[发明专利]一种仿海豚回声定位信号探测装置

说明书

一种仿海豚回声定位信号探测装置，涉及仿生应用。设有仿海豚回声定位信号发射模块、目标回波信号接收模块、主控机和电源模块；仿海豚回声定位信号发射模块由信号生成模型、数模转换器、功率放大器和指向性发射换能器组成，信号生成模型生成仿海豚回声定位信号作为仿海豚回声定位信号源，经数模转换器、功率放大器后，输出到指向性发射换能器上；目标回波信号接收模块由全向性接收换能器、前置滤波放大器和模数转换器组成，目标回波信号经全向性接收换能器、前置滤波器放大器后，由数模转换器输送至主控机；主控机采集及分析目标回波信号，将分析结果传递给信号生成模型，实时调整并重新生成仿海豚回声定位信号；电源模块为各模块提供电力支持。

技术领域

本发明涉及仿生应用技术领域，尤其是涉及可使人工探测声呐在环境适应性方面的性能得到提升的一种仿海豚回声定位信号探测装置。

背景技术

仿生学是模仿海洋生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制、完善水声设备或各种新技术的学科。海豚具有相当完善的声呐系统，依靠声呐系统进行水下定位、觅食、交流信息和探测周围环境等(Au W W L.The Sonar of Dolphins[M].New York:Springer-Verlag,1993:59-76)。通过回波，可以感知周边的环境，帮助他们导航或猎食。目前国内外，一般将海豚声呐信号分为三大类：回声定位信号(click)、哨叫声(whistles)和爆裂脉冲(burst pulses)。其中，海豚回声定位信号，是海豚进行目标探测、定位与分类(大小、形状和材质)的手段，具有窄脉冲、宽频带的特点。经过亿万年的自然进化，海豚声呐具有惊人的灵活性和抗干扰能力，能根据与目标的相对距离和材质，自适应的改变发声频率、脉冲形式和声源级，可适应近岸浅海的复杂海洋环境，其性能在某些方面已超过了当前使用的人工声呐(Au W W L,and Benoit-Bird K J.Automatic gain control in theecholocation system of dolphins[J].Nature,2003,423:861-863)。人工主动声呐容易暴露，隐蔽性差，而在自然界中，许多生物为了求得生存，经常通过伪装实现自身的隐蔽安全。海洋中噪声源种类多样，自然属性的包括风浪、海流、雨、地壳运动以及各类海洋生物。根据分布频段，水下目标探测声呐的频段与小型齿鲸相似，利用小型齿鲸的高频回声定位信号设计水下探测装置，能够达到隐蔽效果。

近年来，海豚声呐的优越性能引起国内外众多学者的关注，基于仿生的主被动声呐探测、导航、定位及通信等技术也逐渐成为水声领域的研究热点(Qiao G,Qin X,Feng W,et al.Elastic feature of cylindrical shells extraction in time-frequencydomain using biomimetic dolphin click[J].Journal of the Acoustical Society ofAmerica,2017,142:3787-3795)。但大多是海豚声呐的发声机理、信号物理特性、哨叫声隐蔽通信等研究(Zhang Y,Song Z C,Wang X Y,et al.Directional Acoustic WaveManipulation by a Porpoise via Multiphase Forehead Structure[J].PhysicalReview Applied,2017,8,064002)，没有仿海豚声呐探测装置。

发明内容

本发明目的在于借鉴海豚声呐的优越性能，解决人工探测声呐在复杂环境下对小目标探测困难等缺点，提供可使人工探测声呐在环境适应性方面的性能得到提升，提高人工探测声呐隐蔽性的一种仿海豚回声定位信号探测装置。

本发明设有仿海豚回声定位信号发射模块、目标回波信号接收模块、主控机和电源模块；

所述仿海豚回声定位信号发射模块由信号生成模型、数模转换器、功率放大器和指向性发射换能器组成，用于生成仿海豚回声定位信号波形，作为仿海豚回声定位信号源；