[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

说明书

本发明公开了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，该系统在利用调频连续波雷达回波相位变化感知水面微弱振动进行跨介质通信的同时，根据回波强度进行水面目标的检测与跟踪；本发明包括用于水下发射已调制通信水声信号的水声换能器，以及空中探测水面目标的毫米波雷达系统。水声换能器发射的声波在水表面会产生微弱振动，利用雷达水面反射回波信号相位的微弱变化可以提取出声波携带的调制信号，经过调解处理可以得到相应通信信号。本发明在进行水下跨介质通信的同时，利用雷达在其它区域回波的强度对水面目标进行检测与跟踪，适用于雷达通信一体化领域。

技术领域

本发明属于通信雷达一体化领域，尤其涉及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。

背景技术

海面区域广阔，面向海洋的通信与雷达系统一般都需要安装在平台空间有限的飞机或卫星上。雷达与通信一体化技术可以有效地节约平台占用空间。通信系统与雷达目标探测跟踪系统一体化技术是目前研究的热点。雷达通信一体化技术除了可以减小占用平台的宝贵空间，还可以减小电磁干扰，充分利用频率带宽。海洋作为未来新战场的重要空间，水下装备的通信与水面目标的检测与跟踪都对海洋作战具有重要意义。

水下装备与外部世界的无线通信是海洋技术领域中亟待解决的重要难题，也是海空联合作战的关键支撑。声波能在水面上激励出幅度为亚微米级的微幅波，对该微幅波的探测有望实现更为困难的水下装备对外界的单向通信。激光可以检测到携带有水下声源信息的微幅波振动信号。然而，由于激光波长极短，激光回光对水面波动极其敏感，水面极其微小（亚微米级）的毛细波动都会给激光探测带来巨大的相位噪声和缠绕，无法应用于实际海面。毫米波雷达可以通过检测到水下声波在水面激励的微振动信号进行跨介质通信，并具有较好的抗干扰能力。

海面目标的检测跟踪技术是海洋雷达的主要应用，在作战过程中具有战略意义。面向水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的海洋雷达通信一体化技术可以充分发挥各自的优势，相互弥补各自的不足，大大提高海洋整体作战的威力。目前雷达通信一体化技术主要均为空中雷达与空中通信一体化，本发明通过利用毫米波雷达对水面微幅波的检测实现水下跨介质通信以及水面目标检测跟踪的海洋雷达通信一体化技术。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供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。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：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，包括水下设备、水下换能器、毫米波雷达、数字信号处理模块和水面检测目标；其中，水下设备将信息通过水下换能器向水面发射声波产生水面微幅波振动，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，毫米波雷达搭载数字信号处理模块处理接收的回波。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，所述毫米波雷达采用雷达调频连续波（FMCW）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；所述水下换能器发射声波调制方式包括FSK、BPSK、QPSK、16QAM和OFDM。