阅读说明：本技术 水下探测系统及方法 (Underwater detection system and method ) 是由 费尔南德斯·佩尔斯·瓦昆 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种水下探测系统及方法,包括：(a)第一水下装置,其依次包括：(a.1)高频主动和被动声纳(4),其以固定方式和/或以声纳携带模式布置在船下,并且被配置用于发射声信号和接收声纳回波；以及(a.2)被配置用于警告授权的水下装置出现在受限区域中的水下阻止装置(5)；并且其中所述系统还包括(b)第二水上装置,所述第二水上装置包括：(b.1)通信装置(2),所述通信装置(2)被配置用于在所述水下装置(4,5)和所述水上装置(1,2,3,6)之间建立通信接口；以及(b.2)水上控制装置(1),其被配置用于处理由主动和被动声纳(4)获取的数据,并且如果检测到出现在受限区域中未授权的水下装置,则通过水下阻止装置(5)发出警告。(The invention relates to an underwater detection system and method, comprising the following steps: (a) a first underwater device comprising in sequence: (a.1) high frequency active and passive sonars (4) arranged in a fixed manner and/or in a sonar-carrying mode under the vessel and configured for transmitting acoustic signals and receiving sonar echoes; and (a.2) a subsea containment device (5) configured to alert authorized subsea devices of the presence in the confined area; and wherein the system further comprises (b) a second aquatic device comprising: (b.1) a communication device (2), the communication device (2) being configured for establishing a communication interface between the underwater device (4, 5) and the above-water device (1, 2, 3, 6); and (b.2) a marine control device (1) configured to process data acquired by the active and passive sonars (4) and to issue a warning by the underwater prevention device (5) if the presence of an unauthorized underwater device in the confined area is detected.)

水下探测系统及方法

技术领域

本发明所属的技术领域是水下探测系统，用于探测潜水员、载人和无人潜水艇，以防止和监视在商业港口、海军基地、发电站、钻井平台、系泊船、环境保护区域和浮游失事中可能表现的威胁。

背景技术

近年来，国际上对港口，军事和民用船舶的保护以及对水下威胁至关重要的基础设施的关注日益增长。这种保护需要使用高度专用的传感器，其特征在于高检测概率和低误报警概率。

文献ES2076316T3描述了一种水声声纳系统，其中接收到的信号在没有对其进行相当多的滤波的情况下被处理，以保存接收到的信号的高傅立叶分量，从而保存关于目标的有用信息。这是通过使用宽带检测器模块来解调所接收的信号，从而消除通常的中频级来实现的。该模块包括宽带输入放大器，宽带全波检测器和具有至少50kHz的截止频率的低通有源滤波器。

文献ES2422756T3描述了一种自主声信号处理系统，其提供了能够自主执行大量声信号处理的装置。所述系统和方法可以被配置成自主地检测，跟踪，分类和报告安静目标(例如，潜艇目标)的存在，所述安静目标可以在密集运输的区域中操作。

最后，文献ES2159220A1描述了一种被动声纳系统，以避免与包括永久被动(被动声纳)定位系统的鲸类的碰撞，该定位系统实时跟踪鲸类(特别是抹香鲸)的单独运动，以防止与所有类型的船碰撞。该系统由一系列固定的，被动的声学浮标组成，其具有布置用于校准的主动声学浮标的可能性，位置分析软件程序，浮标到浮标通信系统，岸到浮标通信系统，岸上的三维地理软件跟踪程序，船到岸通信系统和车载地理跟踪接收器系统。该系统可应用于海上交通引起与鲸类碰撞的区域，这些碰撞可导致船运公司的物力人力损害，并危及某些鲸类物种的保护。

发明内容

本发明的目的是根据下面提到的权利要求来定义的。根据权利要求1所述的水下检测系统被配置用于检测船舶、港口和临界离岸设备中的入侵者。此外，根据权利要求14的水下入侵者检测方法也是本发明的一个目的。从属权利要求详细描述了本发明的特定和/或优选实施例。

具体来说，本发明的水下探测系统目标包括四个基本装置：(a)第一水下主动装置，它是将高频主动和被动声纳以固定方式和/或声纳携带模式安装在水中船下，并被配置用于发射声信号和接收声纳回波；(b)第二潜水装置，其被配置用于警告授权的潜水元件出现在受限区域；(c)第三水上装置，其被配置用于在构成所述系统的装置之间建立通信接口；以及(d)用于提供用户界面和数据处理的第四水上装置。这个系统整体上是模块化的，这便于其将来的更新。此外，它是一个轻量级的系统，便于其运输和操作部署；最后，它具有广泛的覆盖范围。

此外，本发明的水下检测方法的目的包括：(a)用于在水下安装高频有源声纳的步骤，具有发射声信号和接收声纳回波的步骤；(b)处理声纳回波信号的步骤；(c)检测限制区域中的水下元件的存在的步骤；以及(d)当检测到在受限区域中存在水下元件时，发出水下警告/警报的步骤。

如上描述，本发明以比现有技术中描述的系统更有效和更简单的方式，提供一种用于潜水员、载人和无人潜水艇的水下检测的系统和方法，提供对它们在商业港口、海军基地、发电站、钻井平台、系泊船、环境保护区域和浮游失事的威胁的保护和监视，以比现有技术中描述的系统更有效和更简单的方式。

在整个说明书和权利要求书中，"包括"一词及异体字并不试图排除其它技术特征、增加物、组件或步骤。对于本领域技术人员来说，本发明的其它目的、优点和特征将部分地从描述中推断出来，部分地从实施本发明中推断出来。以下实施例和附图是通过说明的方式提供的，并不试图限制本发明。此外，本发明覆盖了这里所指出的特定和优选实施例的所有可能的组合。

附图说明

下面将非常简要地描述有助于更好地理解本发明并且明确涉及作为其非限制性示例呈现的所述发明的实施例的一系列附图。

图1示出了本发明的水下检测系统对象的图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的系统目标包括水上装置(1至3和6)和水下装置(4，5)。在第一实施例中，水下装置包括设置在固定点处的水下的高频主动和被动声纳(4)，并且被配置用于发射声信号和接收声纳回波。在第二实际实施例中，其被布置在船下的声纳引航模式中，在船的船体下具有柔性绳索，这是这种类型的声纳的新颖方面，该声纳通常被安装在固定点或悬挂在系泊或锚定的船上(在不航行时)。

该水下装置包括被配置用于警告未授权的水下元件出现在受限区域中的水下阻止装置(5)，并且包括被配置用于便于理解被传输到水中的声音语音消息的一组换能器。

本发明的系统由水上装置(1，2，3，6)完成。水上装置由水上控制装置(1)，通信装置或接口(2)，与主动声纳(4)连接的水下电缆(3)和与水下装置连接的放大器装置(6)组成。

通信装置或接口(2)被配置用于在构成系统的装置之间建立通信接口，提供数据馈送和与水下装置的接口，以及利用以太网类型的接口与水上控制装置(1)连接，具有有线或无线连接的可能性。

最后，该系统用水上控制装置(1)完成，该水上控制装置(1)被配置用于提供用户接口和数据处理，所述系统主要由计算机组成，该计算机可以根据连接的水下装置的数量或系统的所需配置(便携式的，用于装配在船或机柜中，以便安装在控制中心中)以各种配置提供。

所描述的系统具有多种优点和特征。因此，由于发射的声功率以及所使用的水听器装置的灵敏度和方向性，根据周围条件，检测范围可以达到1000m。

利用这些系统中的常规声纳处理技术，控制装置(1)可以对威胁接触进行检测、跟踪和自动分类。如此，当检测到上述威胁之一时，就自动地出现轨迹，作为用于评估轨迹行为算法的结果，还自动地对联系人进行分类，并且向操作者发出警报。另一个特征是，有源声纳(4)被配置用于发射CW和FM脉冲，配置天线的发射，以及在处理所接收的声纳信号中建立适当的设置。它还包括被配置用于发射波束的电子定向的装置，其允许设置其垂直角度以便使其适应天线部署条件。最后，可以在水上装置中设置源级，设置来自用户接口的天线发射功率。

该系统具有90°/180°/270°/360°的角覆盖，限制能量向选定扇区的传输，并处理专门从选定扇区接收的回波。此外，还有警报抑制区域，这些区域可以由操作员配置，并建立接收信号被忽略的区域。

距离和方位角的图形显示通过在制图地图上显示跟踪结果来高精度定位威胁。系统基于客户端需求提供集成的电子图表。

该系统的另一个特征是它允许在公共控制装置(1)中集成多个水下装置，从而覆盖保持公共控制布置的较大或更复杂的区域。

本发明的系统还利用相同的水下声纳装置(4)，在固定系统中稍作修改，并且由在控制装置(1)内具有不同配置的相同处理软件支持，从而促进了不同的部署模式(海床，港口，系泊船)。此外，该系统允许作为自主系统工作或允许集成在监视系统中，并通过以太网接口将系统中的状态信息和警报转发到安全控制系统，以便于启动和自治操作。

从物理上讲，本发明采用一种较小尺寸的轻量化低维护装置，该装置可以在空气中以不超过40kg的配置(每个装置的单独重量)提供。

在一个特定实施例中，该系统实现作为中间通信装置(2)和控制装置(1)之间的选项的可用的无线通信协议，替换有线以太网接口并避免根据安装复杂布线的需要。

在另一个特定实施例中，该系统集成了多个传感器，以弥补水下装置的任何运动，作为装置的部件的一部分，并便于弥补其运动(特别是对于悬挂部署模式)。

在另一个特定实施例中，该系统包含被配置用于借助于内部硬盘驱动器记录和转载数字数据的装置，该内部硬盘驱动器允许记录由天线数字化的数据，并且能够将这样的数据作为输入声纳处理，从而促进在记录周期内检测到的查看警报的任务。

系统配置三个系统操作测试级，包括用于报告组件(可用性、温度传感器等)状态的第一级。第二级，其评估在被动级上接收的信号，以及第三级其执行发送和接收环路验证。所有这些都在主动水下装置级执行并由用户接口装置控制并报告给用户接口装置。

最后，该系统包含作为选项提供的集成操作员训练模式，并结合预先记录的信号，该信号再现了各种关注的场景。在另一个特定实施例中，系统包含作为选项的声学性能预测，并且基于为根据系统特性而实施的国际上认可的预测模型。