CN111010210B - 一种有缆的水下声学发射潜标及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋声学仪器设备技术领域，具体涉及一种有缆的水下声学发射潜标，所述水下声学发射潜标包括：岸上设备、海缆(6)和水下设备；所述海缆(6)将岸上设备和水下设备相连接；具备各类声学信号的大功率准时发射功能，可长期、持续、全天候工作，克服了已有发射潜标受到恶劣天气和能源供给限制的不足，可为海洋声学技术研究提供有力支持，对开展水声物理、通信导航、海洋环境等研究具有十分重要的意义。

Description

一种有缆的水下声学发射潜标及其方法

技术领域

本发明属于海洋声学仪器设备技术领域，具体涉及一种有缆的水下声学发射潜标及其方法。

背景技术

水下声学发射潜标是一种放置于海中，能够主动发射声波信号的水声实验装置，为水声物理等研究提供声学信号来源。一般说来，声学发射潜标主要包括：信号生成设备、功率放大设备、声学发射换能器和电源供给设备；可以依托不同平台进行安装，实现声学信号发射功能，通过与声学接收装置配合，完成对水下目标的搜索、识别、跟踪以及水声通信等。

当前的水下声学发射潜标主要有两种：第一种，为船载吊放式声学发射潜标，电子设备置于试验船上，通过吊放绞车将连接有电缆的声学发射换能器放入深海中，实现声学信号发射与接收；通过船载吊放方式实现声学信号发射，具有机动灵活的特点，但是，人力物力消耗大，成本高，受海况和天气影响，无法保证长期、持续、全天候观测。第二种，是将信号生成、功率放大、电源供给等电子设备装入水密耐压舱体，并配置一定数量的浮体、浮球等锚系结构，组成自主式声学发射潜标，并将其布放于深海中，可实现自主声学信号发射功能；布放声学潜标实现水声发射功能，虽然可以在一定程度上弥补出动试验船只的不足。但是往往受到能源条件的制约，无法达到较高的发射功率，覆盖范围不够。

同时，现有声学设备中，缺乏能够持续有效提供高精度时间基准的水下设备。由于无线电波在水中衰减很快，所以卫星定位设备提供的时间基准信号无法被水下设备直接获取。为了实现定时功能，现有设备一般使用内置高精度时钟、或者加装水面天线等装置。但是，高精度时钟价格昂贵，且时间误差不断累加，在长期工作之后难免会超出允许的范围。水面天线则具有安全性差、功耗高等缺点，且不适用于深海环境；能源和数据的局限性影响了现有水声信号发射设备诸多重要功能的发挥。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的水下声学发射潜标存在上述缺陷，本发明提出了一种有缆的水下声学发射潜标，所述水下声学发射潜标包括：岸上设备、海缆和水下设备；所述海缆将岸上设备和水下设备相连接。

作为上述技术方案的改进之一，所述岸上设备包括：信源设备、功率放大设备、授时设备和不间断电源设备；所述信源设备分别与功率放大设备和授时设备连接，不间断电源设备分别与信源设备、功率放大设备、授时设备相连接，功率放大设备通过海缆与水下设备相连接。

作为上述技术方案的改进之一，所述岸上设备具体包括：

所述信源设备，用于生成待发射电信号，并将其传输至功率放大设备；还用于在准时的时刻向功率放大设备发送触发电平信号；

所述功率放大设备，用于接收到信源设备发送的触发电平信号后，将信源设备传输过来的待发射电信号进行功率放大，生成大功率电信号，并通过海缆将其传输至安装在水下设备上的换能器设备；

所述授时设备上安装北斗和GPS天线，并通过北斗和GPS天线获取高精度时间信息，然后对信源设备进行高精度授时，使信源设备能够维持高精度的时间；

所述不间断电源设备，用于提供信源设备、功率放大设备和授时设备的正常工作的电源。

作为上述技术方案的改进之一，所述海缆为外部铠装、内部封装电芯的双极电芯的水密结构；其中，所述海缆内部的电芯的首端连接岸上设备中的功率放大设备的输出端，其尾端连接水下设备的换能器设备。

作为上述技术方案的改进之一，所述水下设备包括：换能器设备、潜标结构体和锚系结构；所述换能器设备安装在潜标结构体内，锚系结构的一端固定在潜标结构体上，其另一端固定在海底。

作为上述技术方案的改进之一，所述换能器设备将岸上设备通过海缆传输过来的大功率电信号转换为水下声信号。

作为上述技术方案的改进之一，所述潜标结构体为水下设备提供安装平台。

作为上述技术方案的改进之一，所述锚系结构内设有释放装置，用于水下设备的顺利布放和回收。

本发明该提供了一种基于有缆的水下声学发射潜标的方法，该方法通过上述声学发射潜标实现，该方法包括：

通过授时设备向信源设备进行高精度授时；信源设备根据海洋声学技术研究需求，生成待发射电信号，并将其传输给功率放大设备；

信源设备在准时的时刻向功率放大设备发送触发电平信号；

功率放大设备在接收到信源设备发送的触发电平信号后将信源设备传输过来的待发射电信号进行功率放大形成大功率电信号，并通过海缆传输给水下的换能器设备；

换能器设备将岸上设备通过海缆传输过来的大功率电信号转换为水下声信号，并通过海水扩散出去将其扩散出去。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明提出的一种有缆的声学发射潜标一经布设完成后，使用成本极低，不需租用试验船只、占用大量试验人员；且本发明不受海况和天气影响，只需少量试验人员在岸基站机房内即可开展海上声学发射试验，能够长期、持续、全天候的使用，解决了船载吊放式声学发射潜标人力物力消耗大、成本高、受海况和天气影响的问题。

(2)本发明的位于岸上的功率放大设备经海缆与水下设备进行连接，在岸上信源设备提供的电平信号触发下，准时向水下设备输出大功率电信号，水下设备不需自带能源，具备长时间、连续声学信号发射的能力，且可实现水声发射的高精度时间对准，解决了自主式声学发射潜标能源受限和高精度准时发射的问题。

(3)本发明的一种有缆的声学发射潜标布设后，在岸基站机房内试验人员的控制下，能够根据海洋声学技术研究的需要，进行现场编辑和生成各种类型的声信号数据，临机选择发射时刻，克服了自主式声学发射潜标需按照内部预设参数和任务进行声信号生成和发射的不足，使用更加灵活便捷。

附图说明

图1是本发明的一种有缆的水下声学发射潜标的结构示意图；

图2是本发明的一种有缆的水下声学发射潜标的平面线框示意图。

附图说明

1、信源设备 2、功率放大设备

3、授时设备 4、北斗和GPS天线

5、不间断电源设备 6、海缆

7、换能器设备 8、潜标结构体

9、锚系结构

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1和2所示，本发明提供了一种有缆的水下声学发射潜标，具体涉及基于岸基实验站布设的有缆水下声学发射潜标，具备各类声学信号的大功率准时发射功能，可长期、持续、全天候工作，克服了已有发射潜标受到恶劣天气和能源供给限制的不足，可为海洋声学技术研究提供有力支持，对开展水声物理、通信导航、海洋环境等研究具有十分重要的意义。

如图2所示，所述水下声学发射潜标包括：岸上设备、海缆6和水下设备；所述海缆6将岸上设备和水下设备相连接。

所述岸上设备布置在岸基实验站机房，主要完成信源编码形成待发射电信号、高精度授时和守时、待发射电信号定时输出和功率放大等功能。具体地，

所述岸上设备包括：信源设备1、功率放大设备2、授时设备3和不间断电源设备5；所述信源设备1分别与功率放大设备2和授时设备3连接，不间断电源设备5分别与信源设备1、功率放大设备2、授时设备3相连接，功率放大设备2通过海缆6与水下设备相连接；

所述信源设备1，用于生成待发射电信号，并将其传输至功率放大设备2；还用于保持高精度守时，在准时的时刻向功率放大设备2发送触发电平信号；在本实施例中，信源设备1，用于保持高精度守时，试验人员根据实际需要设置时间表或手动设置发送时刻，在准时的时刻向功率放大设备2发送触发电平信号；

所述功率放大设备2，用于接收到信源设备1发送的触发电平信号后，将信源设备1传输过来的待发射电信号进行功率放大，生成大功率电信号，并通过海缆6将其传输至安装在水下设备上的换能器设备7；

所述授时设备3上安装北斗和GPS天线4，并通过北斗和GPS天线4获取高精度时间信息，然后对信源设备进行高精度授时，使信源设备2能够维持高精度的时间。

所述不间断电源设备5，用于在电网断电的情况下不间断切换，提供信源设备1、功率放大设备2和授时设备3的正常工作的电源，保证信源设备1、功率放大设备2和授时设备3能够正常工作。

具体地，授时设备3对信源设备1进行高精度授时，维持高精度的时间，并在准时的时刻向功率放大设2备发送触发电平信号，使功率放大设备在这一准时的时刻输出经过功率放大设备放大后的大功率电信号至换能器设备；

所述海缆6布设与海底，用于连接岸上设备和水下设备，将岸上设备生成的大功率电信号传输给水下设备。其中，所述海缆6铺设在岸上设备与海底，水下设备固定到海底。

所述海缆6为外部铠装、内部封装电芯的双极电芯的水密结构；其中，所述海缆内部的电芯的首端连接岸上设备中的功率放大设备2的输出端，其尾端连接水下设备的换能器设备7，实现岸上设备和水下设备的连接通信。

所述水下设备将岸上设备通过海缆6传输过来的大功率电信号转换为水下声信号，同时水下设备具有海底锚固的功能。

所述水下设备包括：换能器设备7、潜标结构体8和锚系结构9；所述换能器设备7安装在潜标结构体8内，锚系结构9的一端固定在潜标结构体8上，其另一端固定在海底，能够牢靠的将其固定在海底固定位置。

所述换能器设备7将岸上设备通过海缆6传输过来的大功率电信号转换为水下声信号；

所述潜标结构体8为水下设备提供安装平台，并起到防拖、防撞击等防护作用。

所述锚系结构9内设有释放装置，保证水下设备的顺利布放和回收。

本发明还提供了一种基于有缆的水下声学发射潜标的方法，如图1和2所示，该方法包括：

通过授时设备3向信源设备1进行高精度授时；信源设备1根据海洋声学技术研究需求，生成待发射电信号，并将其传输给功率放大设备2；

信源设备1在准时的时刻向功率放大设备2发送触发电平信号；

功率放大设备2在接收到信源设备1发送的触发电平信号后将信源设备1传输过来的待发射电信号进行功率放大形成大功率电信号，并通过海缆6传输给水下的换能器设备7；

换能器设备7将岸上设备通过海缆6传输过来的大功率电信号转换为水下声信号，并通过海水将其扩散出去。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种有缆的水下声学发射潜标，其特征在于，所述水下声学发射潜标包括：岸上设备、海缆(6)和水下设备；所述海缆(6)将岸上设备和水下设备相连接；

所述岸上设备包括：信源设备(1)、功率放大设备(2)、授时设备(3)和不间断电源设备(5)；

所述信源设备(1)，用于生成待发射电信号，并将其传输至功率放大设备(2)；还用于在准时的时刻向功率放大设备(2)发送触发电平信号；所述信源设备(1)分别与功率放大设备(2)和授时设备(3)连接，不间断电源设备(5)分别与信源设备(1)、功率放大设备(2)、授时设备(3)相连接，功率放大设备(2)通过海缆(6)与水下设备相连接；

所述水下设备包括：换能器设备(7)、潜标结构体(8)和锚系结构(9)；所述换能器设备(7)安装在潜标结构体(8)内，锚系结构(9)的一端固定在潜标结构体(8)上，其另一端固定在海底；

所述换能器设备(7)将岸上设备通过海缆(6)传输过来的大功率电信号转换为水下声信号。

2.根据权利要求1所述的有缆的水下声学发射潜标，其特征在于，所述岸上设备具体包括：

所述功率放大设备(2)，用于接收到信源设备(1)发送的触发电平信号后，将信源设备(1)传输过来的待发射电信号进行功率放大，生成大功率电信号，并通过海缆(6)将其传输至安装在水下设备上的换能器设备(7)；

所述授时设备(3)上安装北斗和GPS天线(4)，并通过北斗和GPS天线(4)获取高精度时间信息，然后对信源设备进行高精度授时，使信源设备(2)能够维持高精度的时间；

所述不间断电源设备(5)，用于提供信源设备(1)、功率放大设备(2)和授时设备(3)的正常工作的电源。

3.根据权利要求1所述的有缆的水下声学发射潜标，其特征在于，所述海缆(6)为外部铠装、内部封装电芯的双极电芯的水密结构；其中，所述海缆内部的电芯的首端连接岸上设备中的功率放大设备(2)的输出端，其尾端连接水下设备的换能器设备(7)。

4.根据权利要求1所述的有缆的水下声学发射潜标，其特征在于，所述潜标结构体(8)为水下设备提供安装平台。

5.根据权利要求1所述的有缆的水下声学发射潜标，其特征在于，所述锚系结构(9)内设有释放装置，用于水下设备的顺利布放和回收。

6.一种基于有缆的水下声学发射潜标的方法，该方法通过上述权利要求1-5中任一所述的声学发射潜标实现，其特征在于，该方法包括：

通过授时设备(3)向信源设备(1)进行高精度授时；信源设备(1)生成待发射电信号，并将其传输给功率放大设备(2)；

信源设备(1)在准时的时刻向功率放大设备(2)发送触发电平信号；

功率放大设备(2)在接收到信源设备(1)发送的触发电平信号后将信源设备(1)传输过来的待发射电信号进行功率放大形成大功率电信号，并通过海缆(6)传输给水下的换能器设备(7)；

换能器设备(7)将岸上设备通过海缆(6)传输过来的大功率电信号转换为水下声信号，并通过海水将其扩散出去。

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