一种基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统的制作方法

本发明涉及一种基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统，属于海上靶场测量领域。

背景技术：

导弹等制导射击武器的性能一般在弹体与靶标遭遇段得到较为集中的体现，而武器的杀伤效果同目标特性、战斗装药、引信、武器的射击或制导精度有关。远程导弹攻击距离远，作用半径大，试射靶场区域广，已由陆地延伸到海洋，弹着点的精确测量对于远程导弹攻击精度评价有着至关重要的意义。目前陆地靶场的弹着点测量可以通过现场观察和事后处理的方式进行，然而海上靶场的弹着点只能在导弹击水的那一瞬间被观测到，因此海上靶场弹着点的测量技术难度比陆地靶场更为困难。目前，针对海上导弹落点测量的方法主要有水柱雷达、航测、空气声学测量等，但是在实际应用中发现这些测量方式的环境适应性弱，特别是在夜间、恶劣天气(大雾、强降水等)、恶劣海况下，这些方法几乎无法进行测量，给海上导弹测试和性能评估带来很大困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统，该测量系统采用水声测量原理，利用声波测量导弹落点，受环境制约小，能够在夜间、恶劣天气、恶劣海况下完成测量。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统，包括浮标阵列和显控系统，其中浮标阵列由N-1个光纤水听器声呐浮标和1个综合处理浮标组成，其中：

N-1个光纤水听器声呐浮标将接收的海洋环境的声信号转换为光信号，从光信号中解调出声信号，并从声信号中识别出导弹击水时刻信息，同时计算光纤水听器的大地坐标，并接收海洋环境的声速，将所述导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速发送给综合处理浮标；

综合处理浮标将接收的海洋环境的声信号转换为光信号，从光信号中解调出声信号，并从声信号中识别出导弹击水时刻信息；计算光纤水听器的大地坐标；接收海洋环境的声速；同时接收N-1个光纤水听器声呐浮标发送的N-1个导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速，得到N个导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速；根据所述N个导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速解算出导弹落点，并发送给显控系统；

显控系统对接收的导弹落点信息进行显示，并控制浮标阵列的上电和断电。

在上述基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统中，N-1个光纤水听器声呐浮标包括设于水下的声波拾取设备和浮于水面的浮体，其中声波拾取设备包括光纤水听器、声速传感器和三维数字罗盘，浮体内部设有光纤水听器调制解调模块、数据采集处理与控制模块、无线通讯收发模块和GPS/BD2接收机，其中：

光纤水听器：将接收的海洋环境的声信号转换为光信号，并将光信号发送给光纤水听器调制解调模块；

光纤水听器调制解调模块：将从光纤水听器接收的光信号中解调出声信号，并将所述声信号发送给数据采集处理与控制模块；

数据采集处理与控制模块：接收GPS/BD2接收机发送的光纤水听器声呐浮标的大地坐标和三维数字罗盘发送的光纤水听器声呐浮标的俯仰角和偏航角，计算得到光纤水听器的大地坐标；将从光纤水听器调制解调模块接收的声信号中识别出导弹击水时刻信息；从声速传感器接收海洋环境的声速；将所述光纤水听器的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速进行编码封帧，转换为要求的格式发送给无线通讯收发模块，同时备份至数据采集处理与控制模块中；

声速传感器：采集海洋环境的声速，发送给数据采集处理与控制模块；

三维数字罗盘：测量光纤水听器声呐浮标的俯仰角和偏航角，并发送给数据采集处理与控制模块；

GPS/BD2接收机：获得光纤水听器声呐浮标的大地坐标发送给数据采集处理与控制模块；

无线通讯收发模块：将从数据采集处理与控制模块接收的所述光纤水听器的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速发送给综合处理浮标。

在上述基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统中，还包括上断电控制器和供电模块，其中光纤水听器声呐浮标入水前供电模块的供电开关打开对无线通讯收发模块和上断电控制器供电，光纤水听器声呐浮标全部放入水中后，显控系统通过无线通讯收发模块对上断电控制器发送上断电指令，上断电控制器对光纤水听器声呐浮标各设备上电和断电；无线通讯收发模块和上断电控制器始终处于上电工作状态。

在上述基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统中，所述综合处理浮标包括设于水下的声波拾取设备和浮于水面的浮体，其中声波拾取设备包括光纤水听器、声速传感器和三维数字罗盘，浮体内部设有光纤水听器调制解调模块、数据采集处理与控制模块、无线通讯收发模块、GPS/BD2接收机和落点解算模块，其中：

光纤水听器：将接收的海洋环境的声信号转换为光信号，并将光信号发送给光纤水听器调制解调模块；

光纤水听器调制解调模块：将从光纤水听器接收的光信号中解调出声信号，并将所述声信号发送给数据采集处理与控制模块；

数据采集处理与控制模块：接收GPS/BD2接收机发送的光纤水听器声呐浮标的大地坐标和三维数字罗盘发送的光纤水听器声呐浮标的俯仰角和偏航角，计算得到光纤水听器的大地坐标；将从光纤水听器调制解调模块接收的声信号中识别出导弹击水时刻信息；从声速传感器接收海洋环境的声速；将所述光纤水听器的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速进行编码封帧，转换为要求的格式发送给无线通讯收发模块，同时备份至数据采集处理与控制模块中；

声速传感器：采集海洋环境的声速，发送给数据采集处理与控制模块；

三维数字罗盘：测量光纤水听器声呐浮标的俯仰角和偏航角，并发送给数据采集处理与控制模块；

GPS/BD2接收机：获得光纤水听器声呐浮标的大地坐标发送给数据采集处理与控制模块；

无线通讯收发模块：将从数据采集处理与控制模块接收的所述光纤水听器的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速发送给落点解算模块；

落点解算模块：接收N-1个光纤水听器声呐浮标发送的光纤水听器的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速；接收综合处理浮标的无线通讯收发模块发送的光纤水听器的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速；根据N个导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速解算出导弹落点，并发送给显控系统。

在上述基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统中，还包括上断电控制器和供电模块，其中光纤水听器声呐浮标入水前供电模块供电开关打开对无线通讯收发模块和上断电控制器供电，光纤水听器声呐浮标全部放入水中后，显控系统通过无线通讯收发模块对上断电控制器发送上断电指令，上断电控制器对光纤水听器声呐浮标各设备上电和断电；无线通讯收发模块和上断电控制器始终处于上电工作状态。

在上述基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统中，所述落点解算模块采用球面交汇原理解算导弹落点。

在上述基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统中，解算导弹落点的具体方法为：以每个光纤水听器为圆心，以导弹击水点到光纤水听器的距离为半径作球，每三个球都会交汇在击水点，选取最先接收到声信号的光纤水听器为基准，再选取任意3个光纤水听器，结合导弹击水时刻信息和海洋声速，得到导弹击水点到达所述4个光纤水听器的水声直达波时延差，再结合各个光纤水听器的大地坐标，利用三角形关系解算出交汇点的大地坐标，即可获得导弹击水点的坐标。

在上述基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统中，所述浮于水面的浮体外部浮于水面上的部分设有天线。

在上述基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统中，由N-1个光纤水听器声呐浮标和1个综合处理浮标组成的浮标阵列中各个浮标的连线组成多边形，所述多边形为正多边形、菱形、正方形或正五边形。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统，通过在海上靶区布设若干声呐浮标构成测量基线阵列，通过测量导弹击水声信号，采用球面交汇原理得到导弹落点，该方法采用水声测量原理，利用声波测量导弹落点，受环境制约小，能够在夜间、恶劣天气、恶劣海况下完成测量。

(2)、本发明采用光纤水听器声呐浮标进行测量，根据靶区大小，定位精度要求，海域特性，可以随时调整阵元数目、阵型结构和阵型尺寸，以满足定位需求，灵活性高。

(3)、本发明由于光纤水听器声呐浮标是可复用的，而且各个光纤水听器声呐浮标之间的距离较远，即便某个标被导弹击中，其它标在任务执行后仍旧能保证性能正常，维修成本低，降低了经济成本。

附图说明

图1为本发明海上弹落点测量系统工作模式示意图；

图2为本发明光纤水听器声呐浮标示意图；

图3为本发明海上弹落点测量系统中光纤水听器声呐浮标和综合处理浮标组成结构及工作原理框图；

图4为本发明球面交汇原理示意图；

图5为光纤水听器大地坐标解算示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明基于光纤水听器声呐浮标的海上弹落点测量系统，包括浮标阵列和显控系统2，其中浮标阵列由N-1个光纤水听器声呐浮标1和1个综合处理浮标3组成，为便于描述，本发明以4个光纤水听器声呐浮标1和1个综合处理浮标3为例进行说明，其中，综合处理浮标3具备光纤水听器声呐浮标1的全部功能。

如图1所示为本发明海上弹落点测量系统工作模式示意图，其中四个光纤水听器声呐浮标1和1个综合处理浮标3组成圆形阵列，各个浮标之间的连线组成正五边形。浮标之间的连线也可以为菱形、正方形、正多边形及其他多边形或不规则形状。本实施例中各个浮标之间的直线距离大于200米。

其中四个光纤水听器声呐浮标1将接收的海洋环境的声信号转换为光信号，从光信号中解调出声信号，并从声信号中识别出导弹击水时刻，同时计算光纤水听器的大地坐标，接收海洋环境的声速，将所述导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速发送给综合处理浮标3。

综合处理浮标3将接收的海洋环境的声信号转换为光信号，从光信号中解调出声信号，并从声信号中识别出导弹击水时刻，计算光纤水听器的大地坐标，接收海洋环境的声速，同时接收四个光纤水听器声呐浮标1发送的四个导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速，得到五个导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速；根据五个导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速解算出导弹落点，并发送给显控系统2。

显控模块2对接收的导弹落点信息进行显示，并控制浮标阵列的上电和断电。

如图2所示为本发明光纤水听器声呐浮标示意图；图3所示为本发明海上弹落点测量系统中光纤水听器声呐浮标和综合处理浮标组成结构及工作原理框图。

如图2所示，每个光纤水听器声呐浮标1包括设于水下的声波拾取设备和浮于水面的浮体11，其中声波拾取设备包括光纤水听器103、声速传感器105和三维数字罗盘106，浮体11内部设有光纤水听器调制解调模块104、数据采集处理与控制模块107、无线通讯收发模块110、GPS/BD2接收机102，上断电控制器108和供电模块109。浮于水面的浮体11外部浮于水面上的部分设有天线101。

光纤水听器103：将接收的海洋环境的声信号转换为光信号，并将光信号发送给光纤水听器调制解调模块104。

光纤水听器调制解调模块104：将从光纤水听器103接收的光信号中解调出声信号，并将所述声信号发送给数据采集处理与控制模块107。

数据采集处理与控制模块107：接收GPS/BD2接收机102发送的光纤水听器声呐浮标1的大地坐标和三维数字罗盘106发送的光纤水听器声呐浮标1的俯仰角和偏航角，计算得到光纤水听器103的大地坐标；将从光纤水听器调制解调模块104接收的声信号中识别出导弹击水时刻信息；从声速传感器105接收海洋环境的声速；将所述光纤水听器103的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速进行编码封帧，转换为要求的格式发送给无线通讯收发模块110，同时备份至数据采集处理与控制模块107中。

其中根据光纤水听器声呐浮标1的大地坐标和光纤水听器声呐浮标1的俯仰角和偏航角计算得到光纤水听器103的大地坐标的具体方法为：

如图5所示为光纤水听器大地坐标解算示意图，当光纤水听器声呐浮标1的大地坐标(即GPS/BD2接收机102的大地坐标)确定后，由于GPS到光纤水听器103为刚性连接，所以GPS到光纤水听器103的距离l是固定的，通过三维电子罗盘106测出声呐浮标的俯仰角θ和偏航角将l向X、Y、Z轴投影，即可得到光纤水听器103和GPS102的相对位置关系，再根据GPS的大地坐标即可得出光纤水听器103的大地坐标。

声速传感器105：采集海洋环境的声速，发送给数据采集处理与控制模块107。

三维数字罗盘106：测量光纤水听器声呐浮标1的俯仰角、偏航角和滚转角，并发送给数据采集处理与控制模块107。

GPS/BD2接收机102:获得光纤水听器声呐浮标1的大地坐标发送给数据采集处理与控制模块107。

无线通讯收发模块110：将从数据采集处理与控制模块107接收的所述光纤水听器103的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速发送给综合处理浮标3。

对于上断电控制器108和供电模块109，其中光纤水听器声呐浮标1入水前供电模块109供电开关打开对无线通讯收发模块110和上断电控制器108供电，光纤水听器声呐浮标1全部放入水中后，显控系统2通过无线通讯收发模块110对上断电控制器108发送上断电指令，上断电控制器108对光纤水听器声呐浮标1各设备上电和断电；无线通讯收发模块110和上断电控制器108始终处于上电工作状态。

综合处理浮标3具备光纤水听器声呐浮标1的上述全部功能，同时还具备导弹落点解算功能，具体包括设于水下的声波拾取设备和浮于水面的浮体11，其中声波拾取设备包括光纤水听器103、声速传感器105和三维数字罗盘106，浮体11内部设有光纤水听器调制解调模块104、数据采集处理与控制模块107、无线通讯收发模块110、GPS/BD2接收机102、上断电控制器108、供电模块109和落点解算模块112。

光纤水听器103：将接收的海洋环境的声信号转换为光信号，并将光信号发送给光纤水听器调制解调模块104。

光纤水听器调制解调模块104：将从光纤水听器103接收的光信号中解调出声信号，并将所述声信号发送给数据采集处理与控制模块107。

数据采集处理与控制模块107：接收GPS/BD2接收机102发送的光纤水听器声呐浮标1的大地坐标和三维数字罗盘106发送的光纤水听器声呐浮标1的俯仰角和偏航角，计算得到光纤水听器103的大地坐标；将从光纤水听器调制解调模块104接收的声信号中识别出导弹击水时刻信息；从声速传感器105接收海洋环境的声速；将所述光纤水听器103的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速进行编码封帧，转换为要求的格式发送给无线通讯收发模块110，同时备份至数据采集处理与控制模块107中。

声速传感器105：采集海洋环境的声速，发送给数据采集处理与控制模块107。

三维数字罗盘106：测量光纤水听器声呐浮标1的俯仰角和偏航角，并发送给数据采集处理与控制模块107。

GPS/BD2接收机102:获得光纤水听器声呐浮标1的大地坐标发送给数据采集处理与控制模块107。

无线通讯收发模块110：将从数据采集处理与控制模块107接收的所述光纤水听器103的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速发送给落点解算模块112。

落点解算模块112：接收四个光纤水听器声呐浮标1发送的光纤水听器103的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速；接收综合处理浮标3的无线通讯收发模块110发送的光纤水听器103的大地坐标、导弹击水时刻信息、海洋环境的声速；根据五个导弹击水时刻信息、光纤水听器的大地坐标以及海洋环境的声速解算出导弹落点，并发送给显控系统2。

落点解算模块(112)采用球面交汇原理解算导弹落点，具体方法如下：

球面交汇原理主要是以各测量水听器为圆心基准点，建立球面交汇方程，通过测量击水点到达各水听器探头的时延差，求解击水点的空间位置。在本系统中的实现方法如下：

以每个光纤水听器103为圆心，以导弹击水点到光纤水听器103的距离为半径作球，每三个球都会交汇在击水点，虽然击水点到达各光纤水听器103的距离无法直接获得，但是可以选取最先接收到的水听器为基准，即选取最先接收到声信号的光纤水听器103为基准，再选取任意3个光纤水听器103，结合导弹击水时刻信息和海洋声速(接收到海洋声速的平均值)，测量导弹击水点到达所述4个光纤水听器103的水声直达波时延差，(平面坐标只需再选取另外2支水听器即可)，如图4所示为本发明球面交汇原理示意图；再结合各个光纤水听器103的大地坐标，利用三角形关系解算出交汇点的大地坐标，即可获得导弹击水点的坐标。

对于上断电控制器108和供电模块109，其中光纤水听器声呐浮标1入水前供电模块109供电开关打开对无线通讯收发模块110和上断电控制器108供电，光纤水听器声呐浮标1全部放入水中后，显控系统2通过无线通讯收发模块110对上断电控制器108发送上断电指令，上断电控制器108对光纤水听器声呐浮标1各设备上电和断电；无线通讯收发模块110和上断电控制器108始终处于上电工作状态。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。