一種基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統的制作方法

本發明涉及靶船脫靶量測量系統領域，尤其涉及一種基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統。

背景技術：

打靶試驗中的脫靶量是指彈與目標之間的最小相對距離，表示彈命中目標的誤差大小，或稱作命中精度，它是衡量武器毀傷效能的重要指標。目前在導彈飛行試驗、實彈打靶中，若導彈沒有直接命中靶標時，脫靶量測量是檢驗導彈性能試驗鑒定中的一個重要戰術指標。對艦導彈脫靶量測量十分復雜，并隨著對艦導彈速度的提高、射程增大、機動性增強、彈體小型化、隱身化、高低界范圍大等突防能力的不斷提高，以及作戰環境日趨復雜化，要完成脫靶量的高精度測量，測量設備必須有很高的精度、較高的數據率、較高的可靠性。目前，對艦導彈脫靶量測量方法主要有無線電脫靶量測量、光學脫靶量測量、GPS脫靶量測量等。這些測量方法都具有一定的局限性：無線電脫靶量測量方法的不足是距離探測精度低，在超低空測量易受雜波影響，尤其在海面工作具有多徑效應；光纖脫靶量測量方法的不足是測量距離近，受天氣因素影響大，不易捕捉跟蹤目標，設備操作使用及事后數據處理都很復雜，影響測量的成功率；GPS脫靶量測量方法的不足是使用開放的標準碼精度低，無法進行高精度的脫靶量測量。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是：相比于現有技術，提供了一種基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統，提高了測量系統的導彈脫靶量測量精度和靈敏度，并且抗電磁干擾。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：一種基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統，包括：光源、第一光纖耦合器、第一聲光調制器、第二聲光調制器、聲光同步驅動源、信號源、第一光纖延時環、第二光纖耦合器、光功率放大器、光分束器、若干個第一環形器、與第一環形器數量相等的若干個光纖水聽器信號探頭、光纖水聽器基線陣、與第一環形器數量相等的若干個第一光電探測器、第二環形器、光纖水聽器參考探頭、第二光電探測器和信號解調處理系統；其中，若干個光纖水聽器信號探頭組成光纖水聽器基線陣；光源輸出頻率為f₀的連續光進入第一耦合器后分為兩束光，兩束光分別進入第一聲光調制器和第二聲光調制器，由信號源輸出的脈沖控制聲光同步驅動源驅動第一聲光調制器和第二聲光調制器對兩束光分別移頻，第一聲光調制器將其中一束光調制成頻率為f₀+f₁的第一脈沖光，第二聲光調制器將其中另一束光調制成頻率為f₀+f₂的第二脈沖光，第一脈沖光通過第一光纖延時環延時，第二脈沖光不作延時，第一脈沖光和第二脈沖光兩路脈沖光先后到達第二光纖耦合器進行合束，形成有固定時間間隔的脈沖光序列，其中，第一脈沖光經過第一光纖延時環的時間大于等于信號源輸出的脈沖寬度；脈沖光序列在第二光纖耦合器分成第一脈沖光序列和第二脈沖光序列，第一脈沖光序列經過第二環形器進入光纖水聽器參考探頭，經光纖水聽器參考探頭形成不攜帶有外界聲信號的拍頻參考光信號并反射回第二環形器，經第二環形器進入第二光電探測器，第二光電探測器將不攜帶有外界聲信號的拍頻參考光信號轉換為不攜帶有外界聲信號的拍頻參考電信號；第二脈沖光序列經功率放大器放大后轉換為第三脈沖光序列進入光分束器，光分束器將第三脈沖光序列分成功率相等的若干個第四脈沖光序列，若干個第四脈沖光序列經相對應的第一環形器進入光纖水聽器基線陣，由于導彈落水產生的聲波信號的作用，使得第四脈沖光序列經光纖水聽器基線陣形成若干個攜帶有外界聲信號的拍頻光信號并反射回相對應的第一環形器，經第一環形器進入第一光電探測器，第一光電探測器將攜帶有外界聲信號的拍頻光信號轉換為攜帶有外界聲信號的拍頻電信號，其中，所述第四脈沖光序列的數量與第一環形器數量相等；第一光電探測器輸出的拍頻電信號和第二光電探測器輸出的拍頻參考電信號進入信號解調處理系統進行信號解調處理，得到導彈偏離靶船的脫靶量。

上述基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統中，還包括：無線發送系統和顯控終端；其中，所述無線發送系統與所述信號解調處理系統相連接；所述無線發送系統將所述信號解調處理系統輸出的脫靶量信息傳輸至顯控終端。

上述基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統中，還包括：解調數據存儲系統；其中，所述解調數據存儲系統與所述信號解調處理系統相連接，所述解調數據存儲系統用于存儲輸入至所述信號解調處理系統的拍頻電信號和拍頻參考電信號。

上述基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統中，所述光纖水聽器參考探頭包括第三光纖耦合器、第二光纖延時環、第一法拉第旋轉鏡和第二法拉第旋轉鏡；其中，第一脈沖光序列經第二環形器進入第三光纖耦合器后，分為兩路光，一路光到達第二法拉第旋轉鏡后反射回第三光纖耦合器；另一路光經第二光纖延時環到達第一法拉第旋轉鏡后反射回第三光纖耦合器；在第三光纖耦合器內兩路反射脈沖序列中只有滿足干涉條件的脈沖產生拍頻，形成不攜帶有外界聲信號的拍頻參考光信號。

上述基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統中，所述光纖水聽器信號探頭包括第四光纖耦合器、第三光纖延時環、第三法拉第旋轉鏡和第四法拉第旋轉鏡；其中，第四脈沖光序列經第一環形器進入第四光纖耦合器后，分為兩路光，一路光到達第四法拉第旋轉鏡后反射回第四光纖耦合器；另一路光經第三光纖延時環到達第三法拉第旋轉鏡后反射回第四光纖耦合器；在第四光纖耦合器內兩路反射脈沖序列中只有滿足干涉條件的脈沖產生拍頻，光纖水聽器信號探頭在聲波信號的作用下，使得在第四光纖耦合器內形成一個攜帶有外界聲信號的拍頻光信號。

上述基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統中，所述光纖水聽器信號探頭的數量大于4。

上述基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統中，若干個所述光纖水聽器信號探頭由安裝于靶船的自動收放機構垂直下放在水下同一深度，其中，4個光纖水聽器信號探頭以靶船中心軸為中心呈正方形分布，相鄰光纖水聽器信號探頭間距等于靶船寬度；其余光纖水聽器信號探頭同時沿靶船內側向船頭和船尾方向分布，兩兩沿靶船的橫軸X和縱軸Y對稱分布。

上述基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統中，所述光源為窄帶光源。

本發明與現有技術相比具有如下有益效果：

(1)本發明以光纖水聽器作為感知介質，具有動態范圍大，靈敏度高，頻率范圍大，抗電磁干擾等優點，可以有效捕獲不同類型、不同速度、不同角度導彈入水的聲信號，并進行準確測量脫靶量位置信息；

(2)本發明的光纖水聽器信號探頭相互獨立，若其中一個損壞，不影響其他信號探頭的正常工作，同時也不影響本測量系統的脫靶量測量精度，在試驗階段或實戰運用中，具有良好的環境適應性和可靠性。

(3)本發明采用光纖水聽器基線陣冗余設計方案，數量大于最基本定位測量所需的4個光纖水聽器信號探頭，采用最優組合定位方式，有效剔除海洋噪聲以及多徑效應對系統造成的誤判，提高了測量系統的導彈脫靶量測量精度。

(4)本發明的設備維護簡單，可隨時快速更換損壞的信號探頭，并不影響系統的脫靶量測量精度，大大降低了系統成本。

附圖說明

圖1示出了本發明實施例提供的基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統的結構示意圖；

圖2示出了本發明實施例提供的基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統中，光纖水聽器信號探頭相對應的自動收放機構在靶船安裝位置的分布示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明：

圖1示出了本發明實施例提供的基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統的結構示意圖。如圖1所示，該基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統包括光源1、第一光纖耦合器2、第一聲光調制器3、第二聲光調制器4、聲光同步驅動源5、信號源6、第一光纖延時環7、第二光纖耦合器8、光功率放大器9、光分束器10、若干個第一環形器11、與第一環形器11數量相等的若干個光纖水聽器信號探頭16、光纖水聽器基線陣17、與第一環形器11數量相等的若干個第一光電探測器18、第二環形器19、光纖水聽器參考探頭30、第二光電探測器24和信號解調處理系統25。具體實施時，光源1為窄帶光源。其中，

若干個光纖水聽器信號探頭16組成光纖水聽器基線陣17。具體實施時，光纖水聽器信號探頭16的數量大于4。

光源1輸出頻率為f₀的連續光進入第一耦合器2后分為兩束光，兩束光分別進入第一聲光調制器3和第二聲光調制器4，由信號源6輸出相同的脈沖控制聲光同步驅動源5以實現驅動第一聲光調制器3和第二聲光調制器4對兩束光分別移頻，第一聲光調制器3將其中一束光調制成頻率為f₀+f₁的第一脈沖光，第二聲光調制器4將其中另一束光調制成頻率為f₀+f₂的第二脈沖光，其中，f₁表示第一聲光調制器3的移頻量，f₂表示第一聲光調制器4的移頻量；第一聲光調制器3輸出頻率為f₀+f₁的第一脈沖光通過長度為2l的第一光纖延時環7延時，第二聲光調制器4輸出頻率為f₀+f₂的第二脈沖光不作延時，第一脈沖光和第二脈沖光兩路脈沖光先后到達第二光纖耦合器8進行合束，頻率為f₀+f₁的第一脈沖光經過第一光纖延時環7的時間大于等于信號源6輸出的脈沖寬度，在第二光纖耦合器8與頻率為f₀+f₂的第二脈沖光合束時不會發生拍頻，形成有固定時間間隔的脈沖光序列。

脈沖光序列在第二光纖耦合器8分成第一脈沖光序列和第二脈沖光序列，第一脈沖光序列經過第二環形器19進入光纖水聽器參考探頭30，光纖水聽器參考探頭30處于隔音隔振環境中，不受外部環境干擾，經光纖水聽器參考探頭30形成不攜帶有外界聲信號的拍頻參考光信號并反射回第二環形器19，經第二環形器19進入第二光電探測器24，第二光電探測器24將不攜帶有外界聲信號的拍頻參考光信號轉換為不攜帶有外界聲信號的拍頻參考電信號。

第二脈沖光序列經功率放大器9放大后轉換為第三脈沖光序列進入光分束器10，光分束器10將第三脈沖光序列分成功率相等的若干個第四脈沖光序列，其中，第四脈沖光序列的數量與第一環形器11數量相等，若干個第四脈沖光序列經與其一一對應的第一環形器11進入光纖水聽器基線陣17，由于導彈落水產生的聲波信號的作用，使得第四脈沖光序列經光纖水聽器基線陣17形成若干個攜帶有外界聲信號的拍頻光信號并反射回相對應的第一環形器11，經第一環形器11進入第一光電探測器18，第一光電探測器18將攜帶有外界聲信號的拍頻光信號轉換為攜帶有外界聲信號的拍頻電信號；需要理解的是，導彈偏離靶船，落入水中產生落水點29時，聲波信號傳輸至光纖水聽器基線陣17，引起光纖水聽器基線陣17拍頻信號的相位發生變化，形成攜帶有外界聲信號的拍頻光信號。

第一光電探測器18輸出的拍頻電信號和第二光電探測器24輸出的拍頻參考電信號進入信號解調處理系統25進行信號解調處理，得到導彈偏離靶船的脫靶量。

本實施例以光纖水聽器作為感知介質，具有動態范圍大，靈敏度高，頻率范圍大，抗電磁干擾等優點，可以有效捕獲不同類型、不同速度、不同角度導彈入水的聲信號，并進行準確測量脫靶量位置信息；并且本實施例的光纖水聽器信號探頭相互獨立，若其中一個損壞，不影響其他信號探頭的正常工作，同時也不影響本測量系統的脫靶量測量精度，在試驗階段或實戰運用中，具有良好的環境適應性和可靠性；并且本實施例的設備維護簡單，可隨時快速更換損壞的信號探頭，并不影響系統的脫靶量測量精度，大大降低了系統成本。

上述實施例中，如圖1所示，該基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統還包括無線發送系統26和顯控終端28；其中，

無線發送系統26與信號解調處理系統25相連接；

無線發送系統26將信號解調處理系統25輸出的脫靶量信息傳輸至顯控終端28。具體的，通過無線發送系統26和顯控終端28可以實時測量并顯示導彈偏離靶船中心的脫靶量信息。

上述實施例中，如圖1所示，該基于光纖水聽器的靶船脫靶量測量系統還包括解調數據存儲系統27。具體實施時，解調數據存儲系統27為抗沖擊的大容量固態存儲系統。其中，

解調數據存儲系統27與信號解調處理系統25相連接，解調數據存儲系統27用于存儲輸入至所述信號解調處理系統25的拍頻電信號和拍頻參考電信號。具體的，通過解調數據存儲系統27將原始數據信息存儲起來，有助于查閱。

上述實施例中，如圖1所示，光纖水聽器參考探頭30包括第三光纖耦合器20、第二光纖延時環21、第一法拉第旋轉鏡22和第二法拉第旋轉鏡23。需要理解的是，光纖水聽器參考探頭30處于隔音隔振且不受外部干擾的環境中。其中，

第一脈沖光序列經第二環形器19進入第三光纖耦合器20后，分為兩路光，一路光到達第二法拉第旋轉鏡23后反射回第三光纖耦合器20；另一路光經長度為l的第二光纖延時環21到達第一法拉第旋轉鏡22后反射回第三光纖耦合器20。

在第三光纖耦合器20內兩路反射脈沖序列中只有滿足干涉條件的脈沖產生拍頻，形成不攜帶有外界聲信號的拍頻參考光信號。

上述實施例中，如圖1所示，光纖水聽器信號探頭16包括第四光纖耦合器12、第三光纖延時環13、第三法拉第旋轉鏡14和第四法拉第旋轉鏡15。其中，第四脈沖光序列經第一環形器11進入第四光纖耦合器12后，分為兩路光，一路光到達第四法拉第旋轉鏡23后反射回第四光纖耦合器12；另一路光經第三光纖延時環13到達第三法拉第旋轉鏡22后反射回第四光纖耦合器12；

在第四光纖耦合器12內兩路反射脈沖序列中只有滿足干涉條件的脈沖產生拍頻，光纖水聽器信號探頭16在聲波信號的作用下，使得在第四光纖耦合器12內形成一個攜帶有外界聲信號的拍頻光信號。具體的，光纖水聽器信號探頭16用于探測導彈入水后的聲波信號，由第四光纖耦合器12、第三光纖延時環13、第三法拉第旋轉鏡14和第四法拉第旋轉鏡15組成。一個第四脈沖光序列經第一環形器11進入第四光纖耦合器12后，分為兩路，一路到達第四法拉第旋轉鏡23進行反射；另一路經長度為l的第三光纖延時環13到達第三法拉第旋轉鏡22進行反射。在第四光纖耦合器12內無入水聲波信號作用，兩路反射脈沖序列中只有滿足干涉條件，即光程差相同的脈沖產生拍頻；由于導彈落水產生聲波信號作用在光纖水聽器信號探頭16引起第三光纖延時環13的長度和折射率發生變化，使得另一路經過第三光纖延時環13的第四脈沖光序列的相位發生變化，從而在第四光纖耦合器12內形成一個攜帶有外界聲信號的拍頻光信號，經第一環形器11進入第一光電探測器18實現拍頻光信號向拍頻電信號轉換，第一光電探測器18把模擬電信號輸出至信號解調處理系統25用于信號解調。

圖2示出了本發明實施例提供的光纖水聽器信號探頭相對應的自動收放機構在靶船安裝位置的分布示意圖。需要理解的是，光纖水聽器信號探頭的數量大于4個，光纖水聽器信號探頭的數量根據需要來選擇，圖2中示出了1701～1708對應的總共8個光纖水聽器信號探頭。需要理解的是，1701～1708這8個位置是自動收放機構安裝于靶船的位置，光纖水聽器信號探頭16被自動收放機構與水面垂直的下放到水下同一深度，一般選擇將光纖水聽器信號探頭16下放于水面以下約5m。當有導彈偏離靶船，落入水中產生落水點29時，聲波信號傳輸至光纖水聽器基線陣17內的所有光纖水聽器信號探頭16，通過相位調制原理，根據聲波達到各信號探頭的時間不同，先后引起光纖水聽器信號探頭16內拍頻信號的相位發生變化，形成攜帶外界聲信號的拍頻光信號，經第一環形器11進入第一光電探測器18；信號解調處理系統25把第一光電探測器18輸出的拍頻參考電信號和第二光電探測器24輸出的拍頻電信號變成數字信號，并以第二光電探測器24輸出信號為參考，采用反正切算法信號解調處理，得到導彈偏離靶船的脫靶量信息，即偏移靶船中心的方向和距離，通過無線發送系統26將脫靶量信息傳輸至顯控終端28進行實時顯示；解調數據存儲系統27對第一光電探測器18和第二光電探測器24輸入至信號解調處理系統25的原始數字信息進行存儲。

光纖水聽器基線陣17屬于短基線陣，由N個(N≥4)光纖水聽器信號探頭16組成，并采用冗余設計，N個(N≥4)光纖水聽器信號探頭16由安裝于靶船的自動收放機構垂直下放在水下同一深度。為了排除靶船左右舷模糊問題，采用四元陣定位方式，1701、1702、1703、1704這4個自動收放機構在靶船的安裝位置以靶船中心軸為中心，呈正方形分布，其中，該靶船中心軸為通過靶船中心的軸并與水面相垂直，正方形的邊長約等于靶船寬度，從而相對應的，1701、1702、1703、1704這4個安裝位置對應的水下的四個光纖水聽器信號探頭16呈正方形，相鄰的兩個光纖水聽器信號探頭16之間的距離約等于靶船寬度。其余光纖水聽器信號探頭同時沿靶船內側向船頭和船尾方向分布，兩兩沿靶船的橫軸X和縱軸Y對稱分布，具體的，如圖2所示，1705和1708兩個自動收放機構在靶船的安裝位置靠近船頭的位置，并沿圖2中的X軸對稱，相應的，1705和1708這兩個位置對應的水下的兩個光纖水聽器信號探頭16向船頭方向分布，并沿圖2中的X軸對稱；1706和1707兩個自動收放機構在靶船的安裝位置靠近船尾的位置，并沿圖2中的X軸對稱，相應的，1706和1707這兩個位置對應的水下的兩個光纖水聽器信號探頭16向船尾方向分布，并沿圖2中的X軸對稱。并且，1705這個安裝位置與1707這個安裝位置沿圖2中的Y軸對稱，1708這個安裝位置與1706這個安裝位置沿圖2中的Y軸對稱。其中，X軸和Y軸過靶船中心O。

在對導彈落水點29進行脫靶量測量時，1701、1702、1703和1704這四個位置相對應的4個主光纖水聽器信號探頭16采用四元定位原理，根據落水點水聲信號到達4個主光纖水聽器信號探頭16的時延差，并結合直達波信號時間先后邏輯，排除算法虛解，即可獲得落水點29的實際位置。其余光纖水聽器信號探頭與1701、1702、1703和1704這4個主光纖水聽器信號探頭16同樣可以組成不同的四元定位結構，通過選擇最優組合定位方式，有效剔除海洋噪聲以及多徑效應對系統造成的誤判，進一步提高測量系統的導彈脫靶量測量精度。

本發明以光纖水聽器作為感知介質，具有動態范圍大，靈敏度高，頻率范圍大，抗電磁干擾等優點，可以有效捕獲不同類型、不同速度、不同角度導彈入水的聲信號，并進行準確測量脫靶量位置信息；并且本發明的光纖水聽器信號探頭相互獨立，若其中一個損壞，不影響其他信號探頭的正常工作，同時也不影響本測量系統的脫靶量測量精度，在試驗階段或實戰運用中，具有良好的環境適應性和可靠性；并且本發明的設備維護簡單，可隨時快速更換損壞的信號探頭，并不影響系統的脫靶量測量精度，大大降低了系統成本。

以上所述的實施例只是本發明較優選的具體實施方式，本領域的技術人員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。