一种应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统技术方案

本发明专利技术属于水下航行器近域非声探测技术，尤其涉及一种应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统，该系统包括：周向扫描子系统，用于在水下航行器到达距离探测目标的预定距离时，采用同步扫描方式发射探测光束，并接收经探测目标反射的光束；信号处理子系统，用于对接收的反射光束经光电转换和目标参数解算，实现水下目标的实时探测。本发明专利技术充分利用了激光在近域探测响应速度快，抗干扰能力强的优点，本发明专利技术的系统能够实现水下航行器对目标的近距离精准探测，提高引信的响应速度，减低误动率。动率。动率。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统


[0001]本专利技术属于水下航行器近域非声探测技术，尤其涉及一种应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统。

技术介绍

[0002]一直以来，水下目标的探测技术受到各海洋大国的重视，并且水下航行器作为水下目标探测的平台，已在民用领域和军事领域得到广泛的应用。水下声探测技术依靠着声波在水中传播距离远、衰减小等得天独厚的优势在海洋观测和水下目标探测中占有很重要的地位,是实现水下目标远场探测的主要手段。但在近场探测中，水下声探测对高速目标的反应能力不足，并且存在探测“盲区”，无法实现对水下目标的精准探测。近年来，海水中蓝绿透光窗口的发现，为水下目标探测开辟了一条新途径。激光具有亮度高、脉冲短、准直度高以及抗干扰能力强等优点，用于水下机动目标的近场探测可以获得比声探测更高的测距、定位精度。激光引信技术充分发挥激光的近距离探测优势，达到提高引信高动作效率降低误动率的目的。
[0003]声探测技术是水下目标探测的主要手段，但在近程探测中，由于声探测盲区的存在以及响应时间慢的原因，导致声对近程目标的探测能力略显不足。
[0004]现有技术存在的技术缺陷主要有以下三点：
[0005](1)声引信技术在近程末端动作时盲区较大，响应速度慢，引信动作效率较低；
[0006](2)磁引信等技术在大型水下航行器和探测水下大体积目标的应用较多，对于体积较小的水下目标的探测能力存在不足；
[0007](3)低探测效率和高引信误动率使得水下航行器不能完全发挥其作用，造成较低的经济效益。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述现有技术缺陷，提出了一种应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统，该系统包括：
[0010]周向扫描子系统，用于在水下航行器到达距离探测目标的预定距离时，采用同步扫描方式发射探测光束，并接收经探测目标反射的光束；和
[0011]信号处理子系统，用于对接收的反射光束经光电转换和目标参数解算，实现水下目标的实时探测。
[0012]作为上述系统的一种改进，所述周向扫描子系统包括间隔120度且距离球心等距离的3个光学窗口，以及设置在球心处的激光发射器、激光接收器、发射平面镜、接收平面镜和扫描直流电机。
[0013]作为上述系统的一种改进，所述同步扫描方式为：
[0014]由扫描直流电机控制发射平面镜和接收平面镜的旋转，依次通过每个光学窗口进行激光光束收发操作，实现激光光束全周向动态扫描。
[0015]作为上述系统的一种改进，所述激光发射器采用532nm的蓝绿激光作为光源，脉冲峰值能量大于200mJ，脉冲宽度为10ns～20ns，重复频率为50Hz，发散角小于0.1mrad。
[0016]作为上述系统的一种改进，所述信号处理子系统包括：
[0017]光电信号转换模块，用于对接收的发射光束进行光电转换；和
[0018]目标参数解算模块，用于通过数据流水并行化处理，将转换后的电信号进行分块处理，经目标参数解算确定探测目标。
[0019]作为上述系统的一种改进，所述目标参数解算模块采用n片DSP，每片DSP有m个处理核，n和m根据待处理的电信号数据长度确定。
[0020]作为上述系统的一种改进，所述系统还包括电源子系统，用于为所述系统供电。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0022]1、该专利技术充分利用了激光在近域探测响应速度快，抗干扰能力强的优点，该技术的应用能够实现水下航行器对目标的近距离精准探测，提高引信的响应速度，减低误动率，减小引信误动率，提高水下航行器的经济效益；
[0023]2、该引信技术是在构建激光探测模块，并在内部建立与其他分系统相应的电气连接，优化目标探测算法，实现激光引信的功能，激光引信技术使得引信集成度更高，在结构相对简单的条件下，实现较为精准、高效的引信功能。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的激光引信工作流程图；
[0025]图2是本专利技术的应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统组成图；
[0026]图3是激光引信近距实时探测系统搭载水下航行器俯视图及侧视图；
[0027]图4是光学窗口的布局；
[0028]图5是激光引信近距实时探测系统中器件及传感器布局。
具体实施方式
[0029]激光引信是以激光为信息载体对近距目标进行感知和探测，通过对回波信号进行处理后获取目标信息。其工作原理如图1所示。
[0030]本专利技术的系统应用于水下需要克服的问题及创新性设计：
[0031]1、激光引信的小型化适用；激光探测系统包括光传感器，信号收发及处理单元体积较大，若想把激光系统应用于水下平台，需要做小型化设计；
[0032]2、激光引信要实现对360度来向的待测水下目标探测的功能，涉及到水下航行器载体上光传感器的布局设计，该设计将实现待测目标的全视野周向探测；
[0033]3、激光在水中传播距离较短，但反应速度快，可充分利用这一优势。优化发射光信号参数及数据后处理算法，提高数据处理的速度，达到快速检测、及时动作的目的。
[0034]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明。
[0035]实施例
[0036]如图2所示，本专利技术的实施例提出了一种应用于水下航行器的激光引信近距实时
探测系统。包括：周向扫描子系统、信号处理子系统和电源子系统；
[0037]1)周向扫描子系统，用于在水下航行器到达距离探测目标的预定距离时，采用同步扫描方式发射探测光束，并接收经探测目标反射的光束；如图3所示为本系统搭载水下航行器俯视图及侧视图。
[0038]一般的光学探测系统由于受光学元器件及机械装置等体积的限制很难做到小型化，为了解决激光探测系统在轻型水下航行器的适配问题，在光束布局方面采用同步扫描的方式。如图4所示为本系统光学窗口的布局。
[0039]同步扫描方案采用单个激光发射与接收器，利用高速扫描电机，轮流在三个光学窗口处进行120度(弧矢方向光束3dB发射角度≥120度)覆盖范围内的光束的收发操作，实现光束全周向(360度)动态扫描。相比于多辐射方案、分区方案和分区扫描方案都使用了多个激光发射器与接收器，需要提供大功率电源，增加系统功耗和使用空间，同步扫描方案很好的解决了激光探测系统在小型化水下航行器的适配问题。如图5所示，为本系统中器件及传感器布局。
[0040]选择532nm的蓝绿激光作为激光探测系统的光源。脉冲峰值能量大于200mJ，脉冲宽度为10ns～20ns，重复频率约为50Hz，发散角一般小于0.1mrad。
[0041]2)信号处理子系统，用于对接收的反射光束经光电转换和目标参数解算，实现水下目标的实时探测；
[0042]优化数据后处理算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统，其特征在于，所述系统包括：周向扫描子系统，用于在水下航行器到达距离探测目标的预定距离时，采用同步扫描方式发射探测光束，并接收经探测目标反射的光束；和信号处理子系统，用于对接收的反射光束经光电转换和目标参数解算，实现水下目标的实时探测。2.根据权利要求1所述的应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统，其特征在于，所述周向扫描子系统包括间隔120度且距离球心等距离的3个光学窗口，以及设置在球心处的激光发射器、激光接收器、发射平面镜、接收平面镜和扫描直流电机。3.根据权利要求2所述的应用于水下航行器的激光引信近距实时探测系统，其特征在于，所述同步扫描方式为：由扫描直流电机控制发射平面镜和接收平面镜的旋转，依次通过每个光学窗口进行激光光束收发操作，实现激光光束全周向动态扫描。4.根据权利要求2所述的应用于水下航行器...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝程鹏，马治勋，徐达，宿晓静，朱东升，闫林杰，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：