水下目标监视系统发展综述
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无人水下潜航器(UUV)最早出现于20世纪60年代。
在发展初期,UUV主要用于深水勘探、沉船打捞、水下电缆铺设及维修等民用领域,后逐步扩展应用于水下声源探测、协助潜艇深水避雷、港口战术侦察等军事领域。
近十几年来,随着平台、推进器、导航、控制系统以及传感器技术的发展,加上现代战争追求人员零伤亡的理念,UUV的军事应用得到高度重视,其在水下侦察、水下通信和反潜、反水雷作战、信息作战等领域的应用得到了空前发展。
美国国防部于2007~2013年间前后发布了4版《无人系统(一体化)路线图》,其中针对UUV的4个级别将任务按优先级扩充为17项,如表1所示。
表1 不同级别UUV任务需求优先级美海军于2000年和2004年分别发布两版《海军无人水下潜航器总体主规划》,将UUV(不分级别)的任务按优先顺序归纳为9类:①情报/监视/侦察(ISR);②水雷对抗(MCM);③反潜战(ASW);④检查/识别;⑤海洋调查;⑥通信/导航网络节点(CN3);⑦载荷投送;⑧信息作战;⑨时敏打击。
不论是《海军无人水下潜航器总体主规划》,还是《无人系统(一体化)路线图》,这几版文件中对于所有级别的UUV,情报/监视/侦察(ISR)、检查/识别和水雷对抗(MCM)这3项任务的排序都十分靠前,这也印证了在当今复杂国际环境下美国海军对于这3项UUV任务执行的迫切需求。
UUV执行各项任务无一不需要声呐的配合,尤其是对于ISR、检查/识别和MCM,声呐性能的优劣,往往是任务完成度的决定性因素。
根据功能的不同,UUV声呐装备主要分为三大类:通信声呐、导航声呐和探测声呐,如图1所示。
图1 UUV主要声呐装备通信声呐主要用于UUV与协同行动的其他UUV、母船(艇)或通信浮标之间的信息链接;导航声呐为UUV的安全航行和执行作业任务提供其位置、航向、深度、速度和姿态等信息;探测声呐主要用于警戒、探测、识别水中或沉底目标信息,对水下地形、地貌、地质进行勘察和测绘。
世界潜艇综合声呐系统发展现状及趋势潜艇是一种重要的军事装备,不管是进行海底探测、寻找目标或是执行任务,潜艇都离不开声呐系统。
声呐技术一直是潜艇制造和发展的关键技术之一,而声呐系统发展也一直是世界各国海军竞争和发展重点之一。
本文将探讨世界潜艇综合声呐系统的发展现状及趋势。
一、潜艇综合声呐系统发展现状综合声呐系统是潜艇的重要装备之一,由各种声呐设备组成,包括主动声呐、被动声呐、副声呐等。
主动声呐是用来发射声波,将声波反射回来之后收集数据的设备,主要用于在水下测量距离、探测环境以及记录海底地形。
被动声呐与主动声呐相反,它是用来接收来自水下环境或敌对目标的声波信号。
而副声呐则是在主要声呐设备损坏或失灵时替代的备用系统。
从整体上看,世界各国的潜艇综合声呐系统发展都比较成熟。
美国和俄罗斯的声呐系统表现较为亮眼。
美国研制的AN/BQQ-10声呐系统拥有极高的侦测范围和准确度,而俄罗斯的MGK-600声呐系统则具备良好的干扰和抗干扰能力。
二、潜艇综合声呐系统发展趋势1、数字化数字化是潜艇综合声呐系统的未来发展趋势之一。
随着科技的不断发展,数字化的技术越来越成熟。
数字化声呐系统可以将水下信号转化为数字信号进行处理,并凭借超高的处理速度和精确度,实现水下复杂环境的检测和定位。
2、网络化随着信息化和网络化的发展,潜艇综合声呐系统也越来越趋向于网络化。
将各个声呐设备进行互联,实现设备之间的资源共享、消息传递和联合作战,可以增强声呐系统的整体性能,提升潜艇作战的有效性。
3、智能化智能化是未来声呐系统发展的趋势之一,主要是利用人工智能、机器学习等技术实现声呐系统的自主感知、决策和控制。
智能化的系统可以深度分析声波信号,识别出敌对目标并进行定位、追踪和攻击。
这样可以有效提升潜艇的作战效率和作战能力。
总之,潜艇综合声呐系统的发展是一个不断更新的过程。
未来的发展趋势是数字化、网络化和智能化,可预期的是潜艇综合声呐系统会更加精确、高效、灵活,发挥出更加重要的作用。
111 第 4 章 军事高技术不同,可分为光学、电子和声学侦察监视三类。
二、侦察监视技术现状(一)地面侦察监视技术地面侦察监视,是在陆地上进行的侦察监视行动。
其手段除熟悉的光学侦察外,还有无线电技术侦察、雷达侦察和地面传感器侦察等。
1.无线电技术侦察无线电技术侦察,是指使用无线电技术器材搜集和截收对方无线电信号的侦察。
它可以截收和破译敌方无线电通信信号,查明敌方无线电通信设备的配置、使用情况及战术技术性能,以此判明敌人的编成、部署、指挥关系和行动企图。
无线电技术侦察具有隐蔽性好、获取情报及时、侦察距离远,不受气象条件限制和不间断地对敌进行侦察等优点,但也受到敌无线电通信距离、器材性能和采取的各种隐蔽措施所制约。
无线电技术侦察的方式,主要包括无线电侦收、无线电侦听和无线电测向。
无线电侦察,是使用无线电收信器材接收敌方无线电通信信号,从中获取情报的方法。
无线电侦听,是使用无线电收信器材收听敌方无线电通话,从中获取情报的方法。
无线电测向,是利用无线电测向设备确定正在工作的无线电台的方位。
2.雷达侦察雷达侦察,是使用雷达设备,利用物体对无线电波的反射特性测定目标距离、速度、方位和运动速度的侦察方法。
它具有探测距离远、测量精度高、能全天候使用等特点,是目前应用非常广泛的一种侦察方法。
雷达的种类很多,按任务或用途可分为警戒雷达、引导雷达、武器控制雷达等。
比如对空情报雷达,主要包括对空警戒雷达、引导雷达和目标指示雷达,是用于搜索、监视和识别空中目标的雷达。
对海警戒雷达,安装在各种水面舰艇或海岸、岛屿上,是用于对海面目标进行探测的雷达;机载预警雷达,是预警飞机的专用雷达,它可以探测、识别各种高度上的空中目标和地面目标,引导已方飞机作战等;弹道导弹预警雷达,主要用来发现战略弹道导弹的发射,并测定其瞬时位置、速度、发射点、弹着点等弹道参数,为预警、防御和反导提供必要的信息。
3.地面传感器侦察地面传感器,是指对地面目标运动所引起的电磁、磁、声、地面震动、红外辐射等变化量进行探测,并把它转换成人能识别与分析的图像及电信号的设备。
2017年士兵提干考试大纲《军事思想》:侦察监视技术的发
展趋势
关键词:士兵提干张为臻提干考试培训大学生士兵提干提干考点提干考试大纲
1、空间立体化
由空间、空中、地(水)面、水下组成的“四合一”系统,在侦察与监视的地域、时间、周期以及对情报的处理和利用方面,可以取长补短,互为补充,互相印证。
2、速度实时化
借助以计算机为核心的遥感图像自动分类和识别技术,提高处理速度。
E-3A预警机,可同时跟踪600个目标,同时识别200个目标,同时处理300-400个目标消息。
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3、手段综合化
研制新的红外、激光、微波遥感器,使用多种遥感器同时观测,既能获得多种信息,又能增加侦察监视效果。
4、系统一体化
将侦察监视系统与武器装备有机地结合起来,构成一个合理的整体,不仅可以及时发现目标,而且可以及时摧毁目标。
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5、系统安全化
精确制导武器、反卫星武器等各种反侦察武器的出现,对侦察监视系统构成了严重的威胁。
因此,提高整个侦察监视系统自身的生存能力,成了迫切需要解决的重要因素。
观察型⽔下机器⼈ROV系统配置极其实际应⽤⑸机械臂ROV在完成⽔下⽬标观察的同时,⼀般还需要装配⼀到两个机械⼿(臂),以便执⾏诸如海底取样、线缆切割等⽔下作业任务。
机械⼿的主要技术指标包括⾃由度、物理尺⼨、抓取能⼒以及钳⼝扭矩等。
⒉潜⽔器与推进系统⼀台ROV通常有三组推进器,分别⽤来推动潜器在横向、纵向和垂向三个⽅向的运动。
推进器的数量与功率需根据ROV 的⾃⾝重量和作业⽔域环境等因素确定。
⽬前,ROV的推进系统主要有槽道推进型和⽮量推进型两⼤类。
槽道推进型需要三组推进器,分别负责潜⽔器在前后、左右和上下三个⽅向的运动,故也称三轴推进。
槽道式推进器的推⼒⽅向固定并通过潜器重⼼。
⽮量推进器通过调整推⽔⾓度和转速,从⽽获得额外操纵⼒矩,输出指定⽅向的推⼒,在垂直⾯分解后垂直⽅向的⼒⽤于调节纵倾,⽔平⽅向的⼒⽤于保持速度,因⽽,也称为全⽅向推进。
与槽道式推进器不同,⽮量推进器的推⼒可调且不⼀定通过潜⽔器的中⼼。
⽮量推进具有航⾏阻⼒⼩,动⼒效率⾼,可⾼速低耗⾏驶的优点,代表了推进技术的主流发展⽅向。
使⽤⽮量推进器替代槽道推进,还可以使潜器更加轻量化、⼩型化,改善潜器内部布置,更好地满⾜其操纵性能的要求。
从另⼀⾓度来看,由于槽道式推进的三组推进器可以独⽴执⾏前后、左右和上下三个⽅向的运动,在静⽔区域完成⾼精准的动作有⼀定优势。
如果能使⽤以⽮量推进技术为主、槽道式侧推为辅的混合式推进系统,可能会进⼀步改善ROV的操控性能。
⒊动⼒定位技术与定深定向动⼒定位系统成本较⾼,⼜考虑⽔下定位精度、时间延迟以及运载潜器的随动性等因素,观察型ROV⼀般不配备动⼒定位系统。
但是,⾃动定向和⾃动定深功能是观察型ROV系统必须具备的性能,否则将为ROV的系统操控带来极⼤的不便。
⒋⽬标观察系统作为观察型的ROV的重要性能指标之⼀,⽬标观察系统⼀般分为光学和声学两⼤类。
⑴光学成像系统①像场与景深受⽔体清晰度等条件影响,通过光学⼿段观察海底⽬标时,⼀般都需要尽量靠近⽬标才能获取⽐较好的成像质量。
水下机器人工作原理水下机器人是一种能够在水下环境中完成各种任务的机器人。
它们通常被用于海洋探测、海底矿产开采、海洋生态保护等领域。
水下机器人的工作原理是通过结合各种传感器和执行器,利用先进的控制系统实现对环境的感知和操控。
本文将介绍水下机器人的工作原理和关键技术。
一、感知技术水下机器人需要通过感知技术获取周围环境的信息。
首先是水下摄像机,它能够实时获取水下图像,使操作者能够通过监视器看到水下环境。
此外,声纳系统也是水下机器人的重要感知装置。
通过发射声波并接收回波,水下机器人可以获取目标的距离、方向等信息。
二、运动控制技术水下机器人的运动控制技术是实现机器人自主移动和姿态调整的关键。
首先是推进系统,通常采用螺旋桨或水动力推进器,通过改变推力的大小和方向实现机器人在水下的移动。
其次是姿态控制系统,包括陀螺仪、加速度计等传感器,用于检测机器人的姿态信息,并通过调整推进系统中螺旋桨的转速和方向实现机器人的姿态调整。
三、工作系统水下机器人的工作系统根据不同的任务需求而不同。
例如,海洋探测任务中常使用声纳系统和摄像机进行海底地形的测绘;海洋生态保护任务中可以安装水质检测仪器,用于监测水中的溶解氧、氨氮等参数;海底矿产开采任务中则需要安装矿产采集设备,用于采集海底的矿产资源。
四、通信技术水下机器人需要与操作者进行远程通信,以实现对机器人的实时监控和控制。
由于水下环境的特殊性,传统的无线通信方式难以使用。
因此,水下机器人通常采用声学通信技术,通过发送和接收声波来实现与地面设备的通信。
此外,水下机器人还可以使用光学通信技术,通过激光器和光接收器进行光信号传输。
五、能源技术水下机器人需要长时间在水下工作,所以能源技术对于其工作时间的保障至关重要。
常见的能源技术包括蓄电池和燃料电池。
蓄电池采用化学反应将化学能转化为电能,并通过供电系统为水下机器人提供持续的电力。
燃料电池则通过氢氧化合反应将燃料转化为电能,具有较高的能量密度和工作时间。
第31卷第11期2009年11月舰船科学技术SH I P SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .31,No .11Nov .,2009水下微光高速摄像系统在潜艇实验中的应用沈凌敏1,2,何俊华1,张琦3,陈良益1(1.中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学仪器实验室,陕西西安710119;2.中国科学院研究生院,北京100039;3.中国人民解放军91550部队220所,辽宁大连116023摘要:介绍了用于潜艇实验的水下微光高速摄像系统,并对设计的关键技术做了论述。
根据潜艇上的实际情况,设计了最优的设备工作布局,使全系统能发挥最佳的效果。
分析了水下30~40m 的光照度,进而设计了适合的水下照明方案,尽量采取微光照明的方式,使环境散射达到最低。
最后将该系统应用于水下微光高速摄像试验,实验证明该系统在水下重要武器,尤其是水下潜艇等实验中具有广阔的应用前景。
关键词:高速摄像;水下微光;光照度;水下照明中图分类号:U674.76;T N946文献标识码: A文章编号:1672-7649(200911-0055-04DO I:1013404/j 1issn 11672-7649120091111010Appli ca ti on of underwa ter low 2li ght 2level h i gh 2speed photograph syste m i n sub mar i n eSHEN L ing 2m in1,2,HE Jun 2hua 1,Z HANG Q i 3,CHEN L iang 2yi1(borat ory of Advanced Op tical I nstrument,Xi πan I nstitute of Op tics and Precisi on Mechanics,Chinese Acade my of Sciences,Xi πan 710119,China;2.Graduate I nstitute of Chinese Acade my of Sciences,Beijing 100039,China;3.220I nstitute of 95510A r my of the Chinese P LA ,Dalian 116023,China Abstract:An under water l ow light level i m aging syste m f or submarine trial is intr oduced and s ome key techniques are discussed .According t o the p ractical conditi ons of sub marine an op ti m ized illu m inati on syste m is designed .For the best i m aging quality of under water high 2s peed phot ograph syste m ,by thethor ough analysis of illum inance require ment in both object s pace and i m age s pace f or high sensitive high 2s peed ca mera in the circum stance of l ow light level bet w een 30and 40meter under the water,a p lan app lied t o under water lighting is designed .Some anti 2corr osi on methods are used f or the stability of the syste m.The syste m is app lied in under water l ow light level high s peed detecting and has a wide app licable future in the field of under water weapons,es pecially submarine .Key words:high 2s peed phot ograph;under water l ow 2light 2level;illum inance;under water lighting收稿日期:2009-02-17;修回日期:2009-03-25基金项目:国防科技重点实验室基金项目资助(51448030105ZK1801作者简介:沈凌敏(1983-,男,硕士,研究方向为水下光电探测技术。
水下机器人的发展现状摘要:介绍了国内外典型水下机器人的性能特点,阐述了国内外水下机器人发展的历史及现状,总结了水下机器人发展中存在的一些关键问题,并对未来水下机器人领域的发展动向作出了展望.0引言机器人技术是集运动学与动力学理论、机械设计与制造技术、计算机硬件与软件技术、控制理论、电动伺服随动技术、传感器技术、人工智能理论等科学技术为一体的综合技术.它的研究与开发标志着一个国家科学技术的发展水平,而其在各种机械领域的普及应用,则显示了这个国家的经济和科技发展的实力.世界上许多国家为了推进本国的机器人开发事业,打入竞争日益激烈的国际高科技市场,不惜投入巨大的人力、财力来推动机器人技术的发展,开发出了许多类型的机器人.机器人的应用领域也逐渐从人工环境扩展到了水下和宇宙.随着人口数量的增长和科学技术水平的不断提高,人类已把海洋作为生存和发展的新领域,海洋的开发与利用已经成为决定一个国家兴衰的基本因素之一.从而使水下机器人具有更加广阔的应用前景.水下机器人设计是一项综合性的复杂工程,技术密集度高,是公认的高科技,它的研制水平体现了一个国家的综合技术力量.水下机器人一般可以分为两大类:一类是有缆水下机器人,习惯称为遥控潜水器(RemoteOperatedVehicle,简称ROV);另一类是无缆水下机器人,习惯称为自治潜水器(AutonomousUnderwaterVehicle,简称AUV).此外,按使用的目的分,有水下调查机器人(观测、测量、试验材料的收集等)和水下作业机器人(水下焊接、拧管子、水下建筑、水下切割等作业);按活动场所分,有海底机器人和水中机器人.水下机器人在20世纪50年代初诞生时,由于所涉及的新技术还不够成熟,电子设备的故障率高,通信的匹配以及起吊回收等问题没有很好解决,因此发展不快,没有受到人们的重视.到了60年代,国际上开始两大开发技术,即宇宙和海洋开发,促使远距离操纵型机器人得到了很快的发展,到了80年代,由于海洋开发与军事上的需要,尤其是水下机器人本体所需的各种材料及技术已得到了较好的解决,水下机器人才得到了很大发展,开发出了一批能工作在各种不同深度,进行多种作业的机器人,可用于石油开采、海底矿藏调查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和检查、海上养殖、江河水库的大坝检查及军事等领域.目前,水下机器人大部分是框架式和类似于潜艇的回转细长体,随着仿生科技技术的不断发展,仿生鱼形态甚至是运动方式的水下机器人将会不断发展。
第25卷第4期水下无人系统学报 Vol. 25No. 4 2017年10月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Oct. 2017收稿日期: 2017-08-05; 修回日期: 2017-09-20.作者简介: 聂卫东(1972-), 男, 博士, 高级工程师, 主要研究方向为水中兵器总体设计.[引用格式] 聂卫东, 马玲, 张博, 等. 浅析美军水下无人作战系统及其关键技术[J]. 水下无人系统学报, 2017, 25(4): 310-318.【编者按】 近年来, 随着海洋军事战略、军事需求以及科学技术的迅速发展, 水下无人作战系统已成为各国海军竞相关注的热点, 这必将引起海上作战模式的巨大变革。
欧美等发达国家一直对水下无人作战系统保持着高度关注, 其中美国是最早开展水下无人作战系统研究的国家, 已在水下无人作战系统领域发布了十分全面的规划文件。
我们特邀近年来持续跟踪国外相关领域前沿技术的聂卫东博士及其团队, 从美军若干执行特定作战任务的水下无人作战系统入手, 分析了其关键技术的发展现状和趋势, 旨在抛砖引玉, 期待相关研究者开展更为深入和广泛的研究。
浅析美军水下无人作战系统及其关键技术聂卫东, 马 玲, 张 博, 张 龙(中国船舶重工集团公司 第705研究所, 陕西 西安, 710077)摘 要: 水下无人作战系统以其成本低廉、机动能力和渗透能力强、安全性和适应性高等优势, 已日益发展为水下作战的主要力量。
文章通过对美军发布的相关文献的整理和解读, 提出了水下无人作战系统的基本功能性概念。
简要介绍了美军当前已部署和正在发展的可部署分布自主系统(DADS)、近海水下持续监视网(PLUSNet)、分布式敏捷反潜系统(DASH)、先进水下武器系统(AUWS)、浮沉载荷(UFP)以及“海德拉”(Hydra)等水下无人作战系统项目情况, 分析了能源与动力技术、水下传感器网络技术、通信技术、水下组合导航技术以及多传感器信息融合技术等关键技术领域的发展现状, 并对未来水下无人作战系统在技术和装备两方面的发展前景进行了展望。
第29卷第5期水下无人系统学报 Vol. 29No.5 2021年10月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Oct. 2021收稿日期: 2020-11-17; 修回日期: 2021-02-05.作者简介: 孙玉臣(1988-), 男, 在读博士, 主要研究方向为水声换能器设计及制造.[引用格式] 孙玉臣, 王德石, 李宗吉, 等. 蛙人探测声呐系统发展综述[J]. 水下无人系统学报, 2021, 29(5): 509-523.蛙人探测声呐系统发展综述孙玉臣1,2, 王德石1, 李宗吉1, 姜 斌3, 张 恺1, 孙玉祥2, 于文强4(1. 海军工程大学 兵器工程学院, 湖北 武汉, 430033; 2. 中国人民解放军92767部队, 山东 青岛, 266102; 3. 海军潜艇学院 航海观通系, 山东 青岛, 266100; 4. 武汉天鲸科技有限公司, 湖北 武汉, 430040)摘 要: 蛙人在水下声信号强度低, 难以被探测, 可秘密潜入港口、岛礁等重点水域进行侦察破坏等行动,是水下预警的重要方式之一。
文中首先论述了水下探测蛙人的难点, 分别介绍了主被动声呐探测蛙人的原理和依据的声信号特征。
然后, 综述了国内外蛙人探测声呐(DDS)装备的技术现状, 总结了目前DDS 系统的技术特点, 包括信号处理技术、远距离传输及供电、安装布放、环境自适应能力、系统可靠性、多声呐联合以及多系统协同等方面, 提出了新材料技术、匹配层技术、检测概率提高技术、目标自动跟踪及识别技术、垂直相控发射技术以及组阵技术等DDS 装备发展的关键技术, 为行业内DDS 装备的研究提供参考。
关键词: 蛙人探测声呐; 水下预警; 声信号特征中图分类号: TJ67; TB566 文献标识码: R 文章编号: 2096-3920(2021)05-0509-15 DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2021.05.002Review of Diver Detection Sonar SystemSUN Yu-chen 1,2, WANG De-shi 1, LI Zong-ji 1, JIANG Bin 3, ZHANG Kai 1,SUN Yu-xiang 2, YU Wen-qiang 4(1. College of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2. 92767th Unit, The Peo-ple’s Liberation Army of China, Qingdao 266102, China; 3. Department of Navigation, Navy Submarine Academy, Qingdao 266100, China; 4. Wuhan Tianjing Technology Co., Ltd, Wuhan 430040, China)Abstract: Detecting a diver is difficult because of the low strength of underwater acoustic signals, which can secretly sneak into water bodies such as ports, islands, and reefs for reconnaissance and destruction, which is one of the key as-pects of underwater early warning. In this study, first, the difficulties of underwater diver detection are discussed, and the principle and acoustic signal characteristics of active and passive sonar to detect divers are introduced. Then, the technical status of diver detection sonar(DDS) equipment is overviewed, including signal processing technology, remote transmission and power supply, installation and distribution, environmental adaptive ability, system reliability, mul-ti-sonar combination, and multi-system collaboration. Key technologies for the development of DDS equipment, such as new material, matching layer, detection probability improvement, target automatic tracking and identification, vertical phased emission, and arraying technologies, are proposed to provide a reference for the research on DDS equipment in the industry.Keywords: diver detection sonar(DDS); underwater early warning; acoustic signal characteristic0 引言 针对水域的安全监控技术手段, 现有措施多注重水面以上的目标预警, 如使用雷达, 而针对水下区域的预警探测手段则较弱。
第3"卷第1期2021年02月Vol.3"No.1Feb.,2021中国海洋平台CHINA OFFSHORE PLATFORM文章编号:1001-4500(2021)01-0078-06DOI:10.12226/j.issn.1001-4500.2021.01.20200614海洋环境监测立体感知体系化娜丽r陈小刚r陈萍2,宋文恩2,何琬2(1.深圳市源清环境技术服务有限公司,广东深圳518071;2.深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司,广东深圳518071)摘要:为应对大数据时代海洋信息化建设在海洋环境监测、海洋信息获取等方面的需求,分析总结海洋环境智能化监测与利用过程中存在的问题,并在此基础上开展海洋环境监测立体感知体系架构设计及关键技术研究,实现对多种海洋要素的立体、实时、原位在线监测,为实现智慧化的海洋开发与利用提供数据支撑,具有重要的战略和经济意义。
关键词:海洋环境;智能化监测;立体感知体系;架构设计中图分类号:P715文献标志码:AStereoscopic Perception System for Marine Environment MonitoringHUA Nali1,CHEN Xiaogang,CHEN Ping?,SONG Wenen2,HE Wan2(1.Shenzhen Yuanqing Environmental Technology Services Co.,Ltd.,Shenzhen518071,Guangdong,China; 2.IER Environmental Protection Engineering Technology Co.,Ltd.,Shenzhen518071Guangdong China)Abstract>In orderto meet the needs for marine informatization construction in marineenvironment monitoring and marine information acquisition in the era of big data theproblemsintheprocessofinte l igent monitoringand utilization ofthe marine environment are analyzed and summarized.On this basis the architectureand key technologies of stereoscopic perception system for marineenvironment monitoring are discussedindetail.Theresearchcouldrealizethestereoscopic real-timeandin-situonlinemonitoringofvarious marineelements andprovidedatasupportfortherealizationofinte l igentoceandevelopmentandutilization whichisofimportantstrategicandeconomicsignificance.Key words:marine environment;intelligent monitoring;stereoscopic perception system;architecture design0引言自有历史记载以来,海洋就在人类社会演变的进程中发挥着至关重要的作用,海洋强国的理念一直主导着世界的发展。
声纳声呐就是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备,是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。
它是SONAR一词的“义音两顾”的译称(旧译为声纳),SONAR 是Sound Navigation and Ranging(声音导航测距)的缩写。
-声呐技术至今已有100年历史,它是1906年由英国海军的刘易斯•尼克森所发明。
他发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置,主要用来侦测冰山。
这种技术,到第一次世界大战时被应用到战场上,用来侦测潜藏在水底的潜水艇。
-目前,声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术,用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪;进行水下通信和导航,保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。
此外,声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信,以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。
-有趣的是,声呐并非人类的专利,不少动物都有它们自己的“声呐”。
蝙蝠就用喉头发射每秒10-20次的超声脉冲而用耳朵接收其回波,借助这种“主动声呐”它可以探查到很细小的昆虫及0.1mm粗细的金属丝障碍物。
而飞蛾等昆虫也具有“被动声呐”,能清晰地听到40m以外的蝙蝠超声,因而往往得以逃避攻击。
然而有的蝙蝠能使用超出昆虫侦听范围的高频超声或低频超声,从而使捕捉昆虫的命中率仍然很高。
看来,动物也和人类一样进行着“声呐战”!海豚和鲸等海洋哺乳动物则拥有“水下声呐”,它们能产生一种十分确定的讯号探寻食物和相互通迅。
-海豚声呐的灵敏度很高,能发现几米以外直径0.2mm的金属丝和直径lmm的尼龙绳,能区别开只相差200卜s时间的两个信号,能发现几百米外的鱼群,能遮住眼睛在插满竹竿的水池子中灵活迅速地穿行而不会碰到竹竿;海豚声呐的“目标识别”能力很强,不但能识别不同的鱼类,区分开黄铜、铝、电木、塑料等不同的物质材料,还能区分开自己发声的回波和人们录下它的声音而重放的声波;海豚声呐的抗干扰能力也是惊人的,如果有噪声干扰,它会提高叫声的强度盖过噪声,以使自己的判断不受影响;而且,海豚声呐还具有感情表达能力,已经证实海豚是一种有“语言”的动物,它们的“交谈”正是通过其声呐系统。
Doi:10.19661/ki.mi.2019.01.003【信息技术】水下目标监视系统发展综述张寅权!,张爽",孙春健!,高思宇1(1.国家海洋信息中心天津300171; 2.国家海洋技术中心天津300112)摘要从水下攻击具有相当的隐蔽性,因此重要目标的水下防御已成为各国需要重点考虑的问题。
水下目标监视系 统是减少敌方入侵,降低袭击破坏程度,保卫港口、码头等重大设施,远程监管无人岛,维护海洋权益,保障海洋环 境安全的关键。
本文阐述了水下目标监视系统的重要意义,概括了国内外水下监视系统的发展现状,并针对未来我国 水下目标监视系统的发展,提出了设计和建设思路。
关键词水下目标;监视中图分类号P79Developm ent o f Underwater Target Surveillance SystemZHANG Yin-quan1, ZHANG Shuang ", SUN Chun-jian1, GAO Si-yu1(1. National Marine Data and Information Service, Tianjin 300171, China;2. National Ocean Technology Center, Tianjin 300112, China)Abstract Underwater attack has considerable concealment, thus underwater defense of important targets has become a key issue for countries to consider. The underwater target surveillance system is the key to reduce enemy invasion, reduce the degree of attack damage, protect ports, wharfs and other major facilities, monitor unmanned islands remotely, safeguard marine rights and interests, and protect the safety of marine environment. This paper describes the importance of underwater target surveillance system, and summarizes the development status of underwater surveillance system at home and abroad. In view of the future development of underwater target surveillance system in China, the design and construction ideas were put forward.Keywords underwater target; detection我国海岸线长约1.8万km,沿海分布很多具 有重要经济价值或重大军事意义的港口、码头,近岸防御压力巨大。
我国面积达500 m2以上的岛 屿有6 536个,有人届住的岛屿仅有450个,无人岛数量众多,对其进行全方位监管具有很大 难度。
目前我国的海域监控安全措施多数集中在 水面以上的区域,卫星遥感,雷达、远程视频监 控系统能够有效监视预警;而水下区域安保环节 薄弱,敌对势力可利用水下蛙人、机器人以及小 型水下运载器等从水下趁虚而入,对水域重要设收稿日期;2019-01-25施进行破坏。
海水是电磁波的不良介质,目前水下安全监 视主要依靠水声技术[1]。
各沿海国利用水声技术 对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪"海军 还利用水声进行水下通信和导航,保障舰艇、反 潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使 用[2]。
为实现重要港口、码头、无人岛的水下警 戒,可利用水声技术进行水下目标探测预警,建 立可靠的水下目标监视系统。
而水下目标监视系 统,由于布放在水下相对常规视觉和雷达系统更■I兹•溥信息2019年第1期H |隐蔽,因此更安全和不易被损毁,从而增强对入 侵目标如潜艇、蛙人、小型运载器等的威慑力和 打击的突然性[3—6%。
近年来国际海上恐怖袭击频发,水下进行入 侵破坏呈现上升趋势,沿海国海洋领土纷争不 断。
水下入侵目标预警是减少敌方入侵,降低恐 怖袭击破坏程度,保卫港口、码头等重大设施,远程监管无人岛,进行海洋权益维护,保障海洋 环境安全的关键。
重要港口、码头、海岛的水下 目标监视系统亟须研发建设。
水下监视系统主要 用于监视水下目标,大目标如潜艇可运用长基线 低频被动声呐,小目标如蛙人、小型潜器可运用 高频主动声呐,在重点水域周围布成长期连续工 作的监测防护网,随时监视水下入侵潜艇、潜 器、蛙人,以及其他有破坏作用的各种水下危险 器物,并将监测结果实时报告监控中心[7-11%。
1水下目标监视系统的意义1.1港口、码头水下目标监视系统是维护海洋经济稳定的重要保障随着海洋资源开发和海洋贸易的不断发展,港口、码头的建设在各国海洋资源竞争、海洋 经济发展、国防安全等领域变得越来越重要。
海洋资源的开发利用要依托于港口;港口、码 头作为交通枢纽和货物集散地,可以拉动当地 经济发展;随着国际贸易全球化发展,港口、码头起到全球资源配置的作用;作为海运的基 地,港口、码头的安全决定了海洋经济的稳定 性。
和平时期敌对国通常会派出蛙人从海港水 域渗透、侦查,军事紧张期还会进一步破坏港 口、码头及停泊船只等重要设施,从而破坏社 会稳定和经济发展,降低军事力量。
港口、码 头及停泊船只等水上设施安全保障越来越受到 政府的重视,水下监视系统可以及时对水下入 侵目标预警,是海岸安防系统的重要组成部分,是维护海洋经济的重要保障[12-13]。
1.2海岛水下目标监视系统是海岛管理保护的高效手段海岛视频监控及入侵报警系统发展日趋成 熟,主要使用光学成像方法对近海海面进行动态 监视监测,但是监控范围小,不能满足对水下入 ■I72备弹信I2019年第1期|侵目标的探测与预警。
海岛水下监控系统利用现 代化的水声技术手段对海岛周围海域水下连续实 时的安全情况进行监视管理,具有4个方面的重 要意义[14%:—是海岛水下监控系统可以预警敌对 势力从水下入侵,防止别国窃据我国岛屿,保障 我国领土完整;二是海岛水下监视系统防止海 盗、犯罪人员潜逃到无人岛上,防止非法开采我 国岛屿附近资源,从而有效保护海岛资源;三是 海岛水下监控系统的使用能够有效减轻海岛安全 管理的劳动强度,对于无人岛效果显著;四是海 岛水下监控系统的使用将进一步提升海岛管理设 施现代化水平,提升海岛保护装备力度。
1.3水下目标监视系统是国际安保反恐的迫切■i T?d±i而要世界两大集团的冷战对抗结束后,全球整体 趋于和平,虽然没有传统大炮、导弹为主的大规 模战争,但地区冲突和小区域战争仍存在,往往 以恐怖袭击的方式进行[15]。
1995年斯里兰卡的泰 米尔猛虎组织(Tamil Tigers)的蛙人进行水下自 杀式爆炸,使斯里兰卡海军损失多艘舰船。
2000年10月,美国海军驱逐舰柯尔(Cole)号在也门 艾丁(Aden)港停泊补给时被一艘满载炸药的小 型快艇炸出一个大洞,致使17名美国水兵死亡,47人受伤。
2002年10月,法国油轮Limburg号 也是在也门遭到同样袭击。
2004年3月,哈马斯 蛙人(Hamas frogmen)从水下入侵攻击了以色 列海滨哨所。
2004年4月,伊拉克近海的石油设 施遭几条小艇袭击。
由于从水下渗透或攻击具有 较高的隐蔽性,国际上恐怖活动逐渐开始从陆地 向水下发展。
各沿海国对港口、码头、及高价值 舰艇的保护越来越重视,相继研发水下目标监视 系统。
随着水下装备和武器不断朝着小型化发 展,迫切需要能够对大小目标监视的水下安防系 统,从而建立完善的水下安保机制,对重点水域 及重要设施实施严密的监控。
1.4水下目标监视系统为海洋权益维护提供决策支撑当前,中国不存在大规模海洋军事入侵的安 全威胁,但非传统安全威胁依然存在,尤其是因 岛礁争端、海洋权益争端引发的海上安全危机。
侵犯中国岛礁主权的声索国持续而激进的侵权行 动,干扰中国和平发展进程,威胁地区和平与稳定。
我国与周边国家在部分岛礁主权和海上划界 的争端依然十分突出,海上突发性侵权事件时有 发生,海洋资源被不断掠夺,水下非传统安全领 域问题不断增加,海洋维权与海上安全形势异常 严峻。
随着钓鱼岛及邻近海域、台湾海峡区域、南海周边等海域的形势变化,海洋维权行动对海 中目标识别能力有了更高的要求,但我国海上维 权支持系统离实际需求尚有较大差距。
由于技术 发展的不对称,面对外部力量的强势介入,我国 近海海洋环境面临对他国单向透明便于他国水下 隐蔽入侵的巨大风险。
因此,发展水下目标监视 系统,进一步提升海洋环境安全保障能力,为定 期巡航执法、热点区域维权提供综合研判信息,对海上维权执法、维护国家海洋资源和领土完整 具有重要意义[16$。
1.5水下目标监视系统是海洋环境安全保障体系的核心内容我国的海洋领土面积广阔,海洋资源丰富,水下目标监测识别技术是进行海洋国土监视、维 护海洋环境安全的核心和关键技术。
海洋环境安 全是国家安全保障体系的重要组成部分,关系到 国家的长治久安、主权维护和可持续发展。
加快 致力于海洋环境安全保障的水声监视技术研究发 展,是我国实施“建设海洋强国”和“一带一 路”战略的重要基础,需求迫切、意义重大[1)$。
2国内外水下目标监视系统水下对于攻击者而言,具有易于隐蔽的特 点,是传统警戒监视系统的薄弱环节;而水下对 于防守者来说,又具有难于防范的弱点。
因此,水下入侵袭击以其隐蔽性好、代价低等特点更容 易成为敌对国或者恐怖分子选择的非对称攻击手 段,其攻击目标往往选择海港、码头的军事设 施、重要经济设施、重大活动、石油平台、无人 岛礁等。
沿海国家一直将水声技术作为海洋安全 防御的关键技术大力发展,尤其以美国为首的西 方国家纷纷投入大量人力物力研发核心装备与目 标探测技术、构建重要目标的水下监视安保系 统,如美国的综合水下监视系统(Integrated Undersea Surveillance System,IUSS),港口 水下安 保系统(Underwater Port Security System,UPSS),综合游泳者防御系统(Integrated Swimmer Defense System,ISD),法国的 HarborSuite港口 水下安全监控系统等。