[发明专利]基于等离子体脉冲信号的水下航行器寻迹信标

说明书

技术领域

本发明涉及水下声学定位领域，具体为基于水下等离子体强声脉冲信号的水下航行器寻迹信标。

背景技术

水声定位技术是一门利用水下声波进行目标定位的技术，它是目前水下航行器定位、导航的最有效方法之一，在作用距离、定位精度等方面远优于其他手段。按照接收基阵的尺度或应答器基阵的基线长度来分类，水声定位技术可以分为长基线、短基线和超短基线三种水声定位技术。水下声信标被安装在被测载体上，是水下目标位置的参考点。接收基阵依据声信标信号到达的时延差对水下目标进行定位,测量它的轨迹。而当水下目标停止运动时,声信标则用来定位确定水下目标的停泊位置，便于打捞。

一般声信标发射换能器采用压电换能器，其声源级低，发射频率也较高，声能量在水中衰减得很快，在水中传播距离有限，不能满足在有限时间内发现目标并快速定位的要求。专利“一种多工作模式水下声信标”（CN101813761A）和专利“一种水下声学定位信标机”（CN202837532U）均通过D类功率放大器驱动发射换能器产生信标信号，虽然发射效率较高，但由于采用了传统的换能器，发射声源级在190dB左右，作用距离依然较小。

随着水下等离子体强声技术的突破性进展和在水下目标探测和超宽带信号源等领域取得的显著成果和成功应用，为我们提供了一个新思路——将水下等离子体声源作为发射声源，利用强声脉冲实现目标定位。

水下等离子体强声源工作原理是液电效应，即：水下高压脉冲放电时，加在放电电极之间的高压使水介质被电离汽化，由于放电时间极短，放电电流很高，使得放电通道内温度急剧升高，通道内气体受热体积膨胀。由于液体的不可压缩性和惯性，在液体介质中形成巨大的冲击压力波，实现了电能到机械能的快速转化，产生巨大的水下强声冲击波，同时伴随强烈的光辐射、声辐射和电磁辐射等，其瞬时发射声源级可以达到240dB以上。

发明内容

要解决的技术问题

针对声信标尺寸和能源的限制，换能器需要阻抗匹配和功放驱动，传统声信标声源级低、发射频率较高、有效作用距离近等缺点，结合水下等离子体强声源发射声功率大、可聚焦、脉宽窄、易控制等优势，我们提出一种基于水下等离子体强声脉冲的高精度和远距离的水下航行器寻迹信标，该声信标利用水下等离子体电声转换原理来产生强声脉冲，从而大幅度提高了声信标的作用距离和定位精度。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种基于等离子体脉冲信号的水下航行器寻迹信标，其特征在于：由水密舱、供电系统、等离子体信标声源和编码控制系统组成；所述水密舱为供电系统、等离子体信标声源和编码控制系统提供稳定工作环境，并实现与水下航行器的机械和电气连接；所述供电系统给等离子体信标声源及编码控制系统提供能量；

所述等离子体信标声源由电控系统、充电系统、储能系统、触发电路、触发开关和放电电极组成；电控系统控制充电系统对储能系统进行充电，并控制触发电路导通触发开关，启动放电电极实现等离子体放电；放电电极实现电声转换，产生强声脉冲，发射大功率的寻迹信标信号；

所述编码控制系统由供电系统接口电路、水下航行器接口电路、等离子体信标声源接口电路和微处理器系统组成；供电系统通过供电系统接口电路给微处理器系统供电，微处理器系统从水下航行器接口电路得到水下航行器的工况信息，并通过等离子体信标声源接口电路控制电控系统启动放电电极发出经过编码的强声脉冲信号。

所述一种基于等离子体脉冲信号的水下航行器寻迹信标，其特征在于：所述充电系统包括开关变换器、高压生成电路、取样电路和驱动电路，开关变换器将供电系统电压变换至交变的脉冲电压，经过高压生成电路得到所需要的高压给储能系统，取样电路取样高压生成电路电压并输出至电控系统，电控系统根据取样电压通过驱动电路调节充电电压和充电电流的大小。

所述一种基于等离子体脉冲信号的水下航行器寻迹信标，其特征在于：触发电路由高速开关管和脉冲变压器组成，触发脉冲控制高速开关管的导通使脉冲变压器输出高压脉冲，从而导通触发开关；所述触发脉冲由微处理器系统控制电控系统输出给触发电路。

所述一种基于等离子体脉冲信号的水下航行器寻迹信标，其特征在于：所述供电系统由内置电池供电或由水下航行器平台供电。