基于抹香鯨滴答聲的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)隱蔽測速方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水下聲探測領(lǐng)域，特別是基于抹香鯨滴答聲的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)隱蔽測速 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（如水雷、潛艇、水下滑翔器）測速信號(hào)波形，如單頻矩形脈沖 (ContinuousWave,CW)、線性調(diào)頻（LinearFrequencyModulation,LFM)脈沖等信號(hào)，具 有相對(duì)簡單、較為明顯的時(shí)域、頻域和時(shí)頻域特點(diǎn)，例如，它們的時(shí)域包絡(luò)為矩形或矩形串、 LFM信號(hào)波形在頻域上類似為矩形、CW脈沖的調(diào)制信號(hào)為單頻信號(hào)，LFM脈沖的調(diào)制信號(hào)頻 率線性變化等等，因此，它們很容易被敵方的偵察系統(tǒng)截獲、識(shí)別和定位，從而對(duì)測速裝置 的生存能力構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
[0003]海洋中的抹香嫁是群居動(dòng)物（見HalWhiteheadandLindaWeilgart,Patterns ofvisuallyobservablebehaviourandvocalizationsingroupsoffemalespermwh ales[J]，Behaviour, 118(3/4) : 275-296, 1991)，它們?cè)谒禄顒?dòng)過程中會(huì)不間斷地向水中 發(fā)出不同的脈沖信號(hào)；這些脈沖信號(hào)的時(shí)域包絡(luò)隨機(jī)變化，沒有固定規(guī)律，包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號(hào) 為復(fù)雜的寬帶信號(hào)，信號(hào)非平穩(wěn)，時(shí)頻特性復(fù)雜；因此，與常規(guī)測速脈沖信號(hào)之間存在明顯 區(qū)別，不易被敵方識(shí)別為主動(dòng)測速脈沖信號(hào)。
[0004] 針對(duì)傳統(tǒng)測速信號(hào)波形易于被識(shí)別的問題，并組合抹香鯨滴答聲脈沖的特點(diǎn)，本 發(fā)明采用抹香鯨所發(fā)出的原始滴答聲作為測量水下運(yùn)動(dòng)速度的發(fā)射信號(hào)，使其被敵方偵查 系統(tǒng)誤認(rèn)為成真實(shí)的抹香鯨發(fā)出的滴答聲脈沖信號(hào)，達(dá)到偽裝自己，提高測速裝置隱蔽性 的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提高主動(dòng)測速裝置偽裝隱蔽的能力的前提下，實(shí) 現(xiàn)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度的測量。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于抹香鯨滴答聲的水下運(yùn) 動(dòng)目標(biāo)隱蔽測速裝置，由測速需求分析模塊，信號(hào)產(chǎn)生模塊，功放模塊，換能器，水聽器，信 號(hào)調(diào)理模塊，數(shù)據(jù)處理與顯示模塊組成；
[0006] 測速需求分析模塊接受水下目標(biāo)測速的實(shí)際應(yīng)用需求，并根據(jù)應(yīng)用需求，選擇和 構(gòu)造用于水下目標(biāo)測速的合適的抹香鯨滴答聲脈沖組合；
[0007] 信號(hào)產(chǎn)生模塊根據(jù)測速需求分析模塊的輸出參數(shù)，從其存儲(chǔ)器中選擇抹香鯨滴答 聲脈沖信號(hào)，并按塊多普勒測原理對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行組合和脈沖間時(shí)間間隔設(shè)置，然后，將信 號(hào)輸出至功放模塊；功放模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大后，輸出至換能器；換能器將滴答聲脈 沖信號(hào)發(fā)向水下；
[0008] 滴答聲脈沖信號(hào)經(jīng)水下目標(biāo)反射后，傳輸至水聽器；水聽器將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)或光信號(hào)后，輸出至信號(hào)調(diào)理模塊；信號(hào)調(diào)理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等 功能；信號(hào)調(diào)理模塊將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理與顯示模塊；
[0009] 數(shù)據(jù)處理與顯示模塊首先對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行測速計(jì)算，然后對(duì)水下目標(biāo)參數(shù)進(jìn) 行顯示。
[0010] 測速需求分析模塊從從抹香鯨群滴答聲數(shù)據(jù)庫中，以模糊函數(shù)為準(zhǔn)則，通過計(jì)算 機(jī)遍歷的方法，篩選出距離分辨力高且速度容忍性好的滴答聲單脈沖，組成集合C;注意應(yīng) 保證集合C的單脈沖都具有良好的自相關(guān)性，且集合C中任意兩個(gè)單脈沖之間的互相關(guān)結(jié) 果都小于閾值w，W根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，在區(qū)間（0,0. 8)之間進(jìn)行選擇；信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生 的脈沖信號(hào)串具有：（1)從集合C中選擇n個(gè)滴答聲脈沖，n根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，在區(qū)間[2， 10000]之間進(jìn)行選擇；（2)每兩個(gè)相同的相鄰脈沖之間組成一個(gè)速度測量塊；(3)任何相鄰 單脈沖之間的時(shí)間間隔b，i= 1，2,…，p;j= 1，2,…，p可以不相等；（4)同一個(gè)塊內(nèi)兩 個(gè)相鄰脈沖之間的間隔記為tn，i= 1，2,…，p。
[0011] 數(shù)據(jù)處理與顯示模塊中存儲(chǔ)有上述所使用的n個(gè)滴答聲脈沖，并將這n個(gè)滴答聲 脈沖作為后續(xù)進(jìn)行拷貝相關(guān)處理的參考脈沖；拷貝相關(guān)處理運(yùn)算是指將原信號(hào)拷貝一份作 為參數(shù)信號(hào)，然后，使用接收到的信號(hào)與參數(shù)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算；數(shù)據(jù)處理與顯示模塊對(duì) 接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝相關(guān)處理，然后，根據(jù)拷貝相關(guān)處理結(jié)果求取同一個(gè)塊中相鄰脈沖 間的時(shí)間間隔冗1工…，注意，當(dāng)測速裝置與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，有匕_ 1成 立；進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)處理與顯示模塊計(jì)算得出多普勒頻移因子A= 其中，v 和c分別代表水下目標(biāo)在1時(shí)間段內(nèi)的平均運(yùn)動(dòng)速度和聲速；利用A,.=($/&)-l= 式， 就能獲得水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度。
[0012] 信號(hào)產(chǎn)生模塊由序列組合器和序列緩存器組成；信號(hào)產(chǎn)生模塊根據(jù)測速需求分析 模塊的輸出參數(shù)，從其存儲(chǔ)器中選擇抹香鯨滴答聲脈沖信號(hào)，并通過序列組合器按多普勒 測原理對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行組合和脈沖間時(shí)間間隔設(shè)置并存儲(chǔ)在序列緩存器中，然后，將信號(hào) 輸出至功放模塊。
[0013] 基于抹香鯨滴答聲的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)隱蔽測速方法，包括如下步驟：選擇抹香鯨滴 答聲脈沖信號(hào)，并按塊多普勒測原理對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行組合和脈沖間時(shí)間間隔設(shè)置，然后，對(duì) 信號(hào)進(jìn)行功率放大后，將滴答聲脈沖信號(hào)發(fā)向水下；
[0014] 滴答聲脈沖信號(hào)經(jīng)水下目標(biāo)反射后，傳輸至水聽器；
[0015] 對(duì)接收到來自水聽器的數(shù)據(jù)進(jìn)行測速計(jì)算，然后進(jìn)行顯示。
[0016] 符合測速要求的抹香鯨滴答聲脈沖篩選方法：
[0017] 從抹香鯨群滴答聲數(shù)據(jù)庫中，以模糊函數(shù)為準(zhǔn)則，通過計(jì)算機(jī)遍歷的方法，篩選出 距離分辨力高且速度容忍性好的滴答聲單脈沖，組成集合C;注意應(yīng)保證集合C的單脈沖都 具有良好的自相關(guān)性，且集合C中任意兩個(gè)單脈沖之間的互相關(guān)結(jié)果都小于閾值W。
[0018] 對(duì)接收到來自水聽器的數(shù)據(jù)進(jìn)行測速計(jì)算：產(chǎn)生的脈沖信號(hào)串的特點(diǎn)：（1)從集 合C中選擇n個(gè)滴答聲脈沖；（2)每兩個(gè)相同的相鄰脈沖之間組成一個(gè)速度測量塊；（3)任 何相鄰單脈沖之間的時(shí)間間隔b，i= 1，2,…，n;j= 1，2,…，p可不相等；(4)同一個(gè)塊 內(nèi)兩個(gè)相鄰脈沖之間的間隔記為tn，i= 1，2,…，p;
[0019] 對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝相關(guān)處理，然后，根據(jù)拷貝相關(guān)結(jié)果求取同一個(gè)塊 中相鄰脈沖間的時(shí)間間隔心丨=I二.…,有/,, * 7：成立；計(jì)算得出多普勒頻移因子 ▲夂(石/4)-1 =v7c，其中，v和c分別代表水下目標(biāo)在石時(shí)間段內(nèi)的平均運(yùn)動(dòng)速度和聲速； 利用A,. =C//".)-1 =Wr式，就能獲得水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度。
[0020] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)與效果：
[0021] (1)本發(fā)明中，采用抹香鯨滴答聲脈沖信號(hào)作為實(shí)現(xiàn)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)測速的發(fā)射信 號(hào)，使敵人誤以為接收到的信號(hào)來自抹香鯨而非主動(dòng)測速裝置，起到偽裝主動(dòng)測速裝置的 作用，提高主動(dòng)測速裝置偽裝隱蔽的能力，降低其被截獲的概率；
[0022] (2)本發(fā)明中，首先優(yōu)選出距離分辨力高且速度容忍性好的抹香鯨滴答聲單脈沖， 然后，對(duì)塊多普勒測速方法進(jìn)行改進(jìn)，并將抹香鯨滴答聲脈沖引入到改進(jìn)的塊多普勒測速 方法中，實(shí)現(xiàn)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度的測量；
[0023] (3)本發(fā)明中，使用許多個(gè)不同的滴答聲脈沖而不是一個(gè)或幾個(gè)滴答聲脈沖，來實(shí) 現(xiàn)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度的測量，以進(jìn)一步提尚滴答聲發(fā)射彳目號(hào)脈沖串的偽裝能力，提尚測速 裝置的隱