本發(fā)明涉及海上艦艇定位領(lǐng)域,尤其涉及一種模擬訓(xùn)練艦艇水下發(fā)射操雷定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中的海上定位系統(tǒng)一般采用GPS進(jìn)行定位，該種定位方式的保密性較差，并且依賴于外部網(wǎng)絡(luò)的狀況，在對(duì)炮點(diǎn)、魚雷落地位置的檢測上缺乏獨(dú)立操作性。其中，現(xiàn)有的操雷控制裝置，因?yàn)檎Ｇ闆r下操雷發(fā)射后應(yīng)該穿過目標(biāo)艦底，如果魚雷航行深度過淺會(huì)撞損目標(biāo)艦，過深會(huì)扎入海底；所以一旦出現(xiàn)上述情況，控制裝置就會(huì)自動(dòng)斷掉電路和氣路，魚雷會(huì)自動(dòng)上浮。操雷上還裝有煙火盒，當(dāng)魚雷浮到海面，水壓傳感器壓力為零時(shí)，煙火盒就會(huì)冒出彩色煙霧，標(biāo)示操雷位置。現(xiàn)有操雷的位置是靠彩色煙霧。當(dāng)遇上天氣能見度低看不清楚，尋找操雷有難度。并且，因操雷科技含量較高、造價(jià)昂貴，每次發(fā)射都要回收重新使用，訓(xùn)練用的操雷價(jià)值也有上百萬，因此打撈操雷成為必然。鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本創(chuàng)作。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種模擬訓(xùn)練艦艇水下發(fā)射操雷定位系統(tǒng)，用以克服上述技術(shù)缺陷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種模擬訓(xùn)練艦艇水下發(fā)射操雷定位系統(tǒng)，其包括艦艇處理器、信標(biāo)裝置和手持顯示器，其中，所述艦艇處理器包括搜索處理器、信號(hào)調(diào)制器、數(shù)據(jù)處理模塊、信號(hào)接收模塊和搜索天線，所述信標(biāo)裝置設(shè)置在發(fā)射操雷的前端，其包括一浮標(biāo)；在艦艇發(fā)射操雷后，信標(biāo)裝置向所述艦艇處理器發(fā)射跟蹤信號(hào)，所述艦艇處理器獲取發(fā)射基準(zhǔn)，確定搜索信號(hào)的發(fā)射范圍；操雷爆炸后，所述艦艇處理器發(fā)射搜索信號(hào)，所述浮標(biāo)感應(yīng)后向所述艦艇處理器發(fā)射反饋信息；所述艦艇處理器接收信號(hào)，由所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述浮標(biāo)的反饋信息，確定操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的夾角θ和操雷落點(diǎn)距離艦艇的距離r；并將該信息發(fā)送至所述手持顯示器中進(jìn)行顯示；所述艦艇處理器的搜索范圍計(jì)算公式為：R＝H/tan(φ)*(Tf-Tdl-Tul-TTTG-TRTG)其中，Tf為所述搜索處理器的物理幀長度,Tdl為所述搜索處理器的下行幀長度，Tul為所述搜索處理器的上行幀長度；TTTG為下行子幀與上行子幀之間的保護(hù)時(shí)隙，TRTG為上行子幀與下一個(gè)幀的下行子幀之間的保護(hù)時(shí)隙，H為艦艇的基站高度，φ為艦艇的基站天線仰角；上述搜素范圍，在所述艦艇的發(fā)射強(qiáng)度越強(qiáng)時(shí)，覆蓋的范圍越大，通過調(diào)整信號(hào)的發(fā)射頻率，改變信號(hào)覆蓋范圍；所述數(shù)據(jù)處理模塊確定操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線OA的夾角θ的公式為：θ=sin12(arctanΔθminD+arctanθ2-θ1D)sin12(arctanθ2-θ1D-d)]]>式中，θ為浮標(biāo)與基準(zhǔn)線OA的夾角，Δθmin為系統(tǒng)允許的最小夾角范圍，其由艦艇和操雷決定，θ2為系統(tǒng)確定的操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的最大夾角，θ1為系統(tǒng)確定的操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的最小夾角，D為操雷落點(diǎn)距離艦艇的最大距離，d為操雷落點(diǎn)距離艦艇的最小距離；r=sin12(δmin+θ)sin12θλf(t2-t1)]]>式中，r為操雷落點(diǎn)距離艦艇的距離，δmin為操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的夾角的誤差補(bǔ)償值，f為搜索信號(hào)的發(fā)射頻率，λ為搜索信號(hào)的發(fā)射波長，t2為艦艇處理器接收到浮標(biāo)反饋信息的時(shí)刻，t1為艦艇處理器發(fā)射搜索信號(hào)的時(shí)刻。進(jìn)一步，所述浮標(biāo)中包括溫度傳感器、聲吶發(fā)生器、信標(biāo)處理器、信號(hào)收發(fā)模塊，其中，所述溫度傳感器在操雷運(yùn)行時(shí)，通過所述信號(hào)發(fā)射模塊將該信息傳輸至所述艦艇處理器，所述艦艇處理器根據(jù)該信號(hào)確定操雷的運(yùn)行基準(zhǔn)路線；所述溫度傳感器和聲吶發(fā)生器在浮標(biāo)落水后，對(duì)海水溫度和深度進(jìn)行檢測，并反饋至所述信標(biāo)處理器；所述信號(hào)收發(fā)模塊，在所述艦艇發(fā)出搜索信號(hào)時(shí)，獲取搜索信息并在所述信標(biāo)處理器中進(jìn)行解密，所述信標(biāo)處理器通過所述信號(hào)收發(fā)模塊發(fā)送確認(rèn)信息，經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射。進(jìn)一步，操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的夾角的誤差補(bǔ)償值為：δmin=arctanΔdminD]]>式中，Δdmin為系統(tǒng)允許的最小距離范圍，D為操雷落點(diǎn)距離艦艇的最大距離。進(jìn)一步，所述搜索處理器中還設(shè)置一加密模塊，所述加密模塊包括一密鑰產(chǎn)生模塊、一加密管理模塊和一變換模塊，其中，密鑰產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一隨機(jī)密鑰key并存儲(chǔ)在加密管理模塊中，所述變換模塊，對(duì)消息幀中data1或data2即信息部分和密鑰key分別進(jìn)行移位變換；所述變換模塊，對(duì)移位變換后的消息部分和密鑰部分進(jìn)行乘積變換，并對(duì)所述對(duì)上述步驟中乘積變換結(jié)果進(jìn)行移位變換，得到加密后的消息幀中data1或data2即信息部分；所述變換模塊，對(duì)加密管理單元存儲(chǔ)的初始密鑰K_known和密鑰key分別進(jìn)行移位變換，對(duì)移位變換后的加密管理單元存儲(chǔ)的初始密鑰K_known和密鑰部分進(jìn)行乘積變換，并對(duì)所述對(duì)上述步驟中乘積變換結(jié)果進(jìn)行移位變換，得到加密后的密鑰key。進(jìn)一步，在所述的浮標(biāo)的信標(biāo)處理器中設(shè)置有一相對(duì)應(yīng)的解密模塊，所述解密模塊包括一驗(yàn)證模塊、一解密管理模塊和一逆變換模塊，其中驗(yàn)證模塊對(duì)信息進(jìn)行CRC校驗(yàn)和配對(duì)信息驗(yàn)證；如果接收到的一對(duì)消息幀，有一個(gè)CRC校驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，則丟棄兩個(gè)消息幀，解密管理模塊向光纖路終端發(fā)送請(qǐng)求，等待光纖路終端重傳；若校驗(yàn)結(jié)果正確，則對(duì)消息幀進(jìn)行配對(duì)驗(yàn)證，選取配對(duì)信息一致的一對(duì)消息幀傳遞到逆變換模塊中進(jìn)行解碼。進(jìn)一步，所述逆變換模塊，首先使用所述解密管理模塊存儲(chǔ)的初始密鑰k_known對(duì)密鑰key解密，所述逆變換模塊，對(duì)消息幀中密鑰key和解密管理模塊存儲(chǔ)的初始密鑰k_known進(jìn)行反移位變換，對(duì)移位變換后的消息幀中密鑰key和解密管理模塊存儲(chǔ)的初始密鑰k_known進(jìn)行逆乘積變換，對(duì)所述對(duì)上述步驟中乘積變換結(jié)果進(jìn)行反移位變換，得到密鑰key；所述逆變換模塊，后用密鑰key對(duì)兩個(gè)存放data1、data2的消息幀分別解密，所述逆變換模塊，對(duì)消息幀中密鑰key和消息幀中的data1、data2進(jìn)行反移位變換，對(duì)移位變換后的消息幀中密鑰key和消息幀中的data1、data2進(jìn)行逆乘積變換，對(duì)所述對(duì)上述步驟中乘積變換結(jié)果進(jìn)行反移位變換，逆變換模塊得到解密后信息，將解密后信息發(fā)送給控制模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比較本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明在艦艇上設(shè)置搜索處理器，并在其內(nèi)計(jì)算信號(hào)的搜索范圍，在確定的范圍內(nèi)對(duì)浮標(biāo)進(jìn)行搜索，節(jié)省了搜索時(shí)間并且發(fā)送圓形的輻射信號(hào)，不依賴于現(xiàn)有的定位網(wǎng)絡(luò)，保證信號(hào)收發(fā)的準(zhǔn)確性和保密性。僅通過測定操雷落點(diǎn)相對(duì)于艦艇的基準(zhǔn)角度和距離，即可確定落點(diǎn)的位置，經(jīng)緯度等定位信息。定位裝置作用能夠防止操雷扎入海底，防止海水面天氣能見度低看不清楚尋找操雷有難度，在所述艦艇的處理器和浮標(biāo)的處理器中分別設(shè)置加密和解密模塊，保證位置確定的準(zhǔn)確性。本發(fā)明還設(shè)置一手持顯示器，方便操作者及時(shí)了解操雷落點(diǎn)信息，對(duì)訓(xùn)練結(jié)果有直觀的觀測信息。附圖說明圖1為本發(fā)明模擬訓(xùn)練艦艇水下發(fā)射操雷定位系統(tǒng)的功能框圖；圖2為本發(fā)明搜索過程的示意圖；圖3為本發(fā)明的加密模塊的功能框圖；圖4為本發(fā)明的解密模塊的功能框圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。請(qǐng)參閱圖1所示，其為本發(fā)明模擬訓(xùn)練艦艇水下發(fā)射操雷定位系統(tǒng)的功能框圖，本發(fā)明艦艇水下發(fā)射操雷，一艘跟隨艦艇訓(xùn)練的打撈艇配合訓(xùn)練，艦艇水下發(fā)射操雷后，打撈艇負(fù)責(zé)尋找目標(biāo)打撈操雷。本發(fā)明包括艦艇處理器、信標(biāo)裝置和手持顯示器，其中，所述艦艇處理器設(shè)置在所述打撈艇上。所述信標(biāo)裝置設(shè)置在發(fā)射操雷的前端，其包括一浮標(biāo)；在艦艇發(fā)射操雷后，信標(biāo)裝置向所述艦艇處理器發(fā)射跟蹤信號(hào)，所述艦艇處理器設(shè)置一發(fā)射基準(zhǔn)；操雷爆炸后，所述艦艇處理器發(fā)射搜索信號(hào)，所述浮標(biāo)感應(yīng)后向所述艦艇處理器發(fā)射反饋信息；所述艦艇處理器接收信號(hào)進(jìn)行處理，確定操雷的位置信息，如經(jīng)緯度信息；并將該信息發(fā)送至所述手持顯示器中進(jìn)行顯示。所述浮標(biāo)中包括一溫度傳感器、聲吶發(fā)生器、信標(biāo)處理器、信號(hào)收發(fā)模塊，其中，所述溫度傳感器在操雷運(yùn)行時(shí)，通過所述信號(hào)發(fā)射模塊將該信息傳輸至所述艦艇處理器，所述艦艇處理器根據(jù)該信號(hào)確定操雷的運(yùn)行基準(zhǔn)路線；所述溫度傳感器和聲吶發(fā)生器在浮標(biāo)落水后，對(duì)海水溫度和深度進(jìn)行檢測，并反饋至所述信標(biāo)處理器；所述信號(hào)收發(fā)模塊，在所述艦艇發(fā)出搜索信號(hào)時(shí)，獲取搜索信息并在所述信標(biāo)處理器中進(jìn)行解密，所述信標(biāo)處理器通過所述信號(hào)收發(fā)模塊發(fā)送確認(rèn)信息，經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射；所述艦艇處理器中的數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)接收的浮標(biāo)信息確定其位置信息。所述艦艇處理器包括搜索處理器、信號(hào)調(diào)制器、數(shù)據(jù)處理模塊、信號(hào)接收模塊和搜索天線，所述搜索處理器在操雷爆炸后，獲取所述數(shù)據(jù)處理模塊中的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并以該基準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定搜索信號(hào)的強(qiáng)度和范圍，向所述信號(hào)調(diào)制器發(fā)送調(diào)制信號(hào)，所述信號(hào)調(diào)制器對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行整形并經(jīng)信號(hào)放大器將信號(hào)放大；并發(fā)射至所述搜索天線所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述浮標(biāo)的反饋信息，確定操雷與基準(zhǔn)線的夾角θ和操雷落點(diǎn)距離艦艇的距離r。請(qǐng)參閱圖2所示，其為本發(fā)明搜索過程的示意圖，所述搜索處理器根據(jù)確定的基準(zhǔn)OA，以及艦艇和操雷的屬性，確定搜索范圍BCDE。所述艦艇處理器的搜索范圍計(jì)算公式為：R＝H/tan(φ)*(Tf-Tdl-Tul-TTTG-TRTG)(1)其中，Tf為所述搜索處理器的物理幀長度,Tdl為所述搜索處理器的下行幀長度，Tul為所述搜索處理器的上行幀長度；TTTG為下行子幀與上行子幀之間的保護(hù)時(shí)隙，TRTG為上行子幀與下一個(gè)幀的下行子幀之間的保護(hù)時(shí)隙,H為艦艇的基站高度，φ為艦艇的基站天線仰角。上述搜素范圍，在所述艦艇的發(fā)射強(qiáng)度越強(qiáng)時(shí)，覆蓋的范圍越大，通過調(diào)整信號(hào)的發(fā)射頻率，改變信號(hào)覆蓋范圍。所述搜索處理器確定的搜索范圍為以艦艇為中心的向外輻射的圓形范圍。因而，所述數(shù)據(jù)處理模塊只需確定與基準(zhǔn)線OA的夾角及距離中心點(diǎn)O的距離即可。當(dāng)所述艦艇處理器獲取浮標(biāo)信息后，所述數(shù)據(jù)處理模塊確定操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線OA的夾角θ的公式為：θ=sin12(arctanΔθminD+arctanθ2-θ1D)sin12(arctanθ2-θ1D-d)---(2)]]>式中，θ為浮標(biāo)與基準(zhǔn)線OA的夾角，Δθmin為系統(tǒng)允許的最小夾角范圍，其由艦艇和操雷決定，θ2為系統(tǒng)確定的操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的最大夾角，θ1為系統(tǒng)確定的操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的最小夾角，D為操雷落點(diǎn)距離艦艇的最大距離，d為操雷落點(diǎn)距離艦艇的最小距離。r=sin12(δmin+θ)sin12θλf(t2-t1)---(3)]]>式中，r為操雷落點(diǎn)距離艦艇的距離，δmin為操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的夾角的誤差補(bǔ)償值，f為搜索信號(hào)的發(fā)射頻率，λ為搜索信號(hào)的發(fā)射波長，t2為艦艇處理器接收到浮標(biāo)反饋信息的時(shí)刻，t1為艦艇處理器發(fā)射搜索信號(hào)的時(shí)刻。其中，操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線的夾角的誤差補(bǔ)償值為：δmin=arctanΔdminD---(4)]]>式中，Δdmin為系統(tǒng)允許的最小距離范圍，D為操雷落點(diǎn)距離艦艇的最大距離。所述數(shù)據(jù)處理模塊獲取操雷落點(diǎn)與基準(zhǔn)線OA的夾角θ、操雷落點(diǎn)距離艦艇的距離r，換算成經(jīng)緯度信息后，發(fā)送至所述手持顯示器中。請(qǐng)參閱圖3所示，其為本發(fā)明的加密模塊的功能框圖，在所述搜索處理器中還設(shè)置一加密模塊，所述加密模塊包括一密鑰產(chǎn)生模塊、一加密管理模塊和一變換模塊，其中密鑰產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一隨機(jī)密鑰key并存儲(chǔ)在管理模塊中，所述變換模塊，對(duì)消息幀中data1或data2即信息部分和密鑰key分別進(jìn)行移位變換，所述變換模塊，對(duì)移位變換后的消息部分和密鑰部分進(jìn)行乘積變換，并對(duì)所述對(duì)上述步驟中乘積變換結(jié)果進(jìn)行移位變換，得到加密后的消息幀中data1或data2即信息部分。所述變換模塊，對(duì)加密管理單元存儲(chǔ)的初始密鑰K_known和密鑰key分別進(jìn)行移位變換，對(duì)移位變換后的管理單元存儲(chǔ)的初始密鑰K_known和密鑰部分進(jìn)行乘積變換，并對(duì)所述對(duì)上述步驟中乘積變換結(jié)果進(jìn)行移位變換，得到加密后的密鑰key。請(qǐng)參閱表1、表2所示，其為消息幀結(jié)構(gòu)格式圖，表1為data1部分消息幀格式圖，表2為data2部分消息幀格式圖，其中加密模塊產(chǎn)生一組相同的隨機(jī)數(shù)，作為加密信息的配對(duì)信息，加密信息中data1部分選取信息的基數(shù)位，data2部分選取信息的偶數(shù)位，key為對(duì)信息加密和解密密鑰，CRC驗(yàn)證為一種差錯(cuò)校驗(yàn)碼，驗(yàn)證傳輸過程中是否有誤碼。配對(duì)信息data1keyCRC校驗(yàn)表1配對(duì)信息data2keyCRC校驗(yàn)表2請(qǐng)參閱圖4所示，其為本發(fā)明的解密模塊的功能框圖，在所述的浮標(biāo)的信標(biāo)處理器中設(shè)置有一相對(duì)應(yīng)的解密模塊，所述解密模塊包括一驗(yàn)證模塊、一解密管理模塊和一逆變換模塊，其中驗(yàn)證模塊對(duì)信息進(jìn)行CRC校驗(yàn)和配對(duì)信息驗(yàn)證。如果接收到的一對(duì)消息幀，有一個(gè)CRC校驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，則丟棄兩個(gè)消息幀，解密管理模塊向光纖路終端發(fā)送請(qǐng)求，等待光纖路終端重傳。若校驗(yàn)結(jié)果正確，則對(duì)消息幀進(jìn)行配對(duì)驗(yàn)證，選取配對(duì)信息一致的一對(duì)消息幀傳遞到逆變換模塊中進(jìn)行解碼。所述逆變換模塊，首先使用管理模塊存儲(chǔ)的初始密鑰k_known對(duì)密鑰key解密，所述逆變換模塊，對(duì)消息幀中密鑰key和解密管理模塊存儲(chǔ)的初始密鑰k_known進(jìn)行反移位變換，對(duì)移位變換后的消息幀中密鑰key和管理模塊存儲(chǔ)的初始密鑰k_known進(jìn)行逆乘積變換，對(duì)所述對(duì)上述步驟中乘積變換結(jié)果進(jìn)行反移位變換，得到密鑰key。所述逆變換模塊，后用密鑰key對(duì)兩個(gè)存放data1、data2的消息幀分別解密，所述逆變換模塊，對(duì)消息幀中密鑰key和消息幀中的data1、data2進(jìn)行反移位變換，對(duì)移位變換后的消息幀中密鑰key和消息幀中的data1、data2進(jìn)行逆乘積變換，對(duì)所述對(duì)上述步驟中乘積變換結(jié)果進(jìn)行反移位變換，逆變換模塊得到解密后信息，將解密后信息發(fā)送給控制模塊。在所述浮標(biāo)中的信號(hào)收發(fā)模塊中還設(shè)置有調(diào)制器和放大器，對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和放大，傳輸至發(fā)射天線中。本發(fā)明在艦艇上設(shè)置搜索處理器，并在其內(nèi)計(jì)算信號(hào)的搜索范圍，在確定的范圍內(nèi)對(duì)浮標(biāo)進(jìn)行搜索，節(jié)省了搜索時(shí)間并且發(fā)送圓形的輻射信號(hào)，不依賴于現(xiàn)有的定位網(wǎng)絡(luò)，保證信號(hào)收發(fā)的準(zhǔn)確性和保密性。僅通過測定操雷落點(diǎn)相對(duì)于艦艇的基準(zhǔn)角度和距離，即可確定操雷的位置，經(jīng)緯度等定位信息。在所述艦艇的處理器和浮標(biāo)的處理器中分別設(shè)置加密和解密模塊，保證位置確定的準(zhǔn)確性。本發(fā)明還設(shè)置一手持顯示器，方便操作者及時(shí)了解操雷落點(diǎn)信息，對(duì)訓(xùn)練結(jié)果有直觀的觀測信息。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3