CN104569918B - 一种稳健的水声遥测信标 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种稳健的水声遥测信标，属于水声遥测、水声通信技术领域，是一种用于水下目标航行参数实时遥测的声信标；该水声遥测信标采用组合双脉冲之间的相对时延值，结合其频率差进行实时编码；其遥测参数类型可利用帧行信息进行识别，定位信息与参数编码信息相互独立，该水声遥测信标是一种可与靶场通用跟踪测量***，W3***相兼容的新型水声遥测信标，采用上述的水声遥测信标可实时完成水下目标的航行参数遥测，具有结构简单、测量精度高、性能可靠、抗干扰性强、误码率低等优点，降低存在重要试验数据丢失的风险。

Description

一种稳健的水声遥测信标
技术领域
本发明涉及一种稳健的水声遥测信标，特别是一种可适合于复杂水环境且稳健的水声遥测信标，属于水声遥测、水声通信技术领域。
背景技术
目前，水下目标的航行参数信息，多数需要在试验结束后通过内测***获得。这种传统的遥测信标存在实时性不高，较难与本次试验的航行弹道相匹配等不足。如果试验过程中发生“沉雷”事故，还存在重要试验数据丢失的风险。因此，本发明设计了一种能通过水声信道实时获得水下目标航行参数且稳健的水声遥测信标，这种稳健的遥测信标能降低试验风险以及重要试验数据丢失的风险，从而提高试验效率。另外，对于新型智能鱼雷来说，实时获得航行姿态，对于掌握其航行状态，特别是其攻击效果（如垂直命中角）来说是非常重要的。航行参数遥测的目的，就是将水下目标的航行姿态等参数信息实时编码发射，通过水声传播后，在接收端通过解码及相应信号处理，以实时获得其航行姿态等信息。水声遥测信标是航行参数声学遥测的关键，直接影响遥测功能及性能。由于声环境的复杂多变性，声学遥测信标多由调频脉冲（线性调频、双曲调频、混沌调频等）、单频脉冲，或多种脉冲信号组合而成。信标的编码调制方式有多种（如FSK、MFSK、PSK、OFDM等），但在工程实用上均有一定的应用范围，因此，很难满足水下航行参数信息的多样性，同时往往还会出现测量精度低、性能可靠性低、抗干扰性弱、误码率高等。
发明内容
为解决上述的现有技术问题，本发明提供了一种结构简单、测量精度高、性能可靠、抗干扰性强、误码率低，降低重要试验数据丢失风险且可适合于复杂水环境且稳健的水声遥测信标。
本发明是这样实现：该水声遥测信标采用2s同步大周期，可以兼容靶场通用测量***要求，在兼容靶场以往跟踪***信标的基础上，采用双脉冲组合调制方式，利用脉冲信号之间时延值和频率差同时进行航行参数信息的精细编解码，所述的时延值编码调制完成航行参数的粗调制；所述的频率编码完成其参数值的精细调制，从而保证姿态角的遥测精度。
所述的水声遥测信标采用双脉冲信号之间的相对时延值结合频率差进行航行参数编码，具有帧行识别功能，并能利用帧行识别进行航行参数类型的识别。
采用双脉冲信号进行定位与遥测，利用正负线性调频脉冲信号进行帧行识别，并具备多普勒频偏修正功能。
采用组合双脉冲的相对时延值及频率差值进行航行参数深度、航向、俯仰、横滚的编码方式，结合接收端的相应信号处理获得其航行参数及定位信息。
该水声遥测信标还能够对航行参数类型编码进行识别；定位与遥测功能相互独立。
工作原理是：水下目标安装的3D声源产生图1所示的声信标信号，测量***将接收到的水声信号进行相应的信号处理和解算，完成水下目标的定位与遥测。其次，测量***接收到该信标信号后，首先区分其调制方式，然后通过频率估计及帧行识别来区分编码性质（即何种信息编码），然后对照表1进行解码，最终实时获得水下目标的航行姿态及位置信息。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据实施例子并结合附图，对本发明做进一步的说明，其中：
图1为航行参数遥测信标示意图；
图2为航行参数遥测频率差编码表。
表中的编码方式包含航行参数的遥测，如深度、航向、俯仰、横滚等角度，其中深度值频率差编码台阶为0.4m（由帧信号fCWd编码），而其他参数频率差编码台阶为0.8°(由行信号fCWd编码）。
具体实施方式
图1为航行参数遥测信标示意图；表1为航行参数遥测频率差编码表；见图所示。水下目标安装的3D声源产生图1所示的声信标信号，测量***将接收到的水声信号进行相应的信号处理和解算，完成水下目标的定位与遥测。其次，测量***接收到该信标信号后，首先区分其调制方式，然后通过频率估计及帧行识别来区分编码性质（即何种信息编码），然后对照表1进行解码，最终实时获得水下目标的航行姿态及位置信息。
图1中的+LFM、-LFM分别为正负线性调频信号，脉宽均为5ms。t0为小测量周期，t0=0.5s，每个t0时间内含有两个组合脉冲，分别为CW1/CWd、LFM，其中第一个t0为CW1/CWd、+LFM（帧信号），第二、三、四个t0为CW1/CWd、-LFM（行信号）。其中CW为固定频率的单频脉冲信号，中心频率为75kHz/55kHz，脉宽均为5ms；t1为深度的时延调制值，t1=40.96ms～81.92ms，t2～t4分别为航行参数（航向角、俯仰角、横滚角）的时延值粗调试，调制范围是40.96ms～81.92ms；CWd为航行参数精细频率差调制脉冲，脉宽为3ms，其中心频率见表1所示。
CW/CWd为组合单频调制脉冲信号，包含多普勒修正导频（CW）及航行参数（包含深度、姿态角等）精确测量编码调制信号；实际定位周期为0.5s，航行参数遥测周期为2s。
进一步的，该水声遥测信标采用2s同步大周期，可以兼容靶场通用测量***要求，在兼容靶场以往跟踪***信标的基础上，采用双脉冲组合调制方式，利用脉冲信号之间时延值和频率差同时进行航行参数信息的精细编解码，所述的时延值编码调制完成航行参数的粗调制；所述的频率编码完成其参数值的精细调制，从而保证姿态角的遥测精度。
进一步的，所述的水声遥测信标采用双脉冲信号之间的相对时延值结合频率差进行航行参数编码，具有帧行识别功能，并能利用帧行识别进行航行参数类型的识别。
进一步的，采用双脉冲信号进行定位与遥测，利用正负线性调频脉冲信号进行帧行识别，并具备多普勒频偏修正功能。
进一步的，采用组合双脉冲的相对时延值及频率差值进行航行参数深度、航向、俯仰、横滚的编码方式，结合接收端的相应信号处理获得其航行参数及定位信息。
进一步的，该水声遥测信标还能够对航行参数类型编码进行识别；定位与遥测功能相互独立。
综上所述，与其他调制方式相比较，这种采用时延值与频率编码相结合的一种稳健的水声遥测信标遥测方式较为成熟，经过工程实践的检验。具有测量精度高，结构简单、抗干扰性强，遥测误码率低等优点，同时，该信标与靶场通用测量***（W3）相兼容。

Claims (5)

1.一种稳健的水声遥测信标，其特征在于：该水声遥测信标采用2s同步大周期，可以兼容靶场通用测量***要求，在兼容靶场以往跟踪***信标的基础上，采用帧信号和行信号双脉冲组合调制方式，利用脉冲信号之间相对的时延值和频率差同时进行航行参数信息的精细编码和精细解码，
时延值编码调制完成航行参数的粗调制；
频率编码完成航行参数值的精细调制，从而保证姿态角的遥测精度；
所述的水声遥测信标采用双脉冲信号之间相对的时延值结合频率差进行航行参数编码，具有帧行识别功能，并能利用帧行识别进行航行参数类型的识别；
t0设定为小测量周期，t0=0.5s，每个t0时间内含有两个组合脉冲，分别为CW1/CWd、LFM，其中第一个t0为CW1/CWd、+LFM是帧信号；第二、三、四个t0为CW1/CWd、-LFM是行信号；其中CW1为固定频率的单频脉冲信号；CWd为航行参数精细频率差调制脉冲；CW1 /CWd为组合单频调制脉冲信号；+LFM、-LFM分别为正负线性调频信号。
2.根据权利要求1所述的一种稳健的水声遥测信标，其特征在于：采用双脉冲信号进行定位与遥测，利用正负线性调频脉冲信号进行帧行识别，并具备多普勒频偏修正功能。
3.根据权利要求1所述的一种稳健的水声遥测信标，其特征在于：采用组合双脉冲的相对时延值及频率差值进行航行参数深度、航向、俯仰、横滚的编码方式，结合接收端的相应信号处理获得其航行参数及定位信息。
4.根据权利要求1所述的一种稳健的水声遥测信标，其特征在于：该水声遥测信标还能够对航行参数类型的编码进行识别。
5.根据权利要求2所述的一种稳健的水声遥测信标，其特征在于：定位与遥测功能相互独立。
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