[发明专利]一种水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统

权利要求书

1.一种水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，包括水下设备、水下换能器、毫米波雷达和数字信号处理模块；其中，水下设备和水下换能器位于水下，毫米波雷达和数字信号处理模块位于水面上方，检测目标位于水面；水下设备将信息通过水下换能器向水面发射声波，声波在水面激励出微幅波振动，毫米波雷达发送电磁波并接收水面微幅波振动区域和水面检测目标的回波，数字信号处理模块处理毫米波雷达接收的回波；

所述毫米波雷达包含多个接收通道；对雷达回波信号进行距离维的快速傅里叶变换处理得到回波信号在不同距离元的强度和相位；在水下跨介质通信过程中，利用雷达回波中频信号的相位信息检测水面微幅波振动，采用高通滤波器滤除水面自然波动产生的低频相位变化信号，并联立多距离以及多通道的雷达回波消除水面自然波动带来的相位干扰；在水面目标检测跟踪过程中，利用雷达回波中频信号的幅度信息，采用周期检测与路径估计方法去除水面自然波动干扰，并联立多通道回波信号估计目标方位，消除虚假镜像目标。

2.如权利要求1所述水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，所述水下换能器根据水深、水面波动参数以及通信速率需求设置发射功率和调制方式；所述毫米波雷达根据水深、水面波动参数以及通信速率需求设置雷达载频、天线参数以及脉冲波形参数；脉冲波形参数包括脉冲周期和波形带宽。

3.如权利要求2所述水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，所述毫米波雷达采用线性调频连续波体制；所述毫米波雷达采用恒虚警方法进行水面目标检测跟踪；所述调制方式包括FSK、BPSK、QPSK、16QAM和OFDM。

4.如权利要求1所述水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，所述跨介质通信包括以下子步骤：

（2.1.1）检测水面微幅波振动区域对应的距离元，当水面微幅波振动区域在雷达垂直正下方时，回波强度恒定最强的距离元对应于水面微幅波振动区域；当水面微幅波振动区域不在雷达垂直正下方时，通过声波频率检测得到微幅波振动信号所在距离元；

（2.1.2）对步骤（2.1.1）得到的水面微幅波振动区域对应的距离元回波初始相位信号，进行解缠绕处理后，得到相位信号随时间变化的相位分布；

（2.1.3）通过高通滤波器滤除步骤（2.1.2）得到的相位分布中的水面波动信号，并联合其它通道以及其它距离元的雷达回波信号，采用空间分集技术进一步去除水面波动带来的干扰，提取微幅波振动信号，实现最大信噪比通信；

（2.1.4）对步骤（2.1.3）得到的微幅波振动信号进行解调，得到通信信号。

5.如权利要求4所述水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，所述空间分集技术包括选择分集和反馈分集。

6.如权利要求1所述水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，所述目标检测与跟踪包括以下子步骤：

（2.2.1）根据回波信号在不同距离维的强度分布，将距离元单元根据幅度从强至弱排序，初步选择若干个排位靠前的距离元单元作为目标的备选距离单元；

（2.2.2）对雷达各天线通道进行通道校准，保证各通道联合估角的准确性；

（2.2.3）分别对校正后的备选距离单元进行方位估计；

（2.2.4）联立估计的方位与距离元确定目标在水面位置。

7.如权利要求6所述水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，所述步骤（2.2.3）中方位估计采用波束形成或多重信号分类法。

8.如权利要求6所述水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，所述步骤（2.2.4）中，当水面存在较大波动时，利用水面波浪的周期性以及水面波动色散关系消除水面波动带来的目标误判。

9.如权利要求6所述水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的一体化系统，其特征在于，所述步骤（2.2.4）中，通过增加天线维度并联立多通道数据排除虚假镜像目标。