CN106741752B - 一种多拖体水下定深监测响应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多拖体水下定深监测响应系统，它包括拖体子系统、拖缆子系统、总控子系统：所述拖体子系统包含探测单元、响应单元、定深单元，并由至少2组以上的拖体结构组成；所述拖缆子系统包括拖缆、绞车以及收放支架等附属设备，由拖缆将拖体子系统拖带于载船后方，拖缆另一端与总控子系统相连；所述拖体子系统的定深单元将包含有探测单元、响应单元的拖体结构控制在指定深度范围，当探测单元测得符合特征的目标接近到临界距离时，可触发响应单元对目标实施响应。该系统能够利用拖曳多拖体的方式针对较大范围内的抵近目标实现高分辨率定深监测与实时响应，并既能用于静止状态的定深监测响应，也能用于运动状态的定深监测响应。

Description

一种多拖体水下定深监测响应系统

技术领域

本发明涉及水下监测系统，尤其是一种多拖体水下定深监测响应系统，可用于水下安保领域。

背景技术

随着海上活动的增多以及海岸经济的发展，确保重要的海岸场所、热点海域、航运平台及其停泊点的安全已成为当今社会最关心的问题。由于水下环境隐蔽性强，很多潜在的恐怖威胁均来自于水下，研发相应的水下监测响应系统是确保水下安全的重要保障。

现有的水下监测响应系统可以分为固定式和移动式两大类：

固定式系统通常采取海底铺设、浮标投放、水下安装等方式，例如2008年青岛奥帆赛和2010年上海世博会期间，我国自主研发的固定式水下安保系统就有效保障了相关赛事和场馆的安全，但这种固定式系统的灵活性差、不能快速转换防护区域、也无法适用于对运动平台的防护。中国发明专利201310505378.2公开的“水下目标监测系统”通过采集声场和磁场信息进行水下目标监控，也是用于固定场所探测、无法实现移动式探测，且缺乏必要的安保响应功能。

移动式系统通常采用船壳结构、单拖体结构或拖曳线列阵结构，可随着载船的航行实施移动式防护，但大多应用于海监巡逻或军事行动中对远距离水下目标的探测、识别与定位，而非针对百米范围小型目标的精确探测与实时响应；有些移动式系统虽然能够对近距离水下目标进行监测，但主要用于海洋科考、水下施工或海产养殖等领域，缺乏运用于水下安保的探测范围和响应机制等必要条件。中国发明专利201610399273.7公开的“一种海洋拖曳线阵深度控制装置”采取翼状拖体实现定深控制，在与拖曳线列阵结合后可实现运动状态下的定深监测及远程识别，但不具备一定长度上的近程响应功能，也无法实现静止状态下的定深监测响应。

发明内容

为了克服现有水下监测响应系统运用于水下安保作业时存在的不足，本发明提供一种多拖体水下定深监测响应系统，可针对较大范围内的抵近目标实现水下高分辨率定深监测与实时响应，既能用于静止状态的定深监测响应，也能用于运动状态的定深监测响应。

本发明所采用的技术方案是：

一种多拖体水下定深监测响应系统，包括拖体子系统1、拖缆子系统、总控子系统2。

所述拖缆子系统包括拖缆7、绞车9以及收放支架8等附属设备：拖缆7采用抗拉强度大的海洋拖曳用的电缆或光缆；收放支架8和绞车9固定在载船后甲板上；拖缆7将拖体子系统1拖带于载船后方，拖缆7另一端与总控子系统2相连。

所述拖体子系统1中包含探测单元3、响应单元4、定深单元5，并由至少2个以上的拖体结构组成。定深单元5将包含有探测单元3、响应单元4的拖体结构控制在某一深度范围内，当探测单元3测得目标抵达门限距离时可触发响应单元4。

所述拖体子系统1的探测单元3、响应单元4、定深单元5可集成在同一壳体的拖体结构中，也可设计成分离式壳体的拖体结构。

所述包含探测单元3、响应单元4的拖体结构之间，间距不小于20m、并确保相邻拖体结构的探测单元3和响应单元4的作用范围能够相互衔接或部分重叠，还可根据实际需要增减拖体结构的拖曳数量、以及调整拖曳总长度。

所述探测单元3可采取高频声探测装置、光探测装置或磁探测装置，对以探测装置为中心的近距离水域实施监测，经总控制子系统2授权的情况下，测得符合特征的目标抵达门限距离时触发响应单元4。

所述响应单元4根据安保任务的不同可选择声光警告装置、定向射伤装置或爆破毁伤装置，在接收到探测单元3的触发信号后可对目标实施响应。

所述定深单元5可采用浮力调节装置或浮力-升力联合调节装置，确保拖体结构在静止状态和运动状态均能实现定深控制。所述浮力调节装置包括水面浮体29、连接缆30、浮体控制组件31；所述升力调节装置包括翼结构27、翼结构控制组件28。

所述拖体子系统1中还包括备用电源14、电路组件。所述备用电源14可在总控子系统2中断电力供应的情况下、在一段时间内独立维持拖体结构处于工作状态；所述电路组件包括但不限于电源控制模块10、信息输入模块11、信息输出模块13。

所述总控子系统2包括显示单元20、配电箱21、电路组件。所述显示单元20用于显示系统状态信息以及人机交互信息；所述配电箱21用于为拖体子系统1、总控子系统2提供电力供应；所述电路组件包括但不限于信息输入模块15、信息输出模块16、指令控制模块17、参数设置模块18、电源管控模块19。

本发明的工作过程为：

一种多拖体水下定深监测响应系统，首先由载船根据安保作业需求确定拖曳的总长度和拖体结构的数量、并完成拖曳布放；根据载船的航行状态确定拖体子系统1的定深控制方式、并进行深度设定；当某个拖体结构的探测单元3确认有符合特征的目标抵达门限距离、并获得总控子系统2授权后，即可触发相连的响应单元4并对目标实施声光警告或者暴力毁伤响应。

本发明的有益效果是：

一种多拖体水下定深监测响应系统，能够通过拖曳多个拖体结构的方式对指定区域或指定方向上接近的目标实施监测响应，通过采用浮力调节装置或浮力-升力联合调节装置实现静止监测响应与运动监测响应，通过采用高频声探测或光、磁等近距离探测装置实现对抵近小目标的可靠识别，通过采取总控子系统授权、探测单元触发的方式实现对近距目标的实时响应。

附图说明

图1是本发明整体结构示意

图2是拖体子系统组成及连接的实施例示意

图3是总控子系统组成及连接的实施例示意

图4是本发明分装于2个平台的实施例示意

图5是拖体结构的实施例示意一

图6是拖体结构的实施例示意二

图7是拖体结构的实施例示意三

图8是拖体结构的实施例示意四

其中：

1、拖体子系统 19、总控子系统的电源管控模块

2、总控子系统 20、显示单元

3、探测单元 21、配电箱

4、响应单元 22、无线收发器

5、定深单元 23、主控船

6、测深单元 24、拖曳船

7、拖缆 25、壳体

8、收放支架 26、导流罩

9、绞车 27、翼结构

10、拖体子系统的电源管控模块 28、翼结构控制组件

11、拖体子系统的信息输入模块 29、水面浮体

12、拖体子系统的数据采集模块 30、连接缆

13、拖体子系统的信息输出模块 31、浮体控制组件

14、拖体子系统的备用电源 32、总线

15、总控子系统的信息输入模块 33、通讯天线

16、总控子系统的信息输出模块 34、无线收发器

17、总控子系统的指令控制模块

18、总控子系统的参数设置模块

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

图2示出了拖体子系统1中主要组成部分及连接示意，包含探测单元3、响应单元4、定深单元5、测深单元6、备用电源14以及电路组件。

定深单元5与测深单元6通过反馈的方式将包含有探测单元3、响应单元4的拖体结构控制在某一指定深度范围内；当探测单元3测得目标抵达某一门限距离时，经总控制子系统2授权的情况下可触发响应单元4；响应单元4在接收到探测单元3的触发信号后可对目标实施响应；备用电源14可在总控子系统2对拖体子系统1中断电力供应的情况下，在一段时间内独立维持各部分处于工作状态；测深单元6用于测量包含探测单元3、响应单元4的拖体结构所处深度，反馈给定深单元5、并经拖缆7传送给总控子系统2。

所述电路组件包括电源控制模块10、信息输入模块11、数据采集模块12、信息输出模块13：电源控制模块10接收总控子系统2经拖缆7对拖体子系统1的电力供应与管控、并负责对备用电源14的管控；信息输入模块11接收、处理总控子系统2为拖体子系统1传送的状态数据和控制信息，并传递给探测单元3和定深单元5；数据采集模块12采集、处理探测单元3和定深单元5提供的数据、并传递给信息输出模块13；信息输出模块13将数据传送给到总控子系统2。

实施例2：

图3示出了总控子系统2中主要组成部分及连接示意，包括显示单元20、配电箱21以及电路组件。

显示单元20用于显示系统状态信息以及人机交互信息；配电箱21为拖体子系统1、总控子系统2提供电力供应；电路组件包括信息输入模块15、信息输出模块16、指令控制模块17、参数设置模块18、电源管控模块19：信息输入模块15接收、处理由拖体子系统1传送的探测数据和状态数据、并输出到显示单元20进行显示；指令控制模块17和参数设置模块18接收人机交互数据、并传送到信息、输出模块16；信息输出模块16将数据传送给拖体子系统1；电源管控模块19为拖体子系统1提供电力管控。

实施例3：

一种多拖体水下定深监测响应系统，各组成部分可按图1所示集中组装在同一艘载船上，也可利用无线通讯技术分装在不同平台上。

图4示出了分装于2个平台的一种多拖体水下定深监测响应系统的结构图，包括：主控船23、拖曳船24、拖体子系统1、拖缆子系统、总控子系统2。拖体子系统1、拖缆7、收放支架8、绞车9、配电箱21安装于拖曳船24上，总控子系统2的显示和控制部分安装于主控船23上，主控船23与拖曳船24之间通过无线收发器22和无线收发器34进行信息传输与管控。拖缆7采用海洋拖曳用铠装电缆，拖体结构之间采取并联电路连接，拖曳船24根据海上安保作业需求确定拖曳长度和所需拖体结构数量，并采取拖曳方式对指定区域或指定方向的水域实施监测与响应。

当拖曳船24采用无人航行器(UUV或USV)时，可按照自身预先装定的规划航路航行、也可由主控船23遥控拖曳船24的航行状态以及拖体子系统1的工作状态。

实施例4：

一种多拖体水下定深监测响应系统，其拖体子系统1的拖体结构可按图5所示采取集成式壳体设计：

探测单元3采用两个高频水声换能器，分别装于拖体结构两端的导流罩26内，以拖体结构为中心对一定范围内水域实施主动、被动或主被动联合声探测，在确认符合特征的目标抵达门限距离、并经总控子系统2授权后触发响应单元4；响应单元4采用爆炸装置，可对作用范围内的目标实施爆破摧毁；测深单元6采用压力测深装置；在拖曳航行状态下，根据测深单元6的反馈数据，由翼结构控制组件28控制壳体25外部的翼结构27、将拖体结构稳定在指定的深度范围；在低速或停车状态下，由浮体控制组件31通过收放水面浮体29、充放气、控制连接缆30长度等方式实现对拖体结构的定深控制；此外，备用电源14以及由电源管控模块10、信息输入模块11、数据采集模块12、信息输出模块13构成的电路组件也集成在壳体25内。

实施例5：

一种多拖体水下定深监测响应系统，其拖体子系统1的拖体结构可按图6所示采取分离式壳体设计：

探测单元3采用水下激光探测器，并位于独立的壳体内，以探测器为中心的近距离内水域实施全向探测，在确认符合特征的目标抵达门限距离、并经总控子系统2授权后触发响应单元4；响应单元4采用声光警报装置，并与测深单元6集成在同一个独立壳体25内，可对作用范围内的目标实施声光警报；翼结构27和翼结构控制组件28以及配重物构成独立的拖曳式定深装置，在拖曳状态下，可将多个拖体结构控制在指定深度范围；水面浮体29、连接缆30和浮体控制组件31构成独立的悬浮式定深装置，在低速或停车状态下，浮体控制组件31可通过收放水面浮体29、充放气、控制连接缆30长度等方式，将1个或多个拖体结构的控制在指定深度范围。总线32承担各单元壳体之间的信息传输、电力传输以及拖缆7的对接任务。

实施例6：

一种多拖体水下定深监测响应系统，其定深单元5可采取单一的浮力调节装置，当由载船拖曳至指定区域并切断拖缆7后，拖体子系统1可实施静止状态的定深监测响应、并采取无线方式与总控子系统2进行信息传递：

图7示出了一种集成式拖体结构，各部分标注的含义及其连接关系与图4相同，不同之处在于：图7中减少了翼结构27以及翼结构控制组件28，根据测深单元6的反馈数据，仅由浮体控制组件31通过收放水面浮体29、充放气、根据航速调节连接缆30长度等方式实现浅层定深控制；通讯天线33随水面浮体29露出水面、并经连接缆30与水下的拖体结构相连，可承担拖体结构与总控子系统2之间的无线通讯任务。

实施例7：

一种多拖体水下定深监测响应系统，其拖体子系统1的拖体结构可按图8所示采取分离式壳体设计：

图8各部分标注的含义及其连接关系与图6相同，不同之处在于：图8中拖体结构减少了翼结构27以及翼结构控制组件28、也未采用测深单元6，而是采用浮力调节装置与航速的关系来实现浅层定深控制；浮体控制组件31、拖缆7接口、备用电源14均安装到改进后的水面浮体29上，连接缆30长度可受浮体控制组件31的调节、并承担对水下部分的电力传输与信息传递任务；通讯天线33随水面浮体29露出水面、并经连接缆30与水下的拖体结构相连，可承担拖体结构与总控子系统2之间的无线通讯任务，载船在切断拖缆7的情况下仍能经通讯天线33观察到拖体结构的工作状态并进行无线控制。

本发明保护范围不局限于以上实施例，也不局限于水下安保领域，在不脱离所述发明构思的情况下，涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如：由集成式拖体结构采取自身充排水装置等方式也可实现定深控制，将主控船23换为岸基、空基或天基平台也可实现系统遥控，各拖体结构中的备用电源14也可整合为一个独立的悬浮式电源结构来对整个拖体子系统1实施供电。总之，凡与本发明在相同原理和构思条件下的变更或修改均在本发明的公开保护范围。

Claims (6)

1.一种多拖体水下定深监测响应系统，包括拖体子系统(1)、拖缆子系统、总控子系统(2)，所述拖缆子系统包括拖缆(7)、绞车(9)，所述拖体子系统(1)由拖缆(7)拖带于载船后方，拖缆(7)另一端与总控子系统(2)相连，其特征在于：

所述拖体子系统(1)中包含探测单元(3)、响应单元(4)、定深单元(5)，并由至少2个以上的拖体结构组成，相邻拖体结构的探测单元(3)和响应单元(4)的作用范围能够相互衔接或部分重叠，

所述响应单元(4)为定向射伤装置或爆破毁伤装置，

所述定深单元(5)为浮力调节装置或浮力-升力联合调节装置，

所述定深单元(5)可在静止状态和运动状态下将包含有探测单元(3)、响应单元(4)的拖体结构控制在指定深度范围，当探测单元(3)测得目标抵达门限距离时可触发响应单元(4)。

2.根据权利要求1所述的一种多拖体水下定深监测响应系统，其特征在于：所述探测单元(3)、响应单元(4)、定深单元(5)可集成在同一壳体的拖体结构中，也可设计成分离式壳体的拖体结构。

3.根据权利要求1所述的一种多拖体水下定深监测响应系统，其特征在于：所述包含探测单元(3)、响应单元(4)的拖体结构之间，间距不小于20m，还可根据实际需要增减拖体结构的拖曳数量。

4.根据权利要求1～3之一所述的一种多拖体水下定深监测响应系统，其特征在于：所述探测单元(3)可采取高频声探测装置、光探测装置或磁探测装置，对以探测装置为中心的近距离水域实施监测。

5.根据权利要求1所述的一种多拖体水下定深监测响应系统，其特征在于：所述拖体子系统(1)中还包括备用电源(14)、电路组件，所述备用电源(14)可在总控子系统(2)中断电力供应的情况下、在一段时间内独立维持拖体结构处于工作状态，所述电路组件包括但不限于电源控制模块(10)、信息输入模块(11)、信息输出模块(13)。

6.根据权利要求1或5所述的一种多拖体水下定深监测响应系统，其特征在于：所述总控子系统(2)包括显示单元(20)、配电箱(21)、电路组件，所述显示单元(20)用于显示系统状态信息以及人机交互信息，所述配电箱(21)用于为拖体子系统(1)、总控子系统(2)提供电力供应，所述电路组件包括但不限于信息输入模块(15)、信息输出模块(16)、指令控制模块(17)、参数设置模块(18)、电源管控模块(19)。