利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于信號探測領(lǐng)域，為提高聲源偽裝隱蔽能力，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置，包括：命令控制接口；鯨聲產(chǎn)生器：由控制模塊和存儲模塊組成；在存儲模塊中存放有鯨聲數(shù)據(jù)庫，鯨聲數(shù)據(jù)庫包含有不同海域、不同季節(jié)、不同水文環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律數(shù)據(jù)，控制模塊用于根據(jù)來自命令控制接口的命令控制存儲模塊輸出與相應(yīng)的海域、季節(jié)、水文等環(huán)境相匹配的鯨聲至功率放大器；功率放大器、發(fā)聲傳感器：發(fā)聲傳感器用于接收來自功率放大器輸出的鯨聲信號，然后將其發(fā)送出去。本發(fā)明主要應(yīng)用于信號探測。
【專利說明】利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號探測領(lǐng)域；具體講，涉及利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置及方法。
技術(shù)背景
[0002]常規(guī)的聲源系統(tǒng)發(fā)射的聲波波形主要有單脈沖波形、脈沖串波形、線性調(diào)頻脈沖波形、頻率編碼波形等，這些信號有一些共同的特點:(I)信號包絡(luò)為脈沖矩形，(2)包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號為單頻正弦波或頻率線性變化的正弦波，(3)這些信號的時頻特點簡單，易于區(qū)分、識別和分類；上述三點導(dǎo)致了常規(guī)聲源信號易于被敵方偵察系統(tǒng)探測、識別和跟蹤，成為被攻擊的瞄準(zhǔn)點，從而對其生存能力構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。針對以上問題，本專利采用鯨聲作為聲源系統(tǒng)的發(fā)射波形，并仿鯨的發(fā)聲特點發(fā)射鯨聲信號，提供一種偽裝性高、隱蔽性強的聲源裝置和方法。鯨聲信號由不同各類的“clicks”組成(見文獻[I])，這些鯨聲通常分為4 類，分別為:“usual clicks”、“creaks”、“codas”、和 “slow clicks”,且這些嫁聲具有如下特點:(1)信號包絡(luò)隨機變化，沒有固定的規(guī)律，(2)包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號為復(fù)雜的寬帶信號，
[3]鯨聲信號為非平穩(wěn)信號，(4)鯨聲信號的時頻特點復(fù)雜；上述四點導(dǎo)致了鯨聲信號一方面不易被探測，另一方面，即使鯨聲信號被探測到了，聲音識別系統(tǒng)都會把它當(dāng)成是鯨的聲音而非主動聲吶聲源的聲音(見文獻[2-3])而濾除掉。因此，本專利采用鯨聲作為聲源系統(tǒng)的發(fā)射波形，并仿鯨的發(fā)聲特點發(fā)射鯨聲信號，以起到偽裝隱蔽聲源的目的。
[0003][I] Jaquet, N ；D aw son, S ；Douglas,L, Vocal behav1r of male spermwhales why do they click ? [J], Journal of the Acoustical Society ofAmerica, 109(5): 2254-2259, May 2001.
[0004][2] Quyen Q.Huynh, Leon N Cooper, Nathan Intrator, and Hare IShouval, Classificat1n of Underwater Mammals Using Feature Extract1n Basedon Time - Frequency Analysis and BCM Theory[J], IEEE Transact1ns on SignalProcessing, vol.46, n0.5, May 1998.
[0005][3] Jeff Haun, Kendra Ryan, Nicola Portunato, Marine Mammal RiskMitigat1n using passive acoustic technologies[C], New Trends for EnvironmentalMonitoring Using Passive Systems, pp.1-5, Oct 2008.


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高聲源偽裝隱蔽能力，為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置，包括:
[0007]命令控制接口:命令控制接口與鯨聲產(chǎn)生器相連接，用于傳送命令至鯨聲產(chǎn)生器，控制鯨聲產(chǎn)生器從數(shù)據(jù)庫中選擇滿足不同應(yīng)用需求的鯨聲輸出至功率放大器；
[0008]鯨聲產(chǎn)生器:由控制模塊和存儲模塊組成；在存儲模塊中存放有鯨聲數(shù)據(jù)庫，鯨聲數(shù)據(jù)庫包含有不同海域、不同季節(jié)、不同水文環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律數(shù)據(jù)，控制模塊用于根據(jù)來自命令控制接口的命令控制存儲模塊輸出與相應(yīng)的海域、季節(jié)、水文等環(huán)境相匹配的鯨聲至功率放大器；
[0009]功率放大器:功率放大器用于接收來自鯨聲產(chǎn)生器的鯨聲信號,然后將鯨聲信號放大至應(yīng)用所需功率后，輸出至發(fā)聲傳感器；
[0010]發(fā)聲傳感器:發(fā)聲傳感器用于接收來自功率放大器輸出的鯨聲信號，然后將其發(fā)送出去。
[0011]利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源方法，包括如下步驟:向鯨聲產(chǎn)生器中的控制模塊發(fā)送命令；控制模塊根據(jù)接收到的命令控制鯨聲產(chǎn)生器中的存儲模塊輸出相應(yīng)的鯨聲信號；使鯨聲信號經(jīng)過功率放大由發(fā)聲傳感器發(fā)送出去。
[0012]預(yù)先將不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)出的聲信號存儲在鯨聲產(chǎn)生器中的存儲模塊。
[0013]與已有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)特點與效果:
[0014]本發(fā)明能克服常規(guī)主動聲吶信號時頻特點簡單，易于被敵方區(qū)分、識別和定位的缺點。
[0015]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:(I)聲源信號采用鯨聲，以利用鯨聲信號包絡(luò)隨機變化，沒有固定的規(guī)律，包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號為復(fù)雜的寬帶信號，鯨聲信號為非平穩(wěn)信號，鯨聲信號的時頻特點復(fù)雜的特點，提高聲源的偽裝隱蔽能力；(2)利用鯨聲數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律來選擇發(fā)出的鯨聲，進一步提高聲源的偽裝隱蔽能力，降低被敵方摧毀的概率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1示出本發(fā)明的利用鯨聲及其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置原理框圖。
[0017]圖2示出本發(fā)明的鯨聲產(chǎn)生器I的構(gòu)成圖。
[0018]圖3示出本發(fā)明中所述鯨聲發(fā)射波形的一個實例。
[0019]圖1中:1為鯨聲產(chǎn)生器，2為命令控制接口，3為功率放大器，4為發(fā)生傳感器。
[0020]圖2中:5為控制模塊，6為存儲模塊。
[0021]圖3 中:7 為一個 “usual clicks” 鯨聲，8 為一個 “creaks” 鯨聲。

【具體實施方式】
[0022]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用鯨聲及其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置及方法，它能克服常規(guī)主動聲吶信號時頻特點簡單，易于區(qū)分、識別和定位的缺點。
[0023]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:(I)采用信號包絡(luò)隨機變化，沒有固定的規(guī)律，包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號為復(fù)雜的寬帶信號，信號為非平穩(wěn)信號，信號的時頻特點復(fù)雜的鯨聲信號作為主動聲吶發(fā)射聲信號，此類鯨聲信號具有偽裝隱蔽的作用；(2)采用能根據(jù)實際的海域、季節(jié)、水文等環(huán)境條件產(chǎn)生相對應(yīng)的鯨聲信號的鯨聲數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)軟件，能進一步提高聲源的偽裝隱蔽能力，以減小我方聲源被敵方偵察系統(tǒng)識別與定位，從而被摧毀的概率。
[0024]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，利用鯨聲及其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置及方法，包括:
[0025]鯨聲產(chǎn)生器:鯨聲產(chǎn)生器I是一個硬件平臺，它由控制模塊5和存儲模塊6組成；在控制模塊5中安裝有鯨聲數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)軟件，在存儲模塊6中存放有鯨聲數(shù)據(jù)庫，鯨聲數(shù)據(jù)庫包含有不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律數(shù)據(jù)，通過命令控制接口 2能控制鯨聲產(chǎn)生器I中的控制模塊5從存儲模塊6中選擇與相應(yīng)的海域、季節(jié)、水文等環(huán)境相匹配的鯨聲輸出至功率放大器3 ;
[0026]命令控制接口:命令控制接口 2與鯨聲產(chǎn)生器I相連接，用于傳送命令至鯨聲產(chǎn)生器1，控制鯨聲產(chǎn)生器I從數(shù)據(jù)庫中選擇滿足不同應(yīng)用需求的鯨聲輸出至功率放大器3 ；
[0027]功率放大器:功率放大器3用于接收來自鯨聲產(chǎn)生器I的鯨聲信號，然后將鯨聲信號放大至應(yīng)用所需功率后，輸出至發(fā)聲傳感器4 ;
[0028]發(fā)生傳感器:發(fā)生傳感器4用于接收來自功率放大器3輸出的鯨聲信號，然后將其發(fā)送出去。
[0029]本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0030](I)本發(fā)明中，聲源信號采用鯨聲，以利用鯨聲信號包絡(luò)隨機變化，沒有固定的規(guī)律，包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號為復(fù)雜的寬帶信號，鯨聲信號為非平穩(wěn)信號，鯨聲信號的時頻特點復(fù)雜的特點，提聞聲源的偽裝隱蔽能力；
[0031](2)本發(fā)明中，利用鯨聲數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律來選擇發(fā)出的鯨聲，進一步提高聲源的偽裝隱蔽能力。
[0032](I)本發(fā)明中，采用鯨聲作為聲源發(fā)射波形，以利用鯨聲不易被探測的優(yōu)點:①信號包絡(luò)隨機變化，沒有固定的規(guī)律，②包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號為復(fù)雜的寬帶信號，③鯨聲信號為非平穩(wěn)信號，④鯨聲信號的時頻特點復(fù)雜；提高聲源的偽裝隱蔽能力；
[0033](2)本發(fā)明中，設(shè)計了一個根據(jù)鯨發(fā)聲規(guī)律發(fā)出鯨聲的產(chǎn)生器，所述鯨聲產(chǎn)生器能根據(jù)實際應(yīng)用需要，被存儲不同的鯨聲數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)軟件；而所述鯨聲數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)軟件是根據(jù)如下過程產(chǎn)生的:研究人員根據(jù)不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的活動特性及發(fā)聲特性進行分類統(tǒng)計與歸類；因此，所述鯨聲的產(chǎn)生器通過所述鯨聲數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)軟件能根據(jù)實際的海域、季節(jié)、水文等環(huán)境條件產(chǎn)生相對應(yīng)的鯨聲信號，進一步提聞偽裝隱蔽能力；
[0034](3)本發(fā)明中，常規(guī)主動聲吶信號時頻特點簡單，易于區(qū)分、識別和分類，而鯨聲信號的時頻特點復(fù)雜，易被敵方分類成鯨聲信號而被濾除掉；利用這一特點和規(guī)律，提高聲源裝置的偽裝隱蔽性能。
[0035]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用鯨聲及其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置及方法，它能克服常規(guī)主動聲吶信號時頻特點簡單，易于被敵方區(qū)分、識別和定位的缺點。
[0036]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:(I)聲源信號采用鯨聲，以利用鯨聲信號包絡(luò)隨機變化，沒有固定的規(guī)律，包絡(luò)內(nèi)調(diào)制信號為復(fù)雜的寬帶信號，鯨聲信號為非平穩(wěn)信號，鯨聲信號的時頻特點復(fù)雜的特點，提高聲源的偽裝隱蔽能力；(2)利用鯨聲數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律來選擇發(fā)出的鯨聲，進一步提高聲源的偽裝隱蔽能力，降低被敵方摧毀的概率。
[0037]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0038]本發(fā)明中，命令控制接口 2可通過RS232接口、RS422接口、RS485接口、LVDS接口、LVPECL接口、TTL接口或COMS接口等常規(guī)通用電平接口與鯨聲產(chǎn)生器I進行連接和通信，根據(jù)應(yīng)用和發(fā)聲需要，控制鯨聲產(chǎn)生器I輸出相應(yīng)的鯨聲至功率放大器3 ；
[0039]進一步，鯨聲產(chǎn)生器I是一個硬件平臺，它主要包括一個控制模塊5和存儲模塊6 ；
[0040]進一步，鯨聲產(chǎn)生器I可以由一個工控機系統(tǒng)組成，也可以由一個嵌入式系統(tǒng)組成；
[0041]進一步，在控制模塊5中安裝有鯨聲數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)軟件，在存儲模塊6中存放有鯨聲數(shù)據(jù)庫，鯨聲數(shù)據(jù)庫包含有不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律數(shù)據(jù)，通過命令控制接口 2能控制鯨聲產(chǎn)生器I中的控制模塊5從存儲模塊6中選擇與相應(yīng)的海域、季節(jié)、水文等環(huán)境相匹配的鯨聲輸出至功率放大器3 ；
[0042]進一步，與最大的鯨聲帶寬相比，功率放大器3的帶寬需更大，以滿足鯨聲放大后不失真的要求；
[0043]進一步，與最大的鯨聲帶寬相比，發(fā)生傳感器4的頻率響應(yīng)范圍需覆蓋鯨聲帶寬，以滿足鯨聲不失真的發(fā)送要求；
[0044]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0045]本發(fā)明中，命令控制接口 2通過RS232接口、RS422接口、RS485接口、LVDS接口、LVPECL接口、TTL接口或COMS接口等常規(guī)通用電平接口與鯨聲產(chǎn)生器I進行連接和通信，根據(jù)應(yīng)用和發(fā)聲需要，控制鯨聲產(chǎn)生器I輸出相應(yīng)的鯨聲至功率放大器3，比如控制鯨聲產(chǎn)生器I輸出圖3中所示的鯨聲至功率放大器3 ；
[0046]進一步，圖3中信號幅度較小的脈沖信號為“creaks”鯨聲信號，信號幅度較大的信號為“usual clicks”嫁聲信號；
[0047]進一步,鯨聲產(chǎn)生器I主要包括一個控制模塊5和存儲模塊6 ；
[0048]進一步，在控制模塊5中安裝有鯨聲數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)軟件，在存儲模塊6中存放有鯨聲數(shù)據(jù)庫，鯨聲數(shù)據(jù)庫包含有不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律數(shù)據(jù)；例如，圖3中所不的鯨聲就屬于存儲模塊6中鯨聲數(shù)據(jù)庫的一部分；
[0049]進一步，鯨聲產(chǎn)生器I中的控制模塊5對命令控制接口 2發(fā)來的命令進行解碼后，從存儲模塊6中選取一段與相應(yīng)海域、季節(jié)、水文等環(huán)境相匹配的鯨聲輸出至功率放大器3 ；
[0050]進一步，功率放大器3對鯨聲產(chǎn)生器I傳送過來的信號進行放大處理后，傳送至發(fā)生傳感器4 ；
[0051 ] 進一步，發(fā)生傳感器4用于接收來自功率放大器3輸出的鯨聲信號，然后將其發(fā)送出去。
[0052]進一步，功率放大器3和發(fā)生傳感器4的頻率響應(yīng)范圍都比所有鯨聲的最高頻率大。
【權(quán)利要求】
1.一種利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源裝置，其特征是，包括:命令控制接口:命令控制接口與鯨聲產(chǎn)生器相連接，用于傳送命令至鯨聲產(chǎn)生器，控制鯨聲產(chǎn)生器從數(shù)據(jù)庫中選擇滿足不同應(yīng)用需求的鯨聲輸出至功率放大器； 鯨聲產(chǎn)生器:由控制模塊和存儲模塊組成；在存儲模塊中存放有鯨聲數(shù)據(jù)庫，鯨聲數(shù)據(jù)庫包含有不同海域、不同季節(jié)、不同水文環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)聲規(guī)律數(shù)據(jù)，控制模塊用于根據(jù)來自命令控制接口的命令控制存儲模塊輸出與相應(yīng)的海域、季節(jié)、水文等環(huán)境相匹配的鯨聲至功率放大器； 功率放大器:功率放大器用于接收來自鯨聲產(chǎn)生器的鯨聲信號，然后將鯨聲信號放大至應(yīng)用所需功率后，輸出至發(fā)聲傳感器； 發(fā)聲傳感器:發(fā)聲傳感器用于接收來自功率放大器輸出的鯨聲信號，然后將其發(fā)送出去。
2.一種利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源方法，其特征是，包括如下步驟:向鯨聲產(chǎn)生器中的控制模塊發(fā)送命令；控制模塊根據(jù)接收到的命令控制鯨聲產(chǎn)生器中的存儲模塊輸出相應(yīng)的鯨聲信號；使鯨聲信號經(jīng)過功率放大由發(fā)聲傳感器發(fā)送出去。
3.如權(quán)利要求2所述的利用鯨聲及仿其發(fā)聲特點的偽裝隱蔽水下聲源方法，其特征是，預(yù)先將不同海域、不同季節(jié)、不同水文等環(huán)境條件下不同種類鯨的發(fā)出的聲信號存儲在鯨聲產(chǎn)生器中的存儲模塊。
【文檔編號】G01S7/537GK104407341SQ201410722600
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】蔣佳佳, 段發(fā)階, 李彥超, 薛俊, 袁文澹, 袁建富, 李宸陽, 黃婷婷, 馬凌 申請人:天津大學(xué)