抓取机构，抓取机构用于抓取超声换能装置和水下探测器。
[0009]一种基于激光制声效应的水下目标探测方法，基于上述的基于激光制声效应的水下目标探测系统，包括以下步骤：
[0010]步骤1，控制无人机上的抓取机构抓取超声换能装置和水下探测器，令无人机到达勘测水域上方，再令抓取机构释放超声换能装置和水下探测器，令超声换能装置浮在水面，水下探测器潜入水下等待工作声呐信号；
[0011]步骤2，调整激光发射器与水面的高度为激光发射器的焦距；
[0012]步骤3，激光发射器发射蓝绿激光波段的激光束至水面，通过激光制声效应形成工作声呐信号在水中传播；
[0013]步骤4，水下探测器接收到工作声呐信号后开始进行水下勘测，并向水面发送携带
勘测信息的声呐信号；
[0014]步骤5，水面的超声换能装置将携带勘测信息的声呐信号转化为携带勘测信息的电磁信号，并发送给无人机上的电磁信号收发模块；
[0015]步骤6，电磁信号收发模块再通过电磁信号对勘测信息进行发送。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：利用激光制声原理打破水空屏障，从而提高水下勘测的勘测效率，令研究人员能准确、完整且安全地接收到勘测信息。
附图说明
[0017]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0018]图1为本专利技术系统实施例抓取机构的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术系统的使用场景示意图；
[0020]图3为空间平滑算法的原理图；
[0021]图4为功率谱图。
[0022]附图标记说明：1圆柱抓取座，2固定臂，3第一双输出轴舵机，4抓取长杆，5第二双输出轴舵机，6抓取短杆。
具体实施方式
[0023]下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。
[0024]一种基于激光制声效应的水下目标探测系统，包括无人机，无人机包含机身和机翅，机身下表面设置有摄像头、红外测量装置、激光发射器以及电磁信号接发模块；摄像头用于采集无人机下方的图像；所述红外测量装置用于测量激光发射器在水面上的高度；所述激光发射器用于发射激光信号；所述电磁信号收发装置用于接收及发送电磁信号；
[0025]还包括超声换能装置和水下探测器；所述超声换能装置用于将声呐信号转换为电磁信号并发送；所述水下探测器用于进行水下勘测；
[0026]无人机的机身下表面还设置有抓取机构，抓取机构用于抓取超声换能装置和水下探测器。
[0027]进一步的，参考图1，所述抓取机构包含圆柱抓取座1，圆柱抓取座1的上端与无人机的机身下表面连接，圆柱抓取座1的外表面均匀设置有3个固定臂2，每个固定臂2远离圆柱抓取座1的一端设置有第一双输出轴舵机3，第一双输出轴舵机3的输出轴为水平方向且与固定臂的轴向垂直；
[0028]还包含3个抓取长杆4，每个抓取长杆4的上端开设有凹槽，凹槽的两个侧壁分别与第一双输出轴舵机3的两个输出轴垂直固定连接；每个抓取长杆4的下端设置有输出轴与第一双输出轴舵机3的输出轴方向相同的第二双输出轴舵机5；还包含3个抓取短杆6，每个抓取短杆6的一端开设有凹槽，凹槽的两个侧壁分别与第二双输出轴舵机5的两个输出轴垂直固定连接。
[0029]3个抓取长杆先配合将物体抓取，3个抓取短杆再配合将物体锁紧。抓取机构的各部件表面都设置有防锈蚀涂层，防止与水接触后生锈。
[0030]进一步的，还包括直线步进电机，所述直线步进电机设置在无人机的机身下表面；
所述激光发射器也可以设置在直线步进电机的输出轴上。
[0031]一种基于激光制声效应的水下目标探测方法，基于上述的基于激光制声效应的水下目标探测系统，参考图2，包括以下步骤：
[0032]步骤1，控制无人机上的抓取机构抓取超声换能装置和水下探测器，令无人机到达勘测水域上方，再令抓取机构释放超声换能装置和水下探测器，令超声换能装置浮在水面，水下探测器潜入水下等待工作声呐信号；
[0033]步骤2，调整激光发射器与水面的高度为激光发射器的焦距；
[0034]具体的，首先，红外测量装置利用三角距离测量原理测量得到激光发射器与水面的高度；其次，控制无人机上下微动，令激光发射器与水面的高度接近激光发射器的焦距；最后，直线步进电机微调，令激光发射器与水面的高度等于激光发射器的焦距。调节激光焦点，尽量使激光聚焦于水面，使激光能够以最大效率在空气中传输。
[0035]步骤3，激光发射器发射蓝绿激光波段的激光束至水面，通过激光制声效应形成工作声呐信号在水中传播；
[0036]激光在水面引起的激光制声效应存在三种机制：热膨胀、汽化以及介质光击穿；由于激光被发射之后的不可控性，将三种机制综合应用，以此达到每时刻均有声呐信号的生成，从而保证数据传输链路的稳定。
[0037]热膨胀机制为用激光照射水时，由于水对激光光能的吸收会使其内部的温度改变从而引起水内某些区域结构和体积变化，并且吸收的热能没有使水到达沸点，水将吸收的光能转化为热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光制声效应的水下目标探测系统，其特征在于，包括无人机，无人机包含机身和机翅，机身下表面设置有摄像头、红外测量装置、激光发射器以及电磁信号接发模块；摄像头用于采集无人机下方的图像；所述红外测量装置用于测量激光发射器在水面上的高度；所述激光发射器用于发射激光信号；所述电磁信号收发装置用于接收及发送电磁信号；还包括超声换能装置和水下探测器；所述超声换能装置用于将声呐信号转换为电磁信号并发送；所述水下探测器用于进行水下勘测；无人机的机身下表面还设置有抓取机构，抓取机构用于抓取超声换能装置和水下探测器。2.根据权利要求1所述的基于激光制声效应的水下目标探测系统，其特征在于，所述抓取机构包含圆柱抓取座(1)，圆柱抓取座(1)的上端与无人机的机身下表面连接，圆柱抓取座(1)的外表面均匀设置有多个固定臂(2)，每个固定臂(2)远离圆柱抓取座(1)的一端设置有第一双输出轴舵机(3)，第一双输出轴舵机(3)的输出轴为水平方向且与固定臂的轴向垂直；还包含多个抓取长杆(4)，每个抓取长杆(4)的上端开设有凹槽，凹槽的两个侧壁分别与第一双输出轴舵机(3)的两个输出轴垂直固定连接；每个抓取长杆(4)的下端设置有输出轴与第一双输出轴舵机(3)的输出轴方向相同的第二双输出轴舵机(5)；还包含多个抓取短杆(6)，每个抓取短杆(6)的一端开设有凹槽，凹槽的两个侧壁分别与第二双输出轴舵机(5)的两个输出轴垂直固定连接。3.根据权利要求1所述的基于激光制声效应的水下目标探测系统，其特征在于，还包括直线步进电机，所述直线步进电机设置在无人机的机身下表面；所述激光发射器也可以设置在直线步进电机的输出轴上。4.一种基于激光制声效应的水下目标探测方法，基于上述的基于激光制声效应的水下目标探测系统，包括以下步骤：步骤1，控制无人机上的抓取机构抓取超声换能装置和水下探测器，令无人机到达勘测水域上方，再令抓取机构释放超声换能装置和水下探测器，令超声换能装置浮在水面，水下探测器潜入水下等待工作声呐信号；步骤2，调整激光发射器与水面的高度为激光发射器的焦距；步骤3，激光发射器发射蓝绿激光波段的激光束至水面，通过激光制声效应形成工作声呐信号在水中传播；步骤4，水下探测器接收到工作声呐信号后开始进行水下勘测，并向水面发送携带勘测信息的声呐信号；步骤5，水面的超声换能装置将携带勘测信息的声呐信号转化为携带勘测信息的电磁信号，并发送给无人机上的电磁信号收发模块；步骤6，电磁信号收发模块再通过电磁信号对勘测信息进行发送。5.根据权利要求1所述的基于激光制声效应的水下目标探测系统，其特征在于，步骤2具体的，首先，红外测量装置利用三角距离测量原理测量得到激光发射器与水面的高度；其次，控制无人机上下微动，令激光发射器与水面的高度接近激光发射器的焦距；最...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建栋，石璇，瞿珏，王强，孙旭瑞，陈泉河，朱睿聪，杨洁，邱盎，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：