利用AUV进行反水雷作业用的浅水水声网络

文章摘要:对于传统的利用潜水员和海洋哺乳动物的反水雷作业来说，自主水下航行器（下称AUV）是一种替代装备。“拉姆斯”（REMUS）AUV可在一定的距离上展开使用，并且利用侧扫声呐扫描某一水域，然后利用航行器上的处理装置对海底目标进行识别和分类。浅水水声通信网络可以利用拉姆斯AUV从事联合反水雷作业：该网络可提供操作人员和多个拉姆斯航行器之间的联系，同时也可使航行器交换信息。本文描述了反水雷航行器网络和水声网络结构。通过近期的演示也给出了结果，在这些结果中拉姆斯航行器一面扫描某水域、探测和识别海底目标，一面受到操作人员的监视和控制。
文章主题:反水雷 自主水下航行器 浅水水声通信网络

文章内容：第5卷第3期2007年5月水雷战与舰船防护&;—1,15..3,2007利用进行反水雷作业用的浅水水声网络摘要对于传统的利用潜水员和海洋哺乳动物的反水雷作业来说,自主水下航行器(下称)是一种替代装备."拉姆斯"()可在一定的距离上展开使用,并且利用侧扫声呐扫描某一水域,然后利用航行器上的处理装置对海底目标进行识别和分类.浅水水声通信网络可以利用拉姆斯从事联合反水雷作业该网络可提供操作人员和多个拉姆斯航行器之间的联系,同时也可使航行器交换信息.本文描述了反水雷航行器网络和水声网络结构.通过近期的演示也给出了结果,在这些结果中拉姆斯航行器一面扫描某水域,探测和识别海底目标,一面受到操作人员的监视和控制.关键词反水雷;自主水下航行器;浅水水声通信网络()(),—,—....;;0引言拉姆斯原为在水下0水深进行科学采样而研制的.建成第一台航行器,并完成民用演示后,美海军对其装备的侧扫声呐可以在近海环境扫描海底发现水雷的作用发生兴趣.因此,(乌兹霍尔海洋研究所)在实现民用生产技术转移之前建造和使用了多种类型的拉姆斯,包括先进的开发型(),工程发展型().在商业化之前,开始进行在拉姆斯航行器上安装水声通信系统的工作,作为美国海军研究局甚浅水和拍岸浪区反水雷(/)计划的一部分.组装在航行器上的第台调制解调器是研究所研制的实用水声调制解调器(),收稿日期:2007—06—01工作频率为5.然而对于小型的显得比较大,并且占用了其他的传感器和处理其所需的有效载荷空问.因此组装了在执行反水雷计划期间开发的微型调制解调器,即结构紧凑的调制解调器(1.75英寸×1.75英寸)作为预计产品改进计划的一部分(3).在计划期问,通信频率得到提高,可与航行器上的水声导航系统兼容,并且设计了接口,只是它可分享导航换能器和功率放大机.结果是一种高集成系统,它仅需用1.75英寸×4.5英寸的微型调制解调器卡.从一开始甚浅水和拍岸浪区反水雷(/)计划就包括有多套航行器在相同水域航行和通信(见图1).因此最初的系统设计就包括定心控制的时分多址存取()网络,将周第3期傅金祝:利用进行反水雷作业用的浅水水声网络?69?期分配给不同的航行器进行通信或长基线导航.因为系统经过开发和演示,其能力得到不断地提高.文章描述了整个系统以及通过近期演习的试验结果.本文的编排如下:第2节介绍了采用7一层模型的通信系统作为入门;第3节描述工作平台;第4节说明了演示情况,并给出了结果.图控制多台航行器反水雷的水声网络的概念图1通信系统通信系统基于研究所的微型调制解调器,其电子装置如图2所示.系统的水上部分包括2块板,块是卡,块是功率放大机卡.换能器是一个安装在航行器外部,委于头部壳体线下方,因此360.视场都可利用.调制解调器通过换能器可发射的声源级高达190.图2研究所的微型调制解调器的电子板组是一个大功率16的固定点处理机,接收模式时功耗只有200.航行器上的固件可提供所有调制和用户接口功能,而用户可选择的参数,例如调制解调器地址储存在非易失中.利用表1所示的7一层网络模型可以说明系统的数据流.大多数通信系统实际上并不直接在模型上绘图,而是只提供描述通信系统不同部分的标准化方法.14层,即从物理数据到传送结合在调制解调器中,而57层可由用户,航行器或外部控制态软件规定.表1拉姆斯水声通信系统在7层网络模型上绘图1.1第1层:物理数据微型调制解调器的物理层基于跳频移频键控(—).移频键控是一种简单而较为耐用的水声通信技术,当他与调频结合时就可在浅水环境进行多路工作.采用纠错辅助操作之后,默认数据率为80.系统的工作频率约为25,使用的带宽为4.微型调制解调器的新发展是附加了多速率的相移键控().所有微型调制解调器都能以3005000的数据率发送(在纠错辅助操作之后).配用任选的浮点协处理机的调制解调器可以接收传输,并且利用复杂的决策反馈均衡器()对传输进行处理.可利用多个水听器,以提高浅水水平通道中的可靠性.在主从网络中大多数数据流是从航行器流向水面舰艇,只有入口浮体需要高速率接收机,尽管最好在其它平台上也可使用传感器数据.?70?水雷战与舰船防护第5卷1.2第2层:数据链路数据链路层可将用户数据绘制在有物理数据层发送的固定长度数据帧上.可使用2种类型的数据包,普通的数据包长约34,而小型数据包小于.小型数据包可保存24"的数据,而普通数据包在最低数据速率条件下则可保存32,而在最高数据速率条件下保存2个数据.小型数据包可用于测距(声脉冲指令),遥控调制解调器的低电平控制(睡眠指令)以及如下所述的网络控制(周期启动指令).在模型中典型的是数据链路层也包括调制解调器存取方法,但是在此却以较高的电平进行处理.1.3第3层:网络微型调制解调器对于网络控制采用数据包对数据包的时分多址存取模式.每个时间单位被称作周期,对于数据(上行链路要求)或数据下行链路,周期都可包括轮询.为了开始一个周期,任意调制解调器都可发射一个短的周期启动数据包.此种小型数据包可指定发送节点,主接收节点以及下一个周期的数据速率.此种简单的协议允许对称对等通信或者主从配置,并且在应用时允许用户拥有灵活性.1.4第4层:传送在调制解调器中包含的传送层的特点是机内确认能力和周期冗余检查(),利用此种检查可保证,只用正确解码的数据才能传给用户.当转发留给更高的层次时,接受调制解调器可自动发送确认数据包(它也是小型数据包),但是这时接收调制解调器必须接收带有组的数据包,并且数据有效载荷的说明数据是正确的.接收到的和解码正确的所有数据都提供给局部用户,即使尚未给局部用户地址.上层次可以决定如何利用这一不仅对信息有用,而且也对评价网络通信层次有用的数据.如果它不相关或者它的格式在局部不能理解,那么就废除该信息.1.5第5层:对话在拉姆斯的控制计算机内要注意对话,显示和应用.调制解调器和控制计算机之问的接13通过232利用信息.与连接管理有关的对话层包括睡眠控制系统的配置,以便轮询特定组的航行器(见图3).:∞::厂———