CN108001627A - 被动式声学锚泊系统和海底观测系统 - Google Patents

被动式声学锚泊系统和海底观测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种被动式声学锚泊系统，包括被动式声基阵列和锚系底座，所述锚系底座的机械保护支架上设有万向节，所述被动式声基阵列通过伸缩管连接在万向节上，所述伸缩管内设有水密线缆，所述水密线缆螺旋状盘绕设置，所述被动式声基阵列的功能单元通过水密线缆连接锚系底座的功能单元。本发明的被动式声学锚泊系统，可以实现大范围垂直水体上特定目标的侦测和跟踪，使用被动式声基阵列取代传统的主动式声学设备，整体隐蔽性好，不容易被卫星和水下其它探测设备发现。

Description

被动式声学锚泊系统和海底观测系统
技术领域
本发明涉及海洋装备技术领域，具体涉及一种被动式声学锚泊系统和海底观测系统。
背景技术
在海事信息应用领域中，水声网络和水声通信技术取得了长足的进步。在水上，尤其是军事中情报的收集与监听，沿海的监测，以及水下侦察与多点探测、集群管理的调度和指挥等方面，水声网络通信技术不断显示出其重要性。目前，不断扩大的海洋监测范围和多样化发展的水下武器系统迫切需要能传得更快、更远的水声通信，用以准确有效地抵抗外部干扰。各国军方打算，通过在水下建网，将潜艇与浮标、战机、舰艇、传感器、无人潜航器、等各种作战平台构成一体化网络。随着“网络中心战”概念的提出及发展，一种必然的发展方向就是深入到水下：一方面，海面以下的战场是现代化立体战争中的重点；另一方面，水下网络特通信技术的发展为其实现提供了有力条件。可以肯定，其将使水下立体作战产生天翻地覆的变化，也对各国海军的作战思想和装备建设产生重大的影响。
现有水下声学观测主要以传统式拖曳阵列为主，其关键系统结构为：拖曳船(搭载一系列常规供电模块、通信传输设备等)、拖曳缆、拖曳式声学换能器等。该系统主要为主动式声学设备，需要由船体发出声学信号进行侦探附近环境，反射后通过换能器进行信号接收，从而转换为可视化的图像。该系统由于是拖曳式，所需的人力物力较大，此外探测设施目标过大，且在海面，容易被侦测识别，因此其隐蔽性差。另外由于拖曳式侦测，其声学信号较为定向，因此侦测范围小，需要不停歇的进行覆盖性声学扫描，耗费时间和能源。而且由于是通过拖曳船进行作业，因此受到气象环境的局限性大，具有条件约束性。
发明内容
本发明提供一种被动式声学锚泊系统，隐蔽性好，不容易被卫星和水下其它探测设备发现，实现大范围垂直水体上特定目标的侦测和跟踪；整体结构上的改进能够保证其在恶劣海况条件下的使用寿命和使用稳定性、可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种被动式声学锚泊系统，包括被动式声基阵列和锚系底座，所述锚系底座的机械保护支架上设有万向节，所述被动式声基阵列通过伸缩管连接在万向节上，所述伸缩管内设有水密线缆，所述水密线缆螺旋状盘绕设置，所述被动式声基阵列的功能单元通过水密线缆连接锚系底座的功能单元。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括其还包括浮球，所述被动式声基阵列通过伸缩管连接所述浮球。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述被动式声基阵列包括多个被动式声学水听器，多个所述被动式声学水听器阵列排布，多个所述被动式声学水听器阵列排布后整体水密封在被动式声基阵列的机械保护支架内。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述被动式声学水听器通过水密线缆连接所述锚系底座的功能单元，所述被动式声基阵列采集的信号经水密线缆传输给锚系底座的功能单元。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述锚系底座的功能单元水密封安装在锚系底座的机械保护支架内；所述锚系底座的功能单元包括主控制模块、通信模块、电力模块和环境信息采集模块；
所述锚系底座基于通信模块与海底观测网节点通信传输数据；
所述电力模块用于给各功能模块和输出负载供电；
所述环境信息采集模块采集并存储环境数据，通过A/D转换后传输至主控制模块；
所述通信模块、环境信息采集模块和被动式声学水听器均连接主控制模块，所述主控制模块分析处理各功能模块输出的数据信息。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述锚系底座的功能单元还包括输入电源变换模块、负载监控模块、环境监测模块、故障检测隔离模块和授时模块，所述主控制模块控制连接输入电源变换模块、负载监控模块、环境监测模块、故障检测隔离模块和授时模块；
所述电源变换模块将输入的高压电源转换为所需要的低压电源，进行内部功能模块供电和输出负载；
所述负载监控模块采集负载电压电流、接地电流和各个继电器的开关状态，反馈至主控制模块，通过主控制模块判断负载的异常状况；
所述环境监测模块通过温湿度传感器和压力传感器对物化数据进行采集和分析，实时监控信息采集腔体的内部环境；
所述故障检测隔离模块采集故障点的电压电流信号，经过A/D转换后送到主控制模块，经主控制模块处理分析，判断过压、过流、过温和接地故障，再通过功能元器件切断并隔离故障模块；
所述授时模块用于导航定位、通讯、系统的管理和协调、电力传输中的故障检测。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述主控制模块通过总线监控板采集总线电压电流、接地电流和电源温度来监控电力模块的工作状态。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种海底观测系统，包括以上结构的被动式声学锚泊系统，所述被动式声基阵列通过伸缩管连接锚系底座，所述锚系底座的功能单元通过水密线缆连接至就近的海底观测网节点。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括多个被动式声基阵列，多个所述被动式声基阵列自上而下依次分层设置，两两被动式声基阵列之间均通过伸缩管连接浮球，最底层的被动式声基阵列通过伸缩管连接锚系底座的万向节。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述被动式声基阵列包括多个被动式声学水听器，多个所述被动式声学水听器阵列排布。
其一、本发明的被动式声学锚泊系统，可以实现大范围垂直水体上特定目标的侦测和跟踪，使用被动式声基阵列取代传统的主动式声学设备，整体隐蔽性好，不容易被卫星和水下其它探测设备发现。
其二、被动式声基阵列和锚系底座的结构连接部分安装万向节，为伸缩管连接到锚系底座上提供过渡连接点，同时让伸缩管与锚系底座隔离式连接，让锚系底座不受上部被动式声基阵列运动的影响，减小系统所受到的海流扰动，提高系统的稳定性和使用寿命。
其三、伸缩管为水密线缆提供机械保护，同时本身具有柔韧性，外加螺旋状盘绕的水密线缆，能够减小被动式声基阵列随波摆动时对锚系底座的影响，进一步提高系统的稳定性和使用寿命。
附图说明
图1是本发明第一实施例中锚泊系统的结构示意图；
图2是图1中锚泊系统的被动式声基阵列的结构示意图；
图3是图1中锚泊系统的锚系底座的结构示意图；
图4是图1中水密线缆(法兰式动态软管)的结构示意图；
图5是本发明第二实施例中海底观测系统的结构示意图。
其中：2-被动式声基阵列，4-锚系底座，6-万向节，8-伸缩管，10-浮球，12-被动式声学水听器，14-被动式声基阵列机械保护支架，16-锚系底座机械保护支架，20-信息采集腔体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
如图1-3所示，本实施例公开了一种被动式声学锚泊系统，包括被动式声基阵列2、锚系底座4和浮球10。被动式声基阵列2和锚系底座4两者均包括结构单元和功能单元，各功能单元安装在对应的结构单元内，并根据各自所在的位置做相应的水密处理。如图2所示，被动式声基阵列2包括多个被动式声学水听器12形成其功能单元，其结构单元包括被动式声基阵列机械保护支架14，多个上述被动式声学水听器12阵列排布，多个上述被动式声学水听器12阵列排布后整体水密封在被动式声基阵列机械保护支架14内。被动式声学水听器12被动接收水下运动目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号，大范围探测目标的方位和距离，判断目标的位置和特性，相较于传统的主动式声学设备，本申请的被动式声基阵列2隐蔽性好，不容易被卫星和水下其它探测设备发现。被动式声学水听器12采集目标的声音信号，并将声音信号转换成电压信号或者电流信号传输给锚系底座4的信息采集腔体20。
如图3所示，上述锚系底座4的结构单元包括锚系底座机械保护支架16，锚系底座机械保护支架16上设有万向节6，上述被动式声基阵列机械保护支架14通过伸缩管8连接在万向节6上。上述被动式声基阵列2和锚系底座4的结构连接部分安装万向节6，一方面，为伸缩管8连接到锚系底座4上提供过渡连接点；另一方面，让伸缩管8与锚系底座4隔离式连接，让锚系底座4不受上部被动式声基阵列2随波运动的影响，减小系统所受到的海流扰动，提高系统的稳定性和使用寿命。
上述伸缩管8内设有带水密接插件的水密线缆，上述水密线缆螺旋状盘绕设置，上述被动式声基阵列2的功能单元通过水密线缆连接锚系底座4的功能单元，上述被动式声基阵列2将声音信号转换成电压信号或者电流信号后经水密线缆传输给锚系底座4的功能单元。上述伸缩管8为水密线缆提供机械保护，本实施例技术方案中，如图4所示，上述伸缩管8优选使用法兰式软管，本身具有柔韧性，外加螺旋状盘绕的水密线缆，能够减小被动式声基阵列2随波摆动时对锚系底座4的影响，进一步提高系统的稳定性和使用寿命。
另一方面，由伸缩管8连接的被动式声基阵列2和锚系底座4，并配合万向节6，使得被动式声基阵列2能够垂直于水体安装并采集目标信号，实现大范围垂直水体上特定目标的侦测和跟踪。
上述被动式声基阵列2还通过伸缩管8连接上述浮球10，浮球10漂浮在海面上。整个系统包括以上的浮球10、被动式声基阵列2和锚系底座4，毛细底座4在底部给被动式声基阵列2的定位提供配重，浮球10给被动式声基阵列2的定位提供浮力支撑，被动式声基阵列2以锚系底座4为圆心的随波摆动，实现大范围内侦测和跟踪垂直水体上的特定目标。
上述锚系底座4的功能单元水密封安装在锚系底座的机械保护支架16内；上述锚系底座4的功能单元包括主控制模块、通信模块、电力模块和环境信息采集模块；
锚泊系统并入海底观测网节点时，上述锚系底座4基于通信模块与海底观测网节点通信传输数据；
上述电力模块用于给各功能模块和输出负载供电；
上述环境信息采集模块采集并存储锚系底座4周围海域的环境数据，通过A/D转换后传输至主控制模块；通过环境信息采集模块采集信息实现对海底生态环境的观测和分析。
上述通信模块、环境信息采集模块和被动式声学水听器均连接主控制模块，上述主控制模块分析处理各功能模块输出的数据信息；被动式声学水听器输出的电压或者电流信号传输给信息采集腔体内的主控制模块，由主控制模块对被动式声学水听器采集的信号进行分析处理，获得侦测和跟踪目标的位置和特性。
上述锚系底座4的功能单元还包括输入电源变换模块、负载监控模块、环境监测模块、故障检测隔离模块和授时模块，上述主控制模块控制连接输入电源变换模块、负载监控模块、环境监测模块、故障检测隔离模块和授时模块；
上述电源变换模块将输入的高压电源转换为所需要的低压电源，进行内部功能模块供电和输出负载，并且采用隔离式变换模块供电，能够有效防止故障传播，提高系统的可靠性；
上述负载监控模块采集负载电压电流、接地电流和各个继电器的开关状态，反馈至主控制模块，通过主控制模块判断负载的异常状况，若某个接口电流电压异常，则自动进行断开处理；
上述环境监测模块通过温湿度传感器和压力传感器对物化数据进行采集和分析，实时监控信息采集腔体20的内部环境；
上述故障检测隔离模块采集故障点的电压电流信号，经过A/D转换后送到主控制模块，经主控制模块处理分析，判断过压、过流、过温和接地故障，再通过功能元器件切断并隔离故障模块，防止对系统的干扰；
上述授时模块通过对时间和频率标准器之间进行准确比对及量值传递，用于导航定位、通讯、系统的管理和协调、电力传输中的故障检测。
上述主控制模块通过总线监控板采集总线电压电流、接地电流和电源温度来监控电力模块的工作状态。
实施例二
如图5所示，本实施例公开了一种海底观测系统，包括实施例一结构的被动式声学锚泊系统，上述被动式声基阵列2通过伸缩管8连接锚系底座4，上述锚系底座4的功能单元通过水密线缆连接至就近的海底观测网节点。海底观测网节点为锚泊系统提供电能和通信传输备份链路，使得整个海底观测系统能够在恶劣环境下长久生存。
为了对近海面、不同深度水体乃至海底的运动目标进行侦测和跟踪，实现水体的分层侦测和跟踪，海底观测系统包括多个被动式声基阵列2，在各个目标侦测深度上均配置一个被动式声基阵列2，每个被动式声基阵列2均包括多个被动式声学水听器；多个上述被动式声学水听器阵列排布多个上述被动式声基阵列2自上而下依次分层设置，两两被动式声基阵列2之间均通过伸缩管8连接浮球10，最底层的被动式声基阵列2通过伸缩管8连接锚系底座4的万向节6。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种被动式声学锚泊系统，其特征在于：包括被动式声基阵列和锚系底座，所述锚系底座的机械保护支架上设有万向节，所述被动式声基阵列通过伸缩管连接在万向节上，所述伸缩管内设有水密线缆，所述水密线缆螺旋状盘绕设置，所述被动式声基阵列的功能单元通过水密线缆连接锚系底座的功能单元。
2.如权利要求1所述的被动式声学锚泊系统，其特征在于：其还包括浮球，所述被动式声基阵列通过伸缩管连接所述浮球。
3.如权利要求1所述的被动式声学锚泊系统，其特征在于：所述被动式声基阵列包括多个被动式声学水听器，多个所述被动式声学水听器阵列排布，多个所述被动式声学水听器阵列排布后整体水密封在被动式声基阵列的机械保护支架内。
4.如权利要求3所述的被动式声学锚泊系统，其特征在于：所述被动式声学水听器通过水密线缆连接所述锚系底座的功能单元，所述被动式声基阵列采集的信号经水密线缆传输给锚系底座的功能单元。
5.如权利要求4所述的被动式声学锚泊系统，其特征在于：所述锚系底座的功能单元水密封安装在锚系底座的机械保护支架内；所述锚系底座的功能单元包括主控制模块、通信模块、电力模块和环境信息采集模块；
所述锚系底座基于通信模块与海底观测网节点通信传输数据；
所述电力模块用于给各功能模块和输出负载供电；
所述环境信息采集模块采集并存储环境数据，通过A/D转换后传输至主控制模块；
所述通信模块、环境信息采集模块和被动式声学水听器均连接主控制模块，所述主控制模块分析处理各功能模块输出的数据信息。
6.如权利要求5所述的被动式声学锚泊系统，其特征在于：所述锚系底座的功能单元还包括输入电源变换模块、负载监控模块、环境监测模块、故障检测隔离模块和授时模块，所述主控制模块控制连接输入电源变换模块、负载监控模块、环境监测模块、故障检测隔离模块和授时模块；
所述电源变换模块将输入的高压电源转换为所需要的低压电源，进行内部功能模块供电和输出负载；
所述负载监控模块采集负载电压电流、接地电流和各个继电器的开关状态，反馈至主控制模块，通过主控制模块判断负载的异常状况；
所述环境监测模块通过温湿度传感器和压力传感器对物化数据进行采集和分析，实时监控信息采集腔体的内部环境；
所述故障检测隔离模块采集故障点的电压电流信号，经过A/D转换后送到主控制模块，经主控制模块处理分析，判断过压、过流、过温和接地故障，再通过功能元器件切断并隔离故障模块；
所述授时模块用于导航定位、通讯、系统的管理和协调、电力传输中的故障检测。
7.如权利要求6所述的被动式声学锚泊系统，其特征在于：所述主控制模块通过总线监控板采集总线电压电流、接地电流和电源温度来监控电力模块的工作状态。
8.一种海底观测系统，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的被动式声学锚泊系统，所述被动式声基阵列通过伸缩管连接锚系底座，所述锚系底座的功能单元通过水密线缆连接至就近的海底观测网节点。
9.如权利要求8所述的海底观测系统，其特征在于：包括多个被动式声基阵列，多个所述被动式声基阵列自上而下依次分层设置，两两被动式声基阵列之间均通过伸缩管连接浮球，最底层的被动式声基阵列通过伸缩管连接锚系底座的万向节。
10.如权利要求8所述的海底观测系统，其特征在于：所述被动式声基阵列包括多个被动式声学水听器，多个所述被动式声学水听器阵列排布。
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