CN109591962A - 一种低干扰高稳定性水下声场探测潜标 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低干扰高稳定性水下声场探测潜标，属于水下声场探测技术领域。该探测潜标包括潜标平台和锚泊系统，潜标平台与锚泊系统之间为横向柔性系留，锚泊系统用于将潜标平台稳定系留在水中某一特定深度，潜标平台采用零浮力配置和分体式布局，在水中呈漂浮状态。本发明的潜标采用总体横向柔性系留方式，通过合理的质浮心距配置，可有效降低在甚低频段潜标平台摇晃与振动对探测系统的影响。

Description

一种低干扰高稳定性水下声场探测潜标
技术领域
本发明涉及一种探测潜标，具体涉及一种能够抗风浪干扰的声场探测潜标，属于水下声场探测技术领域。
背景技术
针对海洋环境安全保障对远距离水下目标实时监视的需求，迫切需要研究基于矢量水听器和高阶声场传感器的被动水声节点一体化设计与联合探测方法，以突破水下锚系平台自噪声抑制、矢量水听器空间指向性处理与声强流处理、高阶声场传感器超增益波束处理以及甚低频线谱相干累积检测等关键技术，研制矢量水听器与高阶声场传感器一体化水下探测试验系统，将单节点对水下目标探测距离提高到5km。
矢量水听器三分量进行矢量声强流处理后，具有抗各向听性噪声干扰的特征，它不需要大的孔径尺寸就可以获得低频空间增益，功耗也比较低。但是对于同频相干干扰难以分辨。高阶声场传感器优点是具有较高的空间分辨率，可以从空间分辨多目标或者干扰，但是其在工程应用中存在功耗较高等不足之处。
目前搭载矢量水听器等水声设备的潜标大都采用竖直锚泊的形式，洋流对系留缆绳产生的扰动必然会传递给水声设备，因此会对水声设备的工作产生干扰，影响矢量声强流处理的准确性。此外，竖直锚泊的潜标还具有稳定性不高的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低干扰高稳定性水下声场探测潜标，潜标采用总体横向柔性系留方式，通过合理的质浮心距配置，可有效降低在甚低频段潜标平台摇晃与振动对探测系统的影响。
一种低干扰高稳定性水下声场探测潜标，该探测潜标包括潜标平台和锚泊系统，所述潜标平台与锚泊系统之间为横向柔性系留，锚泊系统用于将潜标平台稳定系留在水中某一特定深度，所述潜标平台采用零浮力配置和分体式布局，在水中呈漂浮状态。
进一步地，所述潜标平台包括主浮体、两个电子耐压舱、环形安装架组和连接杆；为保证合适的垂向质浮心距，两个电子耐压舱对称布置于主浮体下方，两个电子耐压舱通过连接杆和螺钉组合实现总体刚性连接；所述环形安装架组搭载安装于两个电子耐压舱的下方，所述环形安装架组上安装探测设备，探测设备的信号输给电子耐压舱内相应电路模块；所述主浮体为潜标平台提供正浮力。
进一步地，所述主浮体采用分段式金属骨架结构和流体外形，包括前段、中段和尾段；前段采用椭体外形，内部填充固体浮力材料；中段采用柱体外形，内部为水声测量设备提供安装接口，后段采用锥体外形并安装稳定翼，内部填充固体浮力材料；主浮体前段头部设有系留接口，中段上部设有吊装接口。
进一步地，所述锚泊系统包括重力锚、释放装置、浮球、垂向系留缆绳和横向系留缆绳；垂向系留缆绳和横向系留缆绳的一个端点连接，横向系留缆绳的另一端点与潜标平台的主浮体连接；垂向系留缆绳将重力锚、释放装置和浮球沿垂向串联起来；横向系留缆绳采用正浮力化纤绳，间隔布置负浮力重块，呈波浪形式，这种形式可降低系留缆绳受力对潜标平台的振动影响与噪声干扰，也可避免在有海流情况下横向系留缆绳与垂向系留缆绳的缠绕。
有益效果：
1、本发明的潜标抗干扰性强，潜标平台水下零浮力配置，采用横向柔性系留方式，在正浮力横向系留缆绳中间增加负浮力配重，使横向缆绳呈“W”形式的波浪形，潜标平台呈漂浮状态，可降低系留缆绳受力对潜标平台的振动影响与噪声干扰；同时，探测设备如水听器的安装均采用了多级阻尼减振措施，可进一步降低潜标平台在海流中不稳定对探测设备的甚低频干扰。
2、本发明的系留稳定性高，与传统潜标不同，潜标平台采用分体式布局，提供正浮力的主浮体在上，负浮力的电子耐压舱等部分在下，通过质浮心距的合理配置和系留点的优化选择，潜标平台具有较高的系留稳定性。
3、本发明的适应性广，潜标平台可装载用于水声矢量探测的矢量水听器、用于水声标量探测的高阶声场传感器和用于水声通信的水声通信机，三者一体化设计并采用多级减振安装，通过三者的信息共享和有机融合，可有效提高水声探测距离，并可作为水声组网的固定节点。通过对相应接口的适应性匹配，该潜标平台也可搭载其他声场探测设备。
附图说明
图1为本发明的水下声场探测潜标的总体布局意图；
图2为本发明的水下声场探测潜标的潜标平台正视图；
图3为本发明的水下声场探测潜标的潜标平台侧视图；
图4为本发明的水下声场探测潜标的锚泊系统组成示意图。
其中，1-潜标平台、2-锚泊系统、1-1-主浮体、1-2-连接杆、1-3-电子耐压舱Ⅰ、1-4-电子耐压舱Ⅱ、1-5-环形安装架组、2-1-重力锚、2-2-释放装置、2-3-垂向系留缆绳、2-4-横向系留缆绳、2-5-浮球。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种高稳定性低干扰水下声场探测潜标，该探测浮标包括潜标平台1和锚泊系统2；
如附图2和3所示，潜标平台1包含潜标平台包括主浮体1-1、电子耐压舱Ⅰ1-3、电子耐压舱Ⅱ1-4、环形安装架组1-5和连接杆1-2；为保证合适的垂向质浮心距，电子耐压舱Ⅰ1-3和电子耐压舱Ⅱ1-4对称布置于主浮体1-1下方，电子耐压舱Ⅰ1-3和电子耐压舱Ⅱ1-4通过连接杆1-2和螺钉组合实现总体刚性连接；环形安装架组1-5搭载安装于电子耐压舱Ⅰ1-3和电子耐压舱Ⅱ1-4的下方，环形安装架组1-5上安装探测设备，探测设备的信号输给电子耐压舱内相应电路模块；主浮体1-1为潜标平台1提供正浮力。主浮体1-1采用分段式金属骨架结构和流体外形，包括前段、中段和尾段；前段采用椭体外形，内部填充固体浮力材料；中段采用柱体外形，内部为水声测量设备提供安装接口，后段采用锥体外形并安装稳定翼，内部填充固体浮力材料；主浮体1-1前段头部设有系留接口，中段上部设有吊装接口。
本发明的电子耐压舱Ⅰ1-3和电子耐压舱Ⅱ1-4均采用圆柱加肋金属结构和流体外形；电子耐压舱Ⅰ1-3为矢量水听器的电路模块和电池模块提供水下耐压密闭空间，电子耐压舱Ⅱ1-4为高阶声场传感器和声通信机的电路模块和电池模块提供水下耐压密闭空间。电子耐压舱Ⅰ1-3和电子耐压舱Ⅱ1-4两端均为椭体外形，密封盖板设有相应水密接插件接口和气密检查接口，内部功能模块采用导轨式安装方式。
本发明的环形安装架组1-5为圆盘辐射结构，其为高阶声场传感器、电子耐压舱Ⅰ1-3、电子耐压舱Ⅱ1-4和高阶阵集成装置提供安装接口，高阶声场传感器的12元标量水听器的安装采用柔性减振基座方式。高阶阵集成装置用于将高阶声场传感器的12元标量水听器信号集成处理后，再传输给电子耐压舱Ⅱ1-4内相应电路模块。
如附图4所示，本发明的锚泊系统2用于将潜标平台1稳定系留在水中某一特定深度，包含重力锚2-1、释放装置2-2、浮球2-5、垂向系留缆绳2-3和横向系留缆绳2-4等。垂向系留缆绳2-3和横向系留缆绳2-4的连接后呈“┠”形式。垂向系留缆绳2-3将重力锚2-1、释放装置2-2、横向系留缆绳2-4端点、浮球2-5沿垂向串联起来。横向系留缆绳2-4采用正浮力化纤绳，间隔布置负浮力重块，呈“～”形式，这种形式可降低系留缆绳受力对潜标平台1的振动影响与噪声干扰，也可避免在有海流情况下横向系留缆绳2-4与垂向系留缆绳2-3的缠绕。横向系留缆绳2-4另一端点与潜标平台1-1连接。
本发明中的水下声场探测潜标的使用过程主要包括陆上装配调试和湖海布放工作两个阶段。
陆上装配调试阶段：
(1)完成矢量水听器、高阶声场传感器、水声通信机、高阶阵集成装置等探测设备的电气调试。
(2)将矢量水听器、水声通信机安装在主浮体1-1中段内。
(3)将矢量水听器的电路模块、电池模块沿导轨依次装入电子耐压舱Ⅰ1-3内，用安装附件固紧；用前盖板、后盖板将舱体密封，做好气密检查后，安装上电子舱头罩。
(4)将高阶声场传感器的电路模块、电池模块和水声通信机的电池模块沿导轨依次装入电子耐压舱Ⅱ1-4内，用安装附件固紧；用前盖板、后盖板将舱体密封，做好气密检查后，安装上电子舱头罩。
(5)将电子耐压舱Ⅰ1-3、电子耐压舱Ⅱ1-4、高阶阵集成装置安装在环形安装架组1-1-5中部相应位置。
(6)用行车将主浮体1-1吊起，用四根连接杆1-2和螺钉组合将主浮体1-1与环形安装架组1-5连接。
(7)将高阶声场传感器的12元标量水听器安装在环形安装架组1-5相应位置。
(8)用电缆组件将矢量水听器、高阶声场传感器、水声通信机等探测设备连接。
(9)将总装完毕的潜标平台1用行车吊入水槽中，观察水中姿态，测量剩余正浮力。
(10)若不满足水中姿态要求和零浮力配置要求，调整配重，直至满足要求。
湖海布放工作阶段：
(1)将布放船行驶至试验水域。
(2)在试验船上，依次将重力锚2-1、释放装置2-2、垂向系留缆绳2-3、横向系留缆绳2-4、浮球2-5连接好。
(3)将潜标平台1用行车吊入水中，用牵引绳牵引至船边。
(4)将锚泊系统2用带解脱钩的行车吊至船边，将横向系留缆绳2-4另一端与主浮体1-1头部连接。
(5)将锚泊系统2用带解脱钩的行车吊入水中，拉出牵引绳，释放解脱钩，潜标在重力锚2-1的负浮力作用下沉入水中。
(6)重力锚2-1着底后，由于浮球2-5的正浮力作用，潜标平台1稳定系留在水中某一深度。
(7)矢量水听器、高阶声场传感器、声通信机等探测设备启动工作，收集、记录、传输声场数据。
(8)根据组网节点需要，按上述同样方式布放其他潜标。
(9)完成试验任务后，通过释放装置2-2将垂向系留缆绳2-3断开，潜标平台1在浮球2-5的正浮力作用下出水，在快艇的配合下，布放船回收潜标平台1。
(10)回收、处理探测设备内记数据。
通过试验表明，本装置可以有效的进行数据采集和传输工作，并能显著的适应复杂海况，为我国建设现代化的海洋环境安全保障体系提供了有力的技术支持和能力储备。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低干扰高稳定性水下声场探测潜标，其特征在于，该探测潜标包括潜标平台和锚泊系统，所述潜标平台与锚泊系统之间为横向柔性系留，锚泊系统用于将潜标平台稳定系留在水中某一特定深度，所述潜标平台采用零浮力配置和分体式布局，在水中呈漂浮状态。
2.如权利要求1所述的低干扰高稳定性水下声场探测潜标，其特征在于，所述潜标平台包括主浮体、两个电子耐压舱、环形安装架组和连接杆；为保证合适的垂向质浮心距，两个电子耐压舱对称布置于主浮体下方，两个电子耐压舱通过连接杆和螺钉组合实现总体刚性连接；所述环形安装架组搭载安装于两个电子耐压舱的下方，所述环形安装架组上安装探测设备，探测设备的信号输给电子耐压舱内相应电路模块；所述主浮体为潜标平台提供正浮力。
3.如权利要求1或2所述的低干扰高稳定性水下声场探测潜标，其特征在于，所述主浮体采用分段式金属骨架结构和流体外形，包括前段、中段和尾段；前段采用椭体外形，内部填充固体浮力材料；中段采用柱体外形，内部为水声测量设备提供安装接口，后段采用锥体外形并安装稳定翼，内部填充固体浮力材料；主浮体前段头部设有系留接口，中段上部设有吊装接口。
4.如权利要求3所述的低干扰高稳定性水下声场探测潜标，其特征在于，所述锚泊系统包括重力锚、释放装置、浮球、垂向系留缆绳和横向系留缆绳；垂向系留缆绳和横向系留缆绳的一个端点连接，横向系留缆绳的另一端点与潜标平台的主浮体连接；垂向系留缆绳将重力锚、释放装置和浮球沿垂向串联起来；横向系留缆绳采用正浮力化纤绳，间隔布置负浮力重块，呈波浪形式，这种形式可降低系留缆绳受力对潜标平台的振动影响与噪声干扰，也可避免在有海流情况下横向系留缆绳与垂向系留缆绳的缠绕。
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