CN106568496A - 一种实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋环境检测设备领域，具体涉及对不同深度的海洋环境噪声进行采集、存储的实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统。一种实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统，包括矢量水听器阵，水密电子仓，通信电缆，浮标，声学释放器，锚块，所述矢量水听器阵为垂直布放，尾部自由状态，阵元数量根据深度自由调节。元矢量水听器阵，可以同时测量不同深度的海洋环境信息。实时性，采集的数据可以实时上传至岸站进行处理，不必等待回收设备后再进行数据回收处理。
Description
技术领域
本发明属于海洋环境检测设备领域，具体涉及对不同深度的海洋环境噪声进行采集、存储的实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统。
背景技术
基于矢量水听器的水下潜标系统具有工作性能稳定，成本低廉等优点，在水声探测和水下目标跟踪方面有很大的发展空间。但传统的基于矢量水听器的潜标系统结构简单，工作深度单一，一般为单独布放互不通信，自溶式存储数据只能在回收后才能进行处理。并且垂直布放时锚块与水听器阵的尾部相连，受海流阻力震动的影响比较明显，多元矢量潜标系统采用垂直自由布放，矢量水听器阵可以随海流方向缓慢自由的摆动，减小阻力产生的震动。所以实时上传矢量水听器阵系统可以同步测量不同深度的海洋环境噪声，并且可以实时上传至水面浮标，进而上传至岸站，实现实时上传，实时处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统。
本发明的目的是这样实现的：
一种实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统，包括矢量水听器阵，水密电子仓，通信电缆，浮标，声学释放器，锚块，所述矢量水听器阵为垂直布放，尾部自由状态，阵元数量根据深度自由调节。
所述水密电子仓与矢量水听器配套使用，矢量水听器与电子仓接口有水密插头连接，由电池仓，罗经平台，模拟放大单元，数字采集单元组成；电池仓提供7.2V的系统工作电压，罗经平台可以实时为系统提供姿态信息，与数字采集单元相连；模拟放大单元将矢量水听器输出的X、Y、P信号进行滤波放大，数字采集单元将模拟放大单元的输出信号进行采集存储，并通过通信电缆将需要上传的数据上传至浮标控制单元。
所述浮标由浮体，浮标控制单元，锂电池组，电台，电台天线，GPS模块，GPS天线组成；锂电池组为浮标提供13V的直流电压；GPS模块为浮标控制单元提供精准的时间信息与1PPS秒脉冲信号，浮标控制单元根据GPS提供的时间信息控制潜标采集与休眠，秒脉冲信号可以使四元阵同步采集；浮标控制单元控制潜标的上电，自检，同步，采集，上传，下电功能；电台将潜标上传给浮标控制单元的数据通过电台天线上传至岸站。
所述锚块与声学释放器由锚绳与水面浮标相连，整个潜标系统在锚块坐在位置附近随海流漂浮。
该潜标系统可以同步采集不同深度的海洋环境噪声，并可以将数据实时上传给岸站，该系统的锚系结构可以减小矢量水听器的震动，提高采集信号的质量。
本发明的有益效果在于：
1、多元矢量水听器阵，可以同时测量不同深度的海洋环境信息。
2、实时性，采集的数据可以实时上传至岸站进行处理，不必等待回收设备后再进行数据回收处理。
3、数据质量好，锚块与浮标相连的锚系结构，使矢量水听器阵垂直自由布放，减小的海流震动对数据质量的影响。
附图说明
图1是实时传输四元矢量水听器阵潜标系统示意图；
图2是四元矢量水听器阵与浮标通信示意图；
图3是矢量潜标外观示意图；
图4是矢量潜标电子仓的内部结构示意图；
图5是矢量标的数据采集单元的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的描述。
本发明的实现方法：
本发明的实时传输多元矢量水听器阵潜标系统，所述系统包括矢量水听器阵，水密电子仓，通信电缆(亦承重缆，最大轴向允许工作拉力15kN)，浮标，声学释放器，锚块。
其中：所述矢量水听器阵为垂直布放，尾部自由状态，阵元数量根据深度自由调节。
所述水密电子仓与矢量水听器配套使用，矢量水听器与电子仓接口有水密插头连接，由电池仓，罗经平台，模拟放大单元，数字采集单元组成。电池仓提供7.2V的系统工作电压，罗经平台可以实时为系统提供姿态信息，与数字采集单元相连。模拟放大单元将矢量水听器输出的X、Y、P信号进行滤波放大，数字采集单元将模拟放大单元的输出信号进行采集存储，并通过通信电缆将需要上传的数据上传至浮标控制单元。
所述浮标由浮体，浮标控制单元，锂电池组，电台，电台天线，GPS模块，GPS天线组成。锂电池组为浮标提供13V的直流电压。GPS模块为浮标控制单元提供精准的时间信息与1PPS秒脉冲信号，浮标控制单元根据GPS提供的时间信息控制潜标采集与休眠，秒脉冲信号可以使四元阵同步采集。浮标控制单元控制潜标的上电，自检，同步，采集，上传，下电功能。电台将潜标上传给浮标控制单元的数据通过电台天线上传至岸站。
所述锚块与声学释放器由锚绳与水面浮标相连，整个潜标系统在锚块坐在位置附近随海 流漂浮。
本发明的使用方法：
A.科考船载着装备抵达布放海域，将矢量水听器阵通过通信电缆串联起来，暂不封闭水密电子舱，通信电缆与浮标底部水密插头相连，锚块与声学释放器与浮标中间把手相连。
B.在浮标下通信电缆做好防刮保护，通信电缆上绑8-10个浮球，检测各个潜标是否正常。
C.浮标控制单元配置时间，密封浮标和潜标的电子仓。
D.将浮标挂在船载绞车挂钩上，先把浮标布放至海面，矢量水听器阵由上至下依次垂直布放。
E.利用海流待浮标慢慢飘远，布放锚块与浮标间的缆绳，防止缆绳与通信电缆缠绕。
F.利用船载绞车布放声学释放器与锚块，布放完成，岸站电台开始与浮标通信。
G.浮标收到设定的GPS时间后向潜标发送自检命令。
H.自检完成发送同步命令。
I.同步成功后发送采集命令，各个基元同步采集。
J.采集成功一次向各个基元发送上传命令，接到上传命令的基元上传刚刚采集的数据至水面浮标，浮标通过电台将数据上传至岸站，实现实时传输，实时处理。
本发明中，图1给出了四元矢量阵整体工作示意图，采用自由悬挂垂直阵锚系方式，四元矢量水听器阵的上端连接在水面通讯浮标底部，下端无任何连接，呈自由状态，能够有效减小外部干扰对矢量水听器的振动影响。
图2给出了四元矢量阵与浮标通信示意图，每个基元的矢量水听器将矢量和标量信号输出给模拟放大单元做滤波和放大处理，模拟放大单元的输出信号被数字采集传输模块采集并存储，数据可以通过通信电缆上传至水面浮标，浮标与岸站间通过无线电台通信，实现了数据的实时上传，潜标的数量可以按照实际工作需要增减。
图3和给出了矢量潜标外观示意图，矢量基元的水听器采用弹簧内悬挂充油系统，并在矢量水听器的上下端板与PU管套子接触部位做了减震处理。潜标的两端连接电缆的水密插头，既可以通信也可以作为承重缆，通信电缆穿过水密电子仓与其他潜标相连，实现浮标与四元矢量潜标的串行通信。
图4给出了矢量潜标电子仓的内部结构示意图，6为电池仓，17为罗经平台，9为数字采集与存储单元与模拟放大单元，矢量水听器输出给水密电子舱，做为模拟放大单元的输入端。
图5为数字采集与传输单元的结构组成。四元矢量潜标在工作时分为低功耗模式和正常工作模式。低功耗模式下由值班电路完成，其余模块均处于休眠状态，值班电路等待上位机 即通信浮标的命令，如果命令正确将把正确命令传递给数据采集模块，潜标进入正常工作模式。
进入正常工作模式后，所有模块均被唤醒，主控芯片DSP开始循环判断上位机发送的命令。
第一步，要进行的工作是系统自检，上位机发送自检命令后，四元矢量潜标进入自检程序，检查数据存储系统与罗经平台是否工作正常。
第二步，上位机收到自检成功回复后发送同步命令，同步开始，同步由GPS秒脉冲和原子钟完成，GPS的秒脉冲通过通信电缆发送给四元矢量潜标，原子钟可以将自己的秒脉冲与GPS的秒脉冲同步，这样可以实现同步采集。
第三步，上位机收到同步成功回复后会发送采集命令，AD采集的数据通过DMA存储于DSP的乒乓缓存，再由CPU将数据存储于CF卡中。
第四步，采集的同时可以上传采集的数据，上位机发送上传命令，DSP将会计算刚刚采集的数据地址，然后将数据读取出来，通过通信电缆上传至通信浮标，进而上传至岸站，具体上传的数据量可以根据需要自行设计，矢量潜标采用半双工485通信，上传数据需要逐次上传。
第五步，浮标依次接收完四个矢量潜标的数据后存储于浮标控制电路的存储介质中，通过无线电台将数据上传至中继船和岸站。
Claims (4)
1.一种实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统，包括矢量水听器阵，水密电子仓，通信电缆，浮标，声学释放器，锚块，其特征在于：所述矢量水听器阵为垂直布放，尾部自由状态，阵元数量根据深度自由调节。
2.根据权利要求1所述的一种实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统，其特征在于：所述水密电子仓与矢量水听器配套使用，矢量水听器与电子仓接口有水密插头连接，由电池仓，罗经平台，模拟放大单元，数字采集单元组成；电池仓提供7.2V的系统工作电压，罗经平台可以实时为系统提供姿态信息，与数字采集单元相连；模拟放大单元将矢量水听器输出的X、Y、P信号进行滤波放大，数字采集单元将模拟放大单元的输出信号进行采集存储，并通过通信电缆将需要上传的数据上传至浮标控制单元。
3.根据权利要求1所述的一种实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统，其特征在于：所述浮标由浮体，浮标控制单元，锂电池组，电台，电台天线，GPS模块，GPS天线组成；锂电池组为浮标提供13V的直流电压；GPS模块为浮标控制单元提供精准的时间信息与1PPS秒脉冲信号，浮标控制单元根据GPS提供的时间信息控制潜标采集与休眠，秒脉冲信号可以使四元阵同步采集；浮标控制单元控制潜标的上电，自检，同步，采集，上传，下电功能；电台将潜标上传给浮标控制单元的数据通过电台天线上传至岸站。
4.根据权利要求1所述的一种实时传输的多元矢量水听器阵潜标系统，其特征在于：所述锚块与声学释放器由锚绳与水面浮标相连，整个潜标系统在锚块坐在位置附近随海流漂浮。
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