CN108116621A - 一种海洋声学实时观测浮标系统 - Google Patents

一种海洋声学实时观测浮标系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种海洋声学实时观测浮标系统。所述浮标系统包括：水密壳体、导流罩、设置在所述水密壳体顶部的外表面的微型气象站和北斗天线、设置在所述水密壳体内部的北斗通信模块、控制器、数据采集器、设置在所述导流罩内部的水听器，其中，所述水听器与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述控制器连接，所述控制器分别与所述微型气象站和所述北斗通信模块连接，所述北斗通信模块与所述北斗天线连接。本发明提供的浮标系统能够实时同步检测浮标所在位置的海洋环境噪声及海气界面气象参数，利用所述海洋环境噪声及气象参数能够精确反演被测海域中特定位置的海况。

Description

一种海洋声学实时观测浮标系统
技术领域
本发明涉及海洋声学领域，特别是涉及一种海洋声学实时观测浮标系统。
背景技术
风关噪声、雨噪声及冰雹噪声等合称为气象噪声。其中，风关噪声是各海域的重要噪声源，利用风关噪声和降雨噪声反演海况和降雨级别可实现海洋中气象参数的全天候自动检测，对海洋开发、天气预报、大洋气象学的研究以及国防军事都有很重要的作用。
现有的通过浮标系统自动检测海洋气象数据的方法是，首先在被测海域放置若干检测浮标，达到设定的观测天数后将浮标回收获取浮标检测的海洋噪声数据，并结合国家气象局对被测海域的气象参数的检测，来反演海况和降雨级别，从而实现对海洋中气象参数的自动检测。但是，由于海面辽阔，浮标漂浮的位置并不相同，而来自国家气象局的被测海域的气象参数并不能具体到浮标所在的实际位置，因此，通过浮标检测的噪声数据及国家气象局提供的被测海域的气象参数来反演海况和降雨级别会存在较大的误差。因此，如何提高海况检测的准确度，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种海洋声学实时观测浮标系统，能够实时同步检测浮标所在位置的海洋环境噪声及海气界面气象参数，利用所述浮标系统检测的海洋环境噪声及气象参数能够精确反演被测海域中特定位置的海况。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种海洋声学实时观测浮标系统，所述浮标系统包括：水密壳体、导流罩、设置在所述水密壳体顶部的外表面的微型气象站和北斗天线、设置在所述水密壳体内部的北斗通信模块、控制器、数据采集器、设置在所述导流罩内部的水听器，其中，
所述水听器与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述控制器连接，所述控制器分别与所述微型气象站和所述北斗通信模块连接，所述北斗通信模块与所述北斗天线连接。
可选的，所述浮标系统还包括设置在所述水密壳体内部的声学信号处理器，所述声学信号处理器设置在所述数据采集器与所述控制器之间，所述声学信号处理器对所述数据采集器发送的数字信号进行分段处理获得各分段数据，并对各所述分段数据进行求和后取平均获得声谱级，然后提取所述声谱级的特征值并将所述特征值发送给所述控制器。
可选的，所述浮标系统还包括设置在所述导流罩内部的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接。
可选的，所述浮标系统还包括与所述控制器连接的温度传感器，所述温度传感器设置在所述水密壳体底部的外表面。
可选的，所述浮标系统还包括与所述控制器连接的盐度传感器，所述盐度传感器设置在所述水密壳体底部的外表面。
可选的，所述微型气象站具体包括分别与所述控制器连接的风速仪、风向标、气压传感器和空气温度传感器。
可选的，所述微型气象站还包括微型处理器和三轴电子罗盘，其中，所述风向标及所述三轴电子罗盘均与所述微型处理器连接，所述微型处理器与所述控制器连接。
可选的，所述微型气象站还包括GPS模块，所述风速仪及所述GPS模块均与所述微处理器连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的海洋声学实时观测浮标系统，在水密壳体顶部的外表面设置有微型气象站，在导流罩内部设置有水听器，数据采集模块将水听器采集的海洋环境噪声数据转化为数字信号后发送给控制器，控制器同时接收微型气象站检测的浮标所在位置的海气界面气象数据，控制器将海洋环境噪声数据及同步检测的海气界面气象数据通过北斗通信模块及北斗天线实时发送到陆地上的接收机，利用实时同步检测的海洋环境噪声及气象参数能够精确反演被测海域中特定位置的海况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的海洋声学实时观测浮标系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的海洋声学实时观测浮标系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种海洋声学实时观测浮标系统，能够实时同步检测浮标所在位置的海洋环境噪声及海气界面气象参数，用于精确反演被测海域中特定位置的海况。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的海洋声学实时观测浮标系统的结构框图。图2为本发明实施例提供的海洋声学实时观测浮标系统的结构示意图。如图1和图2所示，一种海洋声学实时观测浮标系统，所述浮标系统包括：水密壳体1、导流罩2、设置在所述水密壳体1的顶部的外表面的微型气象站3和北斗天线4、设置在所述水密壳体1内部的北斗通信模块5、控制器6、数据采集器7、声学信号处理器8、设置在所述导流罩2内部的水听器9、压力传感器10，设置在所述水密壳体1的底部外表面的盐度传感器11和温度传感器12，其中，
所述盐度传感器11和温度传感器12均与控制器6连接，盐度传感器11用于测量浮标系统漂浮海域中海水的导电率。所述水听器9与所述声学信号处理器8连接，所述声学信号处理器8设置在所述数据采集器7与所述控制器6之间，所述控制器6分别与所述微型气象站3、所述北斗通信模块5和所述压力传感器10连接，所述北斗通信模块5与所述北斗天线4连接，通过北斗卫星通信模块5实现控制模块6和陆地上接收机的信息及指令的交互。具体地，本实施例中的控制器6通过RS232串口与声学信号处理器8、压力传感器10和微型气象站3连接，接收声学数据、压力及深度数据和海气界面的气象水文数据并将数据整理后通过北斗通讯模块5及北斗天线4发送到陆地上接收机。
所述水听器9将海洋声学信号转换成模拟电信号，所述数据采集器7将模拟电信号转换为数字信号，所述声学信号处理器8对所述数据采集器7发送的数字信号进行分段处理获得各分段数据，并对各所述分段数据进行求和后取平均获得声谱级，然后提取倍频程内的声谱级的特征值并将所述特征值发送给所述控制器6。本实施提供的浮标系统通过声学信号处理器8将工作一次(两分钟)采集到的18000000B的数据实时转换为31B，然后通过北斗通信模块5及北斗天线4在1分钟之内即可发送给陆上的接收机。
具体地，本实施例中所述微型气象站3具体包括：分别与所述控制器6连接的风速仪、气压传感器和空气温度传感器，与所述控制器6连接的微型处理器，与所述微型处理器连接的风向标、三轴电子罗盘、风速仪及GPS模块。微型处理器通过GPS模块的定位信息确定浮标系统的速度，结合风速仪检测的实时风速及浮标系统的速度计算出实际风速，并将实际风速输出给控制器6。同时，微型处理器还可通过三轴电子罗盘检测的浮标的姿态数据计算出浮标系统的倾斜状态，同时结合风向标检测的风向数据计算出实际风向，并将实际风向数据发送给控制器6。
如图2所示，水听器9通过穿过球形水密壳体1底部的电缆14(不大于300米)与球形水密壳体1内部的数据采集模块器7连接，压力传感器10通过电缆14与控制器6连接，其中，电缆14穿过球形水密壳体1底部的部分经过硫化处理，使其与水密壳体1密封接触从而达到防水目的。电缆14的长度可根据海洋深度及声学测量需求定制，最长不大于300米，电缆14在水中为中性浮力，通过导流罩2配重拉直电缆，通过压力传感器10可以确定水听器9的实际深度。导流罩2为透声圆柱形结构，能够有效减小海流对水听器9的影响。
如图2所示，本实施例提供的浮标系统的供电电源为电池13，所述电池13分别与所述控制器6和所述北斗通信模块5连接，用于给北斗通讯模块5和控制器6供电。同时，控制器6控制微型气象站3、声学信号处理器8、数据采集器7、水听器9和压力传感器10的供电开关，在测量开始时控制器6控制各开关闭合，电池给各用电模块供电，测量结束后控制器6控制各开关断开给各模块断电，从而节约系统功耗。本实施例中，控制器6默认半个小时测量一次声学数据、水听器深度数据和海气界面的气象水文数据，测量时间为2分钟，陆地上接收机可通过北斗通信模块5更改浮标系统的单次测量时间及测量间隔。
本发明提供的浮标系统可在某一敏感海域大面积布放，浮标可在海面上随流漂浮，长时间(工作时间不小于半年)实时测量声学信息，并通过微型气象站获取海气界面处的气象及水文参数，为海洋声学的长期多参数观测提供数据支撑。本发明提供的浮标系统能够广泛应用在海洋灾害预报、海洋环境噪声研究、海洋哺乳动物研究等方面。而且，本发明提供的海洋声学实时观测浮标系统，设备成本低廉，测量信息全面，通过北斗卫星可实时传输数据，无需打捞回收，应用成本较低，便于推广实施。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种海洋声学实时观测浮标系统，其特征在于，所述浮标系统包括：水密壳体、导流罩、设置在所述水密壳体顶部的外表面的微型气象站和北斗天线、设置在所述水密壳体内部的北斗通信模块、控制器、数据采集器、设置在所述导流罩内部的水听器，其中，
所述水听器与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述控制器连接，所述控制器分别与所述微型气象站和所述北斗通信模块连接，所述北斗通信模块与所述北斗天线连接。
2.根据权利要求1所述的海洋声学实时观测浮标系统，其特征在于，所述浮标系统还包括设置在所述水密壳体内部的声学信号处理器，所述声学信号处理器设置在所述数据采集器与所述控制器之间，所述声学信号处理器对所述数据采集器发送的数字信号进行分段处理获得各分段数据，并对各所述分段数据进行求和后取平均获得声谱级，然后提取所述声谱级的特征值并将所述特征值发送给所述控制器。
3.根据权利要求1所述的海洋声学实时观测浮标系统，其特征在于，所述浮标系统还包括设置在所述导流罩内部的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接。
4.根据权利要求1所述的海洋声学实时观测浮标系统，其特征在于，所述浮标系统还包括与所述控制器连接的温度传感器，所述温度传感器设置在所述水密壳体底部的外表面。
5.根据权利要求1所述的海洋声学实时观测浮标系统，其特征在于，所述浮标系统还包括与所述控制器连接的盐度传感器，所述盐度传感器设置在所述水密壳体底部的外表面。
6.根据权利要求1所述的海洋声学实时观测浮标系统，其特征在于，所述微型气象站具体包括分别与所述控制器连接的风速仪、风向标、气压传感器和空气温度传感器。
7.根据权利要求6所述的海洋声学实时观测浮标系统，其特征在于，所述微型气象站还包括微型处理器和三轴电子罗盘，其中，所述风向标及所述三轴电子罗盘均与所述微型处理器连接，所述微型处理器与所述控制器连接。
8.根据权利要求7所述的海洋声学实时观测浮标系统，其特征在于，所述微型气象站还包括GPS模块，所述风速仪及所述GPS模块均与所述微处理器连接。
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