一种螺旋线传感器拖曳天线运动感应噪声检测系统及方法

技术领域

本发明属于水下低频通信，具体涉及一种螺旋线传感器拖曳天线运动感应噪声检测系统及方法。

背景技术

拖曳天线是水下低频通信的主要收信天线，采用电极对形式接收岸基通信台发射的低频电磁波信号。然而，当水下航行器运动时，拖曳天线周围湍流引起天线电缆振动，导致电缆切割地磁场产生运动感应噪声。随着航行速度的增加，噪声电平以速度的指数次方提高，严重影响收信效果。因此，为提高拖曳天线运动时水下收信能力，需要检测运动感应噪声，并通过自适应滤波消除或降低运噪声影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种螺旋线传感器拖曳天线运动感应噪声检测系统，所述系统包括：拖曳天线、螺旋线传感器；

所述拖曳天线的第一端和第二端分别设置有第一电极、第二电极；

所述螺旋线传感器固定设置于所述拖曳天线上；所述螺旋线传感器沿所述拖曳天线共形轴向布置；所述螺旋线传感器的向径rhex与所述拖曳天线的直径rtow相同；所述螺旋线传感器基于所述第一端短接型对称差分结构，经过二线制对称缠绕连接至所述第二端的信号处理模块。

优选地，所述螺旋线传感器是均匀螺旋线传感器，所述均匀螺旋线传感器为沿螺距为D0，单位长度所述拖曳天线上所述螺旋线传感器匝数为N0，则总匝数也为N0×L0，其中L0为所述拖曳天线的长度。

优选地，所述螺旋线传感器是非均匀螺旋线传感器；所述非均匀螺旋线传感器是在所述拖曳天线的两个电极附近的长度为L1，螺距为D1，单位长度所述拖曳天线的螺旋线传感器匝数为N1；在所述拖曳天线两个电极中间区域长度为L2，距为D2，单位长度所述拖曳天线螺旋线匝数为N2，的螺旋线传感器，其中，N2/L1>10。

优选地，所述螺旋线传感器固定设置于所述拖延天线上具体为：设置在所述拖曳天线的电缆表面或防水层内侧。

优选地，所述螺旋线传感器连接至所述信号处理模块的低噪声放大器或采集模块。

本发明还提供了一种利用上述系统进行检测的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：获取所述拖曳天线的第一电极、和第二电极的信号为ep(t),获取所述螺旋线传感器信号为ss(t)，

步骤S2：分别将信号ep(t)和ss(t)经过ADC模数转换，输出信号分别为ep(k)和ss(k)。

步骤S3：信号ep(k)和ss(k)经过LNA低噪声放大器，输出信号分别为y(k)和x(k)，其中y(k)包含信号分量s(k)和噪声分量n(k)，x(k)为噪声信号的滤波算子；

步骤S4：再将信号y(k)和x(k)经过自适应滤波器h(k)，输出噪声估计信号z(k)；y(k)与z(k)相减得到输出信号e(k)，通过调整所述自适应滤波器h(k)参数，使得e(k)最小，从而逼近s(k)实现噪声抵消。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

(1)本发明针对以上问题，提出了一种拖曳天线运动感应噪声检测方法，设计了一种螺旋线传感器，沿拖曳天线共形轴向布置，可对拖曳天线运动感应噪声信号进行检测与传输，对称差分结构能屏蔽来波信号，无需供电避免了传感器对电极对接收信号的干扰，实现两路信号共缆同步接收。该方法提高了运动感应噪声信号的检测能力，降低了拖曳天线整体密度。传感器输出信号可作为噪声抵消滤波算子，实现电极对接收信号的自适应滤波，提升拖曳天线的水下收信能力。

(2)本发明提出一种螺旋线传感器拖曳天线运动感应噪声检测方法，同步检测拖曳天线电极对接收信号与运动感应噪声两路信号，通过自适应滤波处理，提高拖曳天线在水下运动时的收信能力

(3)水下低频通信的接收信号微弱，受拖曳天线运动感应噪声影响严重，本发明提供的螺旋线传感器拖曳天线运动感应噪声检测方法，主要优点在于：1)实现了拖曳天线运动感应噪声信号的无源检测；2)实现了拖曳天线运动感应噪声信号的差分传输；3)实现了来波信号的有效屏蔽，抵消了外界干扰信号；4)降低了拖曳天线运动感应噪声信号的低损耗传输；5)降低了拖曳天线整体密度，有利于拖曳天线电缆漂浮；6)减少了传感器对拖曳天线电极对接收信号的干扰。

附图说明

图1是本发明实施例中基于螺旋线传感器拖曳天线运动感应噪声检测方法示意图；

图2是本发明实施例中均匀的螺旋线传感器；

图3是本发明实施例中非均匀的螺旋线传感器。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1、拖曳天线，21、第一电极，22、第二电极，3、螺旋线传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

如图2所示，是本发明实施例中螺旋线传感器，该螺旋线传感器是均匀螺旋线传感器，其包括拖曳天线1，第一电极21，第二电极22以及螺旋线传感器3；其中第一电极21、第二电极22位于拖曳天线1的两端，螺旋线传感器3固定设置于拖曳天线1上。

均匀螺旋线传感器具体结构为沿拖曳天线共形轴向布置螺旋线传感器，螺距为D0，单位长度电缆螺旋线传感器匝数为N0，则总匝数也为N0×L0。

螺旋线传感器3安装位置包括但不限于电缆表面或防水层内侧等；螺旋线传感器的向径rhex与拖曳天线电缆的直径rtow相同，缠绕在拖曳天线电缆表面，与电缆共形。安装在电缆表面的螺旋线传感器采用漆包铜线或其他带屏蔽导电线缆，保证电导率与防水等级，螺旋线反相交叉处保证绝缘良好。螺旋线传感器3基于始端短接型对称差分结构，经过二线制对称缠绕连接至末端低噪声放大器或采集模块。

拖曳天线为两端裸露在海水中的偶极子电极对天线，当天线拖曳段在水中拖动时，天线周围湍流边界层对天线电缆潮湿表面产生牵引力的波动，从而引起天线的振动。根据拖曳天线运动感应噪声的产生机理，本发明提供的螺旋线传感器，与天线电缆共形轴向布置；在拖曳天线运动时，螺旋线传感器同步运动，切割磁感线产生感应电动势，与末端负载形成回路产生感应电流。通过具有高阻特性的低噪声放大器和采集模块，实现了拖曳天线运动感应噪声信号的检测，为自适应噪声抵消提供滤波算子；解决了拖曳天线运动感应噪声难以检测与分离的技术问题。

如图1所示，是本发明螺旋线传感器拖曳天线运动感应噪声检测方法示意图，拖曳天线电极对信号为ep(t),螺旋线传感器信号为ss(t)，分别经过ADC模数转换，输出信号分别为ep(k)和ss(k)。再经过LNA低噪声放大器，输出信号分别为y(k)和x(k)，其中y(k)包含信号分量s(k)和噪声分量n(k)，x(k)为噪声信号的滤波算子。再经过自适应滤波器h(k)，输出噪声估计信号z(k)。y(k)与z(k)相减得到输出信号e(k)，通过调整自适应滤波器h(k)参数，使得e(k)最小，从而逼近s(k)实现噪声抵消。

实施例2

如图3所示，是本发明实施例中螺旋线传感器，该螺旋线传感器是非均匀螺旋线传感器，其包括拖曳天线1，第一电极21，第二电极22以及螺旋线传感器3；其中第一电极21、第二电极22位于拖曳天线1的两端，螺旋线传感器3固定设置于拖延天线1上。

非均匀螺旋线传感器具体结构为在拖曳天线1的两个电极附近长度为L1，设置螺距为D1的螺旋线传感器，单位长度电缆螺旋线传感器匝数为N1。第一电极21附近螺旋线传感器总匝数为N1×L1，第二电极22附近螺旋线传感器总匝数也为N1×L1；在拖曳天线1两个电极中间区域长度为L2(一般地，L2/L1>10)，设置螺距为D2的螺旋线传感器，单位长度电缆螺旋线匝数为N2(一般地，N2/L1>10，以减少天线电缆整体重量，降低天线电缆密度，保障天线电缆具有正浮力)。中间区域螺旋线总匝数也为N2×L2；

螺旋线传感器3安装位置包括但不限于电缆表面或防水层内侧等；螺旋线传感器的向径rhex与拖曳天线电缆的直径rtow相同，缠绕在拖曳天线电缆表面，与电缆共形。安装在电缆表面的螺旋线传感器采用漆包铜线或其他带屏蔽导电线缆，保证电导率与防水等级，螺旋线反相交叉处保证绝缘良好。

如图1所示，是本发明螺旋线传感器拖曳天线运动感应噪声检测方法示意图，拖曳天线电极对信号为ep(t),螺旋线传感器信号为ss(t)，分别经过ADC模数转换，输出信号分别为ep(k)和ss(k)。再经过LNA低噪声放大器，输出信号分别为y(k)和x(k)，其中y(k)包含信号分量s(k)和噪声分量n(k)，x(k)为噪声信号的滤波算子。再经过自适应滤波器h(k)，输出噪声估计信号z(k)。y(k)与z(k)相减得到输出信号e(k)，通过调整自适应滤波器h(k)参数，使得e(k)最小，从而逼近s(k)实现噪声抵消。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。