CN104908890B - 海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统由剖面漂流浮标和远程控制接收机组成，海中的剖面漂流浮标和岸上的远程控制接收机通过北斗卫星进行通讯。剖面漂流浮标圆柱型壳体底端外的导流保护罩内设置油囊和水听器。浮标壳体内的液压泵从油囊抽取或向其液压泵从油囊抽取或向其注入液压油，改变剖面漂流浮标的浮力并使其下潜、悬浮和上浮。水听器将海洋环境噪声信号转换成电信号，噪声频谱分析模块采集这些电信号并实时分析，远程控制接收机接收并存储剖面漂流浮标发送的海洋环境噪声数据和CTD数据，实现从海面到2000米深度的海洋环境噪声数据的剖面测量、频谱实时分析和远距离传输。

Description

海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统

技术领域

本发明涉及海洋测量仪器，特别是涉及自沉浮方式的海洋环境噪声剖面数据测量仪器。

背景技术

研究海洋环境噪声有着重要意义，一方面它是信号检测时的干扰背景场，影响声呐的设计和使用，另一方面海洋环境噪声又包括了丰富的海洋信息，通过反演可以获得重要的海洋环境参数。研究海洋环境噪声有着广泛的应用前景，在海洋灾害预报、水声设备抗干扰研究、保护海洋哺乳动物研究、“黑匣子”搜寻等方面有着广泛应用。

目前对海洋环境噪声数据的测量主要通过声学潜标或声学浮标等载体实现，由潜标或浮标锚系上垂直固定设置的水听器阵测量海洋环境噪声数据。

图1显示现有海洋环境噪声潜标系统配置状况，主浮体1由固定在海底7的组合锚6通过系缆系留在海水中，水听器阵3、自容式噪声测量仪2以及自容式CTD4设置在系缆上。水听器阵3和自容式噪声测量仪2测量和记录海洋环境噪声，测量完成后，声学释放器5与组合锚6断开连接，潜标通过主浮体1提供的浮力上浮到海面回收。

现有的海洋环境噪声测量仪器存在明显不足：一是测量范围局限，为海面到海面下200米左右，无法实现从海面到海面下2000米的全覆盖；二是测量间距不可调，水听器阵阵元间距固定，不能灵活调整测量间距；三是声学浮标和潜标通常采用自容式存储，无法对采集的环境噪声数据进行实时分析和实时传输。

发明内容

针对现有海洋环境噪声测量仪器存在的不足，本发明推出了海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统，通过液压泵控制油囊的体积变化改变浮标体的浮力，实现下潜、悬浮和上浮，循环测量海洋环境噪声剖面数据，通过噪声频谱分析模块对海洋环境噪声实时分析，并在浮标上浮至海表面时通过北斗卫星通信将测量结果传送至远程控制接收机，实现从海面到2000米深度的海洋环境噪声数据的剖面测量、频谱实时分析和远距离传输。

本发明所涉及的海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统由剖面漂流浮标和远程控制接收机组成，海中的剖面漂流浮标和岸上的远程控制接收机通过北斗卫星进行通讯。

所述剖面漂流浮标呈圆柱型结构，浮标壳体顶端外部设置北斗天线和CTD传感器，浮标壳体上部外侧固定圆环状气囊，浮标壳体内设置固定板，浮标壳体底端外安装导流保护罩，导流保护罩内设置油囊和水听器。

所述固定板固定在浮标壳体两端内侧，固定板一侧固定安装北斗通信模块、控制模块、噪声频谱分析模块和电池模块，固定板另一侧固定安装液压泵。

所述液压泵与油囊连通，浮标壳体内的液压泵可以将泵内的液油输送到浮标壳体外的油囊内，浮标壳体内的液压泵也可以将浮标壳体外的油囊内的液油抽吸到液压泵内，以改变浮标体的浮力。

所述导流保护罩由两个金属环和四根金属棒组合而成，呈框架结构，由螺栓固定在浮标圆柱型壳体下部，其直径和浮标壳体直径相同。导流保护罩侧面和底部均用棉布包裹，减小水流对导流保护罩内水听器冲击产生噪声。

所述浮标壳体内的噪声频谱分析模块与水听器、控制模块和电池模块连接，控制模块与CTD传感器、液压泵、北斗通信模块、噪声频谱分析模块和电池模块连接。北斗通信模块连接北斗天线，北斗天线发射和接受与岸上的远程控制接收机的卫星通讯信号。

所述远程控制接收机由计算机、北斗通信模块和电源组成，所有设备集成在一个手提箱内，打开手提箱可以直接操作。远程控制接收机可放置在北斗卫星覆盖的任意位置。

远程控制接收机通过北斗通信模块接收并存储剖面漂流浮标发送的海洋环境噪声数据和CTD数据。远程控制接收机通过北斗通信模块向剖面漂流浮标发送指令，改变剖面漂流浮标的测量参数。

本发明所涉及的海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统应用时，剖面漂流浮标布放海中，在海表面自由漂移并完成浮标初始信息发送和浮标定位后，启动液压系统，控制模块控制液压泵推拉状态，改变剖面漂流浮标的浮力，控制剖面漂流浮标的下潜、悬浮和上浮状态。同时，控制模块将噪声频谱分析模块的电源导通，使其工作；水听器将海洋环境噪声信号转换成电信号，噪声频谱分析模块采集这些电信号并实时分析，得到的噪声频谱信息通过RS232串口传给控制模块。将油囊内的液压油抽回到浮标内部，浮标体积缩小，当重力大于浮力时，浮标开始下潜。到达预定深度2000米时，重力和浮力相等，浮标在该深度实现悬浮，并在海流作用下中性漂移。浮标经过预定的水下漂移时间后，液压系统重新启动，将液压油注入油囊，浮标体积增大，当浮力大于重力时，浮标开始上浮。

控制模块在剖面漂流浮标上浮过程中采集并存储CTD传感器的数据，在噪声测量点接收并存储噪声频谱分析模块传输的噪声频谱数据；控制模块在剖面漂流浮标上浮至海表面时通过北斗通信模块和北斗天线将海洋环境噪声数据和CTD数据发送给远程控制接收机。

海洋环境噪声数据的测量点数和测量深度可通过远程控制接收机通讯设定，每一测量点的测量时间可调，范围为2～5分钟，并对采集到的噪声数据实时分析处理并存储。当浮标上浮至海面时，通过北斗卫星将分析处理后的测量数据传输到远程控制接收机，远程控制接收机接收数据后，再次发送测量指令，剖面漂流浮标接收测量指令后更改测量参数，之后启动液压系统，浮标下潜，进入下一个循环。浮标按此方式循环工作，直到电池耗尽。

本发明的海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统利用了单个水听器，实现了传统测量方法利用多元水听器阵无法实现的海洋环境噪声剖面测量，并可将每一剖面测量数据实时分析并传输，且具有通过远程控制指令更改剖面漂流浮标测量参数的功能。海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统可以在不少于180天的工作时间内测量不少于70个剖面。

附图说明

图1为现有海洋环境噪声潜标系统配置示意图；

图2为本发明的剖面漂流浮标的结构示意图；

图3为本发明的总体配置示意图。

图中标记说明

1、主浮体 2、自容式噪声测量仪

3、水听器阵 4、自容式CTD

5、声学释放器 6、组合锚

7、海底 8、北斗天线

9、CTD传感器 10、气囊

11、北斗通信模块 12、耐压外壳

13、控制模块 14、液压泵

15、噪声频谱分析模块 16、电池模块

17、固定板 18、油囊

19、水听器 20、导流保护罩

21、北斗卫星 22、剖面漂流浮标

23、海面 24、远程控制接收机

25、陆地

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。

图2和图3分别显示本发明的剖面漂流浮标的基本结构和总体配置状况。

如图所示，本发明涉及的海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统由剖面漂流浮标22和远程控制接收机24组成，海中的剖面漂流浮标22和岸上的远程控制接收机24通过北斗卫星21进行通讯。

剖面漂流浮标22呈圆柱型结构，浮标壳体12顶端外部通过螺栓和水密接插件固定北斗天线8和CTD传感器9，浮标壳体12上部外侧固定圆环状气囊10，浮标壳体12内设置固定板17，浮标壳体12底端外安装导流保护罩20，导流保护罩20内设置油囊18和水听器19。CTD传感器9和北斗天线8通过螺栓和水密接插件固定在耐压外壳12的顶端外部。固定在耐压外壳12上部的气囊10，为海水中的剖面漂流浮标22提供浮力并起到平衡作用。

导流保护罩20由两个金属环和四根金属棒组合而成，呈框架结构，由螺栓固定在浮标壳体12下部，其直径和浮标壳体12直径相同。导流保护罩20侧面和底部均用棉布包裹，减小水流对导流保护罩20内水听器19冲击产生噪声。

剖面漂流浮标22的浮标壳体12内设置液压泵14、北斗通信模块11、控制模块13、噪声频谱分析模块15和电池模块16，固定安装在浮标壳体12内的固定板17上。固定板17一侧安装北斗通信模块11、控制模块13、噪声频谱分析模块15和电池模块16，另一侧安装液压泵14。液压泵14与浮标壳体12外部导流保护罩20内的油囊18连通。

浮标壳体内的噪声频谱分析模块15与水听器19、控制模块13和电池模块16连接，控制模块13与CTD传感器9、液压泵14、北斗通信模块11、噪声频谱分析模块15和电池模块16连接。

北斗通信模块11与北斗天线8和控制模块13连接，可在剖面漂流浮标22上浮至海面时将测量数据传至远程控制接收机24，并接收远程控制接收机24发送的更改参数信息。噪声频谱分析模块15与水听器19和控制模块13连接，当剖面漂流浮标22上浮至噪声测量点时，控制模块13导通噪声频谱分析模块15的电源，使其采集并实时分析海洋环境噪声，噪声频谱分析模块15通过RS232串口将处理结果发送给控制模块13；控制模块13与CTD传感器9、液压泵14、北斗通信模块11和噪声频谱分析模块15连接，并通过电池模块16为以上各部分供电，实现CTD数据采集存储、控制液压泵14工作、接收噪声频谱分析模块15的数据并存储，通过北斗通信模块11传输数据等功能。

远程控制接收机24通过北斗通信模块接收并存储剖面漂流浮标22发送的海洋环境噪声数据和CTD数据。远程控制接收机24通过北斗通信模块向剖面漂流浮标22发送指令，改变剖面漂流浮标22的测量参数。

Claims (3)

1.一种海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统，其特征在于，由剖面漂流浮标和远程控制接收机组成，海中的剖面漂流浮标和岸上的远程控制接收机通过北斗卫星进行通讯；

所述剖面漂流浮标呈圆柱型结构，浮标壳体顶端外部设置北斗天线和CTD传感器，浮标壳体上部外侧固定圆环状气囊，浮标壳体内设置固定板，浮标壳体底端外安装导流保护罩，导流保护罩内设置油囊和水听器；

所述固定板固定在浮标壳体两端内侧，固定板一侧固定安装北斗通信模块、控制模块、噪声频谱分析模块和电池模块，固定板另一侧固定安装液压泵；所述液压泵与油囊连通；

所述浮标壳体内的噪声频谱分析模块与水听器、控制模块和电池模块连接；当剖面漂流浮标上浮至噪声测量点时，控制模块导通噪声频谱分析模块的电源，噪声频谱分析模块采集并实时分析海洋环境噪声，噪声频谱分析模块通过RS232串口将处理结果发送给控制模块；控制模块与CTD传感器、液压泵、北斗通信模块、噪声频谱分析模块和电池模块连接；北斗通信模块连接北斗天线，北斗天线发射和接受岸上的远程控制接收机的卫星通讯信号。

2.根据权利要求1所述的海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统，其特征在于，所述的浮标壳体顶端外部设置的北斗天线和CTD传感器，通过螺栓和水密接插件固定在浮标壳体顶端。

3.根据权利要求1所述的海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统，其特征在于，所述导流保护罩由两个金属环和四根金属棒组合而成，呈框架结构，由螺栓固定在浮标圆柱型壳体下部，其直径和浮标壳体直径相同；导流保护罩侧面和底部均用棉布包裹，减小水流对导流保护罩内水听器冲击产生噪声。