CN109781382A - 一种基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统，该方法基于矢量传感器作为内波的探测仪器，被动采集并处理声源发射的声信号以达到内波检测预警的目的。本发明包括：搭载于海上平台的声源，固定于海底的矢量传感器潜标，搭载了铱星通讯模块的水面浮筒。声源有规律地向潜标发射声信号，潜标实时接收并将接收结果通过水面浮筒实时传输到监测平台，一旦判断为内波，进行提取处理，利用矢量传感器多维数据分析结合内波动力学相关模型，得到内波方位，振幅等相关信息，完成海洋内波实时自主监测的功能。本发明结构简单、成本低廉，且依托海洋平台构建内波监测装置，确保海洋平台的内波预警保护，具有广泛的应用价值。

Description

一种基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统

技术领域

本发明属于海洋内波监测技术领域，具体涉及主要是使用声源和矢量传感器单发单收实现海洋内波多分量监测并及时传输数据的海洋内波监测系统。

背景技术

海洋内波是发生在密度稳定层化的海水内部的一种波动，其最大振幅出现在海洋内部，波动频率介于惯性频率和浮性频率之间。由于内波的恢复力主要为约化重力，所以内波的振幅一般大于表面波的振幅，振幅为几米到几十米，甚至几百米，波长约为几十米至几十千米不等。海洋内波可以与其他大、中尺度运动过程及不同尺度内波间产生非线性作用，使波形更加陡峭，产生内孤立波，引起强烈的辐聚辐散。作为一种极其普遍的海洋自然现象，海洋内波对海洋资源利用开发和海洋军事活动具有较强的威胁性和破坏性，是目前国内外海洋领域的研究热点。军事方面，海洋内波引起的海洋等温度面和等密度面变化会影响海洋中声信号的传播速度与方向，增加了水下通讯和目标探测的难度。民用工程方面，海洋内波会对海上石油钻探与开采等产生巨大影响，其产生的强往复流，可在短时间内大幅度强制改变作业船船向，还会使水下输油管和电缆等因超过疲劳极限而断裂。随着我国国民经济的迅猛发展和国防力量的不断壮大，对海洋资源的开发和海洋军事行动保障提出了更高要求。因此，在重要和敏感海域实现海洋内波全自主实时检测至关重要。

目前国内外常用海洋内波非声学检测仪器主要有锚系仪器阵列，走航拖曳仪器，中性浮子探测和卫星遥感，其均存在成本高，无法实现实时自主判断海洋内波，海洋内波监测误检率高，只能检测特定海洋内波的问题。国内外常用的声学仪器主要有ADCP，常用作锚系仪器阵列的一部分，单独的声学内波仪器偏少。李强的专利（申请号201210578674.0）采用发射与接收不同频段声波在海洋中的垂向传播时间进行内波的判断，其本质为主动声纳，不可避免存在背景噪声干扰和回波提取的问题。林巨等人的专利（申请号201110168519.7）采用收发分离的方式，但是对可检测内波种类有强烈的限制范围，需要大量的数据处理，不满足海洋内波全自主实时监测的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述监测困难提供一种基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统，实现海洋内波实时全自主多分量监测并及时传输数据，本发明结构简单，成本低廉，且依托海洋平台构建内波监测装置，确保海洋平台的内波预警保护，具有广泛的应用价值。

基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统包括天线，水面浮筒，承力复合缆，矢量传感器仓，锚座和声源。矢量传感器仓通过承力复合缆与锚座和水面浮筒相连，声源与平台相连。矢量传感器仓由玻璃钢制作成球体，且玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，矢量传感器通过与海水共振进行四通道多分量内波监测。

锚座内分为电子仓和电池仓，电子仓实现矢量传感器仓数据采集，放大，传输至水面浮筒内的铱星通讯模块，电池仓为有缆潜标实现供电。

基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统中潜标与平台的距离设置为5~10km，可监测内波振幅大于25m。

基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统的使用方法是通过声源按照程序约定有规律向潜标发射信号，矢量传感器仓通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，检测数据通过电子仓完成滤波，采集，放大，完成模拟信号与数字信号的转换，通过承力复合缆传输至浮筒，浮筒通过铱星通讯模块和天线将数据回传回监测平台，构成平台与潜标之间的海洋内波监测系统，若监测海域出现内波，平台接收矢量传感器仓数据在空间结构将会出现异常，当异常值跟踪长时间超过系统所设置阈值，则判断出现内波，利用矢量传感器多维数据分析结合内波动力学相关模型，得到内波方位，振幅等相关信息，完成海洋内波实时自主监测的功能。

基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统采用单发单收的形式，避免了主动声纳回波受环境影响大的问题，采用矢量传感器提高了数据的可靠性和空间结构。

附图说明

图1是基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统的结构示意图；

图2是锚座的结构示意图；

图中1是天线，2是水面浮筒，3是承力复合缆，4是矢量传感器仓，5是锚座，6是声源，7是电子仓，8是电池仓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统包括天线1，水面浮筒2，承力复合缆3，矢量传感器仓4，锚座5和声源6，矢量传感器仓4通过承力复合缆3与锚座5和水面浮筒2相连，声源6与平台相连，矢量传感器仓4，内置矢量传感器，外壳由玻璃钢制作成球体形状，矢量传感器仓4玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，矢量传感器通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，矢量传感器仓4通过承力复合缆3与锚座5相连实现供电和海底固定。

如图2所示，锚座5包括电子仓7和电池仓8，电子仓7实现矢量传感器仓4数据采集，放大，传输至水面浮筒2内的铱星通讯模块，电池仓8为有缆潜标实现供电。

基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统中潜标与平台的距离设置为5~10km，可监测内波振幅大于25m。

基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统的使用方法是通过声源6按照程序约定有规律向潜标发射信号，矢量传感器仓4通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，检测数据通过电子仓7完成滤波，采集，放大，完成模拟信号与数字信号的转换，通过承力复合缆3传输至浮筒2，浮筒2通过铱星通讯模块和天线1将数据回传回监测平台，构成平台与潜标之间的海洋内波监测系统，若出现内波，平台接收矢量传感器仓4数据在空间结构将会出现异常，当异常值跟踪长时间超过系统所设置阈值，则判断出现内波，利用矢量传感器多维数据分析结合内波动力学相关模型，得到内波方位，振幅等相关信息，完成海洋内波实时自主监测的功能。

基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统采用单发单收的形式，避免了主动声纳回波受环境影响大的问题，结构简单、成本低廉，且依托海洋平台构建内波监测装置，确保海洋平台的内波预警保护，具有广泛的应用价值。

以上所述的具体实施案例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施案例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均落在本发明要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统，包括天线（1），水面浮筒（2），承力复合缆（3），矢量传感器仓（4），锚座（5）和声源（6），其特征在于：所述矢量传感器仓（4）通过承力复合缆（3）与锚座（5）和水面浮筒（2）相连，声源（6）与平台相连。

2.根据权利要求1所述的基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统，其特征在，所述矢量传感器仓（4），内置矢量传感器，外壳由玻璃钢制作成球体形状，矢量传感器仓（4）玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，矢量传感器通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，矢量传感器仓（4）通过承力复合缆（3）与锚座（5）相连实现供电和海底固定。

3.根据权利要求1所述的基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统，，其特征在于所述锚座（5）内分为电子仓（7）和电池仓（8），电子仓（7）实现矢量传感器仓（4）数据采集，放大，传输至水面浮筒（2）内的铱星通讯模块，电池仓（8）为有缆潜标实现供电。

4.根据权利要求3中所述的一种基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统的使用方法，其特征在于：通过声源（6）按照程序约定有规律向潜标发射信号，矢量传感器仓（4）通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，检测数据通过电子仓（7）完成滤波，采集，放大，完成模拟信号与数字信号的转换，通过承力复合缆（3）传输至浮筒（2），浮筒（2）通过铱星通讯模块和天线（1）将数据回传回监测平台，构成平台与潜标之间的海洋内波监测系统，若出现内波，平台接收矢量传感器仓（4）数据在空间结构将会出现异常，当异常值跟踪长时间超过系统所设置阈值，则判断出现内波，利用矢量传感器多维数据分析结合内波动力学相关模型，得到内波方位，振幅等相关信息，完成海洋内波实时自主监测的功能。

5.根据权利要求4中所述的一种基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统的使用方法，其特征在于：所述潜标与平台的距离设置为5~10km。

6.根据权利要求4中所述的一种基于矢量传感器的有缆潜标海洋内波监测系统的使用方法，其特征在于：可监测内波振幅大于25m。