一种舰船轴频电场检测系统及方法与流程

1.本发明涉及舰船技术领域，尤其是一种舰船轴频电场检测系统及方法。


背景技术：

2.起源于腐蚀、防腐及电气设备的水下电场信号是舰船的重要暴露源，它包含了目标腐蚀及防腐状态、螺旋桨转动状态、用电设备工作状态、航行方位等丰富的信息，可用于目标探测、识别和定位。传统的舰船目标声探测手段较为成熟，随着减振降噪和电力推进技术的发展，再加上声线弯曲等，限制了对水中目标的声探测能力，特别是在海域环境较为恶劣时，声波的传递受阻，不能够相对准确的进行舰船的定位。相比于声场，水下电场探测具备受水文气象条件影响小、探测性能稳定、隐蔽性好等优点，在远近海域均适宜使用。螺旋桨转动调制腐蚀或防腐电流，而产生以螺旋桨转动频率为基频的极低频电场——轴频电场，它具有明显的线谱特征，且能够传播较远的距离，因此已经作为水下探测的理想信号源之一。但是，由于海水的导电性，轴频电场信号会随着传播距离的增大迅速衰减，很容易受到测量装置的自噪声和海洋环境电场的影响，这就给探测带来了困难。


技术实现要素：

3.本发明的目的是通过提出一种舰船轴频电场检测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的缺陷。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.提供一种舰船轴频电场检测系统及方法，包括如下步骤：
6.s1.1：录入不同类型舰船螺旋桨速度范围及对应轴频进行存储；
7.s1.2：在检测舰船船底安装电场测量系统对水中信号进行检测；
8.s1.3：通过构建函数模型对测得的被检测舰船信号数据进行噪声处理并确认被检测舰船基本信息；
9.s1.4：再次测量被检测舰船信号，获得被检测舰船位置、前进方向及前进速度；
10.s1.5：可视化屏幕模拟显示被检测舰船行驶状态。
11.作为本发明的一种优选技术方案：所述s1.1中不同类型舰船包括油船、大型货船、普通货船、客船、护卫舰和驱逐舰。
12.作为本发明的一种优选技术方案：所述s1.2中电场测量系统包括ag/agcl电场传感器、电池模块、信号采集处理模块和供电电路。
13.作为本发明的一种优选技术方案：所述s1.3中函数模型建立步骤如下：
14.y(n)＝a
t
(n)x(n)
15.b(n)＝c(n)-a
t
(n)x(n)
16.a(n+1)＝a(n)+2λx(n)b(n)
17.其中，x(n)为被检测舰船的信号输入向量，
18.x(n)＝[x1(n),x2(n),,
…
x
i-1
(n)]
t
[0019]
y(n)为被检测舰船的信号输出，b(n)为误差信号，c(n)为期望信号，a(n)为n时刻滤波器的权向量；
[0020]
a(n)＝[a1(n),a2(n),,
…ai-1
(n)]
t
[0021]
λ为步长参数，其中，λ的收敛条件为：
[0022]
0＜λ＜1/μ
max
[0023]
其中，μ
max
为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
[0024]
作为本发明的一种优选技术方案：通过反比例中心对称函数建立函数关系，并进行变换、替换，得到：
[0025][0026]
其中，λ(n)为步长参数；
[0027]
加入参数：
[0028][0029]
其中，γ为形状参数，τ为限定参数。
[0030]
作为本发明的一种优选技术方案：在权向量更新过程中引入干扰变量：
[0031]
a(n+1)＝a(n)+λ(n)x(n)b(n)+tα(n)(|b(n)|-|b(n-1)|)
[0032]
其中，t为单位列向量，维数与权向量相同，α(0)＞0，α(n)为衰减函数，其衰减系数小于1。
[0033]
作为本发明的一种优选技术方案：所述干扰变量用于稳定对被检测舰船信号的追踪。
[0034]
作为本发明的一种优选技术方案：所述s1.3中被检测舰船基本信息包括被检测舰船的转动轴数据信息和舰船类型信息。
[0035]
作为本发明的一种优选技术方案：所述s1.4中函数对被检测舰船轴频电场信号进行噪声处理后保持跟踪，稳定跟踪后，分别对被检测舰船信号间隔一段时间进行两次检测，获得被检测舰船位置、前进方向及前进速度。
[0036]
一种舰船轴频电场检测系统，包括：
[0037]
检测模块：用于通过电场传感器检测接收被检测舰船轴频电场数据；
[0038]
处理模块：用于根据收集的数据信息通过建立的函数模型对接收的被检测舰船轴频电场信号进行噪声处理；
[0039]
追踪模块：用于根据建立的函数模型对被检测舰船进行追踪，获取被检测舰船状态信息；
[0040]
可视化模块：用于根据获取的被检测舰船信息模拟被检测舰船状态；
[0041]
数据存储模块：用于录入不同类型舰船螺旋桨速度范围及对应轴频进行存储，存储各模块的数据信息，并与各模块进行数据交互。
[0042]
本发明提供的舰船轴频电场检测系统及方法，与现有技术相比，其有益效果有：
[0043]
本发明通过对被检测的舰船轴频电场信号的噪声进行处理，能够对被检测舰船的轴频信号进行稳定追踪，并通过对舰船轴频信号进行连续检测，可以根据信号位置获得被
检测舰船的前进状态，并通过可视化屏幕进行舰船前进状态模拟，便于对被检测舰船进行检测定位并及时采取应对措施。
附图说明
[0044]
图1为本发明优选实施例的方法流程图；
[0045]
图2为本发明优选实施例中系统框图。
[0046]
图中各个标记的意义为：100、检测模块；200、处理模块；300、追踪模块；400、可视化模块；500、数据存储模块。
具体实施方式
[0047]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
参照图1，本发明优选实施例提供了一种舰船轴频电场检测系统及方法，包括如下步骤：
[0049]
s1.1：录入不同类型舰船螺旋桨速度范围及对应轴频进行存储；
[0050]
s1.2：在检测舰船船底安装电场测量系统对水中信号进行检测；
[0051]
s1.3：通过构建函数模型对测得的被检测舰船信号数据进行噪声处理并确认被检测舰船基本信息；
[0052]
s1.4：再次测量被检测舰船信号，获得被检测舰船位置、前进方向及前进速度；
[0053]
s1.5：可视化屏幕模拟显示被检测舰船行驶状态。
[0054]
所述s1.1中不同类型舰船包括油船、大型货船、普通货船、客船、护卫舰和驱逐舰。
[0055]
所述s1.2中电场测量系统包括ag/agcl电场传感器、电池模块、信号采集处理模块和供电电路。
[0056]
所述s1.3中函数模型建立步骤如下：
[0057]
y(n)＝a
t
(n)x(n)
[0058]
b(n)＝c(n)-a
t
(n)x(n)
[0059]
a(n+1)＝a(n)+2λx(n)b(n)
[0060]
其中，x(n)为被检测舰船的信号输入向量，
[0061]
x(n)＝[x1(n),x2(n),,
…
x
i-1
(n)]
t
[0062]
y(n)为被检测舰船的信号输出，b(n)为误差信号，c(n)为期望信号，a(n)为n时刻滤波器的权向量；
[0063]
a(n)＝[a1(n),a2(n),,
…ai-1
(n)]
t
[0064]
λ为步长参数，其中，λ的收敛条件为：
[0065]
0＜λ＜1/μ
max
[0066]
其中，μ
max
为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
[0067]
通过反比例中心对称函数建立函数关系，并进行变换、替换，得到：
[0068][0069]
其中，λ(n)为步长参数；
[0070]
加入参数：
[0071][0072]
其中，γ为形状参数，τ为限定参数。
[0073]
在权向量更新过程中引入干扰变量：
[0074]
a(n+1)＝a(n)+λ(n)x(n)b(n)+tα(n)(|b(n)|-|b(n-1)|)
[0075]
其中，t为单位列向量，维数与权向量相同，α(0)＞0，α(n)为衰减函数，其衰减系数小于1。
[0076]
所述干扰变量用于稳定对被检测舰船信号的追踪。
[0077]
所述s1.3中被检测舰船基本信息包括被检测舰船的转动轴数据信息和舰船类型信息。
[0078]
所述s1.4中函数对被检测舰船轴频电场信号进行噪声处理后保持跟踪，稳定跟踪后，分别对被检测舰船信号间隔一段时间进行两次检测，获得被检测舰船位置、前进方向及前进速度。
[0079]
一种舰船轴频电场检测系统，包括：
[0080]
检测模块100：用于通过电场传感器检测接收被检测舰船轴频电场数据；
[0081]
处理模块200：用于根据收集的数据信息通过建立的函数模型对接收的被检测舰船轴频电场信号进行噪声处理；
[0082]
追踪模块300：用于根据建立的函数模型对被检测舰船进行追踪，获取被检测舰船状态信息；
[0083]
可视化模块400：用于根据获取的被检测舰船信息模拟被检测舰船状态；
[0084]
数据存储模块500：用于录入不同类型舰船螺旋桨速度范围及对应轴频进行存储，存储各模块的数据信息，并与各模块进行数据交互。
[0085]
实施例一：
[0086]
本实施例中，检测模块100通过电场传感器检测接收被检测舰船轴频电场数据，电场测量系统包括ag/agcl电场传感器、电池模块、信号采集处理模块和供电电路。
[0087]
处理模块200通过构建函数模型对测得的被检测舰船信号数据进行噪声处理
[0088]
函数模型建立步骤如下：
[0089]
y(n)＝a
t
(n)x(n)
[0090]
b(n)＝c(n)-a
t
(n)x(n)
[0091]
a(n+1)＝a(n)+2λx(n)b(n)
[0092]
其中，x(n)为被检测舰船的信号输入向量，
[0093]
x(n)＝[x1(n),x2(n),,
…
x
i-1
(n)]
t
[0094]
y(n)为被检测舰船的信号输出，b(n)为误差信号，c(n)为期望信号，a(n)为n时刻滤波器的权向量；
[0095]
a(n)＝[a1(n),a2(n),,
…ai-1
(n)]
t
[0096]
λ为步长参数，其中，λ的收敛条件为：
[0097]
0＜λ＜1/μ
max
[0098]
其中，μ
max
为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
[0099]
通过反比例中心对称函数建立函数关系，并进行变换、替换，得到：
[0100][0101]
其中，λ(n)为步长参数；
[0102]
加入参数：
[0103][0104]
其中，γ为形状参数，τ为限定参数。
[0105]
在权向量更新过程中引入干扰变量，用于稳定对被检测舰船信号的追踪。：
[0106]
a(n+1)＝a(n)+λ(n)x(n)b(n)+tα(n)(|b(n)|-|b(n-1)|)
[0107]
其中，t为单位列向量，维数与权向量相同，α(0)＞0，α(n)为衰减函数，其衰减系数小于1。
[0108]
根据噪声处理后获得的信号获取被检测舰船的轴频电场为1.5hz，普通货船的螺旋桨速度范围为80～105r/min，对应轴频为1.33～1.75hz，确认被测量舰船为油船或大型货船。
[0109]
追踪模块300对被检测舰船轴频电场信号进行噪声处理后保持跟踪，稳定跟踪后，采集一次被测量舰船信号，间隔2s后对被检测舰船信号进行再次检测，根据三角函数计算获得被检测舰船位置、前进方向及前进速度。可视化模块400根据获取的被检测舰船信息模拟被检测舰船状态。
[0110]
实施例二：
[0111]
本实施例中，检测模块100通过电场传感器检测接收被检测舰船轴频电场数据，电场测量系统包括ag/agcl电场传感器、电池模块、信号采集处理模块和供电电路。
[0112]
处理模块200通过构建函数模型对测得的被检测舰船信号数据进行噪声处理
[0113]
函数模型建立步骤如下：
[0114]
y(n)＝a
t
(n)x(n)
[0115]
b(n)＝c(n)-a
t
(n)x(n)
[0116]
a(n+1)＝a(n)+2λx(n)b(n)
[0117]
其中，x(n)为被检测舰船的信号输入向量，
[0118]
x(n)＝[x1(n),x2(n),,
…
x
i-1
(n)]
t
[0119]
y(n)为被检测舰船的信号输出，b(n)为误差信号，c(n)为期望信号，a(n)为n时刻滤波器的权向量；
[0120]
a(n)＝[a1(n),a2(n),,
…ai-1
(n)]
t
[0121]
λ为步长参数，其中，λ的收敛条件为：
[0122]
0＜λ＜1/μ
max
[0123]
其中，μ
max
为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
[0124]
通过反比例中心对称函数建立函数关系，并进行变换、替换，得到：
[0125][0126]
其中，λ(n)为步长参数；
[0127]
加入参数：
[0128][0129]
其中，γ为形状参数，τ为限定参数。
[0130]
在权向量更新过程中引入干扰变量，用于稳定对被检测舰船信号的追踪。：
[0131]
a(n+1)＝a(n)+λ(n)x(n)b(n)+tα(n)(|b(n)|-|b(n-1)|)
[0132]
其中，t为单位列向量，维数与权向量相同，α(0)＞0，α(n)为衰减函数，其衰减系数小于1。
[0133]
根据噪声处理后获得的信号获取被检测舰船的轴频电场为2.1hz，普通货船的螺旋桨速度范围为120～140r/min，对应轴频为2～2.33hz，确认被测量舰船为普通货船。
[0134]
追踪模块300对被检测舰船轴频电场信号进行噪声处理后保持跟踪，稳定跟踪后，采集一次被测量舰船信号，间隔2s后对被检测舰船信号进行再次检测，根据三角函数计算获得被检测舰船位置、前进方向及前进速度。可视化模块400根据获取的被检测舰船信息模拟被检测舰船状态。
[0135]
实施例三：
[0136]
本实施例中，检测模块100通过电场传感器检测接收被检测舰船轴频电场数据，电场测量系统包括ag/agcl电场传感器、电池模块、信号采集处理模块和供电电路。
[0137]
处理模块200通过构建函数模型对测得的被检测舰船信号数据进行噪声处理
[0138]
函数模型建立步骤如下：
[0139]
y(n)＝a
t
(n)x(n)
[0140]
b(n)＝c(n)-a
t
(n)x(n)
[0141]
a(n+1)＝a(n)+2λx(n)b(n)
[0142]
其中，x(n)为被检测舰船的信号输入向量，
[0143]
x(n)＝[x1(n),x2(n),,
…
x
i-1
(n)]
t
[0144]
y(n)为被检测舰船的信号输出，b(n)为误差信号，c(n)为期望信号，a(n)为n时刻滤波器的权向量；
[0145]
a(n)＝[a1(n),a2(n),,
…ai-1
(n)]
t
[0146]
λ为步长参数，其中，λ的收敛条件为：
[0147]
0＜λ＜1/μ
max
[0148]
其中，μ
max
为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
[0149]
通过反比例中心对称函数建立函数关系，并进行变换、替换，得到：
[0150]
[0151]
其中，λ(n)为步长参数；
[0152]
加入参数：
[0153][0154]
其中，γ为形状参数，τ为限定参数。
[0155]
在权向量更新过程中引入干扰变量，用于稳定对被检测舰船信号的追踪。：
[0156]
a(n+1)＝a(n)+λ(n)x(n)b(n)+tα(n)(|b(n)|-|b(n-1)|)
[0157]
其中，t为单位列向量，维数与权向量相同，α(0)＞0，α(n)为衰减函数，其衰减系数小于1。
[0158]
根据噪声处理后获得的信号获取被检测舰船的轴频电场为2.5hz，普通货船的螺旋桨速度范围为140～180r/min，对应轴频为2.33～3hz，确认被测量舰船为客船。
[0159]
追踪模块300对被检测舰船轴频电场信号进行噪声处理后保持跟踪，稳定跟踪后，采集一次被测量舰船信号，间隔2s后对被检测舰船信号进行再次检测，根据三角函数计算获得被检测舰船位置、前进方向及前进速度。可视化模块400根据获取的被检测舰船信息模拟被检测舰船状态。
[0160]
实施例四：
[0161]
本实施例中，检测模块100通过电场传感器检测接收被检测舰船轴频电场数据，电场测量系统包括ag/agcl电场传感器、电池模块、信号采集处理模块和供电电路。
[0162]
处理模块200通过构建函数模型对测得的被检测舰船信号数据进行噪声处理
[0163]
函数模型建立步骤如下：
[0164]
y(n)＝a
t
(n)x(n)
[0165]
b(n)＝c(n)-a
t
(n)x(n)
[0166]
a(n+1)＝a(n)+2λx(n)b(n)
[0167]
其中，x(n)为被检测舰船的信号输入向量，
[0168]
x(n)＝[x1(n),x2(n),,
…
x
i-1
(n)]
t
[0169]
y(n)为被检测舰船的信号输出，b(n)为误差信号，c(n)为期望信号，a(n)为n时刻滤波器的权向量；
[0170]
a(n)＝[a1(n),a2(n),,
…ai-1
(n)]
t
[0171]
λ为步长参数，其中，λ的收敛条件为：
[0172]
0＜λ＜1/μ
max
[0173]
其中，μ
max
为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
[0174]
通过反比例中心对称函数建立函数关系，并进行变换、替换，得到：
[0175][0176]
其中，λ(n)为步长参数；
[0177]
加入参数：
[0178]
[0179]
其中，γ为形状参数，τ为限定参数。
[0180]
在权向量更新过程中引入干扰变量，用于稳定对被检测舰船信号的追踪。：
[0181]
a(n+1)＝a(n)+λ(n)x(n)b(n)+tα(n)(|b(n)|-|b(n-1)|)
[0182]
其中，t为单位列向量，维数与权向量相同，α(0)＞0，α(n)为衰减函数，其衰减系数小于1。
[0183]
根据噪声处理后获得的信号获取被检测舰船的轴频电场为5hz，普通货船的螺旋桨速度范围为200～400r/min，对应轴频为3.33～6.67hz，确认被测量舰船为护卫舰或驱逐舰。
[0184]
追踪模块300对被检测舰船轴频电场信号进行噪声处理后保持跟踪，稳定跟踪后，采集一次被测量舰船信号，间隔2s后对被检测舰船信号进行再次检测，根据三角函数计算获得被检测舰船位置、前进方向及前进速度。可视化模块400根据获取的被检测舰船信息模拟被检测舰船状态。
[0185]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0186]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。