CN111102969A - 一种海洋噪声源同步邻近记录装置 - Google Patents

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Abstract

一种海洋噪声源同步邻近记录装置，涉及海洋监测技术领域，水面载体组件包括浮体本体、支撑管和电子舱；支撑管竖直固定于浮体本体上，支撑管的顶端从上至下依次设有海洋发声生物监测单元、气象六要素测量单元和AIS接收天线；气象六要素记录单元、AIS记录单元、海洋发声生物记录单元、波浪记录单元位于电子舱内；气象六要素测量单元连接气象六要素记录单元，AIS接收天线连接AIS记录单元，海洋发声生物监测单元连接海洋发声生物记录单元；波浪能驱动装置通过柔性缆绳与浮体本体连接；具有全天候、全海况，工作时间超长，能在台风眼附近开展海洋噪声源监测，监测种类齐全，覆盖频谱范围宽，航迹可控，海洋噪声源测量范围可控。

Description

一种海洋噪声源同步邻近记录装置
技术领域
本发明涉及海洋监测技术领域，尤其涉及一种海洋噪声源同步邻近记录装置。
背景技术
在海洋环境中，声波是探测、跟踪，水声通信、导航、定位、水下遥控等的主要手段。一方面，从声呐方程可以知道，海洋噪声是各类声呐的干扰背景场，声呐系统的性能直接受海洋噪声的制约；另一方面，海洋噪声包含了关于海面状况、船舶信息、海底地慢的构造过程、海洋发声动物的行为等等多方面的大量信息，由海洋噪声数据可以反演出海面、海水和海底的各种信息。研究表明，频率在50Hz到500Hz十倍频程范围的远处航船是主要的噪声源，一般认为10公里以内的船舶作为目标识别处理，而100公里以远的船舶对浅海海洋噪声的影响可以忽略不计；海洋噪声在几百赫兹以上频率，海洋噪声级与海况有直接的关系，也与测量水听器所在地的风速直接相关。因此，海面噪声源的采集对于海洋噪声的监测、建模和验模研究是十分必要的。
在采集近、远海海面噪声源数据方面，目前对于海面(包括风、浪、降雨)来说有两种常用方法：现场实测和卫星反演产品。现场实测常利用船载设备，这对记录海洋噪声的潜标并不适合；卫星反演产品存在覆盖面广、免费获取的优势，但存在时间、空间分辨率较低的缺点，产品精度也难以满足建模的要求。在周边船舶信息方面，由于岸基自动船舶识别系统(AIS)系统的覆盖范围有限，仅限于近海岸50海里之内，目前对于近、远海海面船舶的信息采集还有一种：AIS卫星数据。AIS卫星数据虽然费用低、覆盖面广，但存在时隙冲突问题，使得某一感兴趣海域的船舶检测概率降低，这是由SOTDMA协议本身缺陷造成的，即使通过增加卫星个数的方式仍然无法彻底解决该问题，还使得监测成本费用增加许多。
目前现有的海洋噪声源记录浮标系统虽然布放、回收简便，集成有AIS接收设备，但没有海浪和海洋发声生物记录功能，海洋噪声源监测范围随波漂流而不可控，且电池容量有限，无法满足长时间的监测需求，在近、远海恶劣海况下工作也存在发生损坏，无法回收的风险。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种海洋噪声源同步邻近记录装置，适用于全天候、全海况海洋噪声源数据记录方法，不仅能满足海洋噪声源的同步邻近监测和海洋噪声建模等需求，也可用于海洋环境卫星和AIS卫星的数据验证。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海洋噪声源同步邻近记录装置，包括气象六要素测量单元、气象六要素记录单元、AIS接收天线、AIS记录单元、海洋发声生物监测单元、海洋发声生物记录单元、波浪记录单元、电源、水面载体组件、波浪能驱动装置；
所述水面载体组件包括浮体本体、支撑管和电子舱；所述支撑管竖直固定于浮体本体上，支撑管的顶端从上至下依次设有所述海洋发声生物监测单元、气象六要素测量单元和AIS接收天线；所述电子舱安装固定于浮体本体上，所述气象六要素记录单元、AIS记录单元、海洋发声生物记录单元、波浪记录单元和电源位于电子舱内；
所述气象六要素测量单元通过电缆连接气象六要素记录单元，所述AIS接收天线通过电缆连接AIS记录单元，所述海洋发声生物监测单元通过电缆连接海洋发声生物记录单元；所述波浪能驱动装置通过柔性缆绳与浮体本体连接；
所述电源置于电子舱内，为气象六要素测量单元、气象六要素记录单元、AIS接收天线、AIS记录单元、波浪记录单元、海洋发声生物监测单元、海洋发声生物记录单元供电。
所述波浪能驱动装置设有转向机构、多对翼板和中央平衡连接杆，所述转向结构位于波浪能驱动装置的尾部，所述翼板对称设于中央平衡连接杆上。
所述气象六要素测量单元和AIS接收天线的垂直间隔为50cm。
所述波浪记录单元采用重力加速度原理，用于测量波浪高度、周期和方向，耐20米水压。
所述海洋发声生物监测单元可360°旋转，并采用低功耗视频记录方式。
所述AIS接收天线采用VHF天线。
所述电源采用太阳能电源。
所述水面载体组件在波浪能的驱动下，通过航线规划，围绕以海洋噪声测量潜标为中心，10公里为半径缓慢移动，航迹可控。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
1、本发明可以全天候、全海况下长期使用，以波浪能为驱动力，原则上波浪越大，移动速度越快，监测效率越高，该装置能在台风眼附近开展海洋噪声源监测，无需担心台风下的生存力问题；
2、基于波浪能的海洋噪声源监测装置。目前还没有基于波浪能的海洋噪声源监测装置，本发明可同时采集海面气象、海洋波浪、海洋发声生物和周边船舶引起的海洋环境噪声，与现有技术手段相比具有监测种类齐全、噪声覆盖频谱范围宽、噪声源测量范围与规划相比误差小和台风眼下能生存等优点，所采集的数据非常适合用于海洋环境噪声建模和验模，特别是高海况下是海洋环境噪声的建模和验模；
3、本发明结构巧妙、波浪驱动，通过航线规划实现航迹可控，海洋噪声源测量范围可控，并且所用设备均为接收装置，所用材料可重复循环利用，所用电源来自太阳能，工作时间超长，绿色环保，对周围电磁场和环境无污染无干扰。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路结构示意图。
附图标记：海洋发声生物监测单元1，气象六要素测量单元2，AIS接收天线3，支撑管4，电缆5，电子舱6，浮体本体7，柔性缆绳8，翼板9，中央平衡连接杆10，转向机构11，海洋发声生物记录单元12，气象六要素记录单元13，AIS记录单元14，波浪记录单元15，电源16。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1～2所示，本实施例包括气象六要素测量单元2、气象六要素记录单元13、AIS接收天线3、AIS记录单元14、海洋发声生物监测单元1、海洋发声生物记录单元12、波浪记录单元15、电源16、水面载体组件、波浪能驱动装置；
所述水面载体组件包括浮体本体7、支撑管4和电子舱6；所述支撑管4竖直固定于浮体本体7上，支撑管4的顶端从上至下依次设有所述海洋发声生物监测单元1、气象六要素测量单元2和AIS接收天线3；所述电子舱6安装固定于浮体本体7上，所述气象六要素记录单元13、AIS记录单元14、海洋发声生物记录单元12、波浪记录单元15和电源16位于电子舱6内；
所述气象六要素测量单元2通过电缆5连接气象六要素记录单元13，所述AIS接收天线3通过电缆5连接AIS记录单元14，所述海洋发声生物监测单元1通过电缆5连接海洋发声生物记录单元12；
所述波浪能驱动装置设有转向机构11、多对翼板9和中央平衡连接杆10，所述转向结构位于波浪能驱动装置的尾部，所述翼板9对称设于中央平衡连接杆10上；所述波浪能驱动装置通过柔性缆绳8与浮体本体7连接；
所述电源16置于电子舱6内，为气象六要素测量单元2、气象六要素记录单元13、AIS接收天线3、AIS记录单元14、波浪记录单元15、海洋发声生物监测单元1、海洋发声生物记录单元12供电。
所述海洋发声生物监测单元1，采用低功耗视频记录方式，可360度旋转，置于支撑管4顶端，防水等级IPX8。
所述气象六要素测量单元2，用以测量海面气压、湿度、温度、降雨、风速和风向，置于支撑管4次顶端，为海上专用气象站，耐腐蚀和抗海浪冲击，防水等级IPX8；所述气象六要素记录单元13，用以实时记录气象六要素测量单元2传输的数据，置于电子舱6内，与所述气象六要素测量单元2用电缆5连接以传输测量数据。
所述AIS接收天线3，采用双通道、高灵敏度、A类AIS的甚高频VHF天线，用以接收周围船舶的AIS信息，置于支撑管4次次顶端，为海上专用天线，耐腐蚀和抗海浪冲击，防水等级IPX8；所述AIS记录单元14，用以实时记录AIS信息，置于电子舱6内，与所述AIS接收天线3以电缆5连接以传输AIS信息。
为保证不互相干扰和污染所测量数据，AIS接收天线3固定于支撑管4次次顶端，气象六要素测量单元2通过支架放置在AIS接收天线3上方，二者垂直间隔50厘米，如此，气象六要素(海面气压、湿度、温度、降雨、风速和风向)和AIS信息在接收上互不影响。
所述波浪记录单元15，采用重力加速度原理，用于测量波浪高度、周期和方向，置于电子舱6内，耐20米水压。
本实施例中，所述电源16采用太阳能电源，具体地为可充电锂电池。
所述波浪能驱动装置的原理如下：
当波浪抬升水面载体时，由于柔性缆绳8的连接，波浪能驱动装置也随之上升，翼板9发生向下偏转。当攻角在一定范围内时，翼板9产生升力，其水平方向的分力推动波浪能驱动装置向前运动，继而拉动水面载体组件前进；当水面载体组件越过波峰，在重力的作用下，整个装置将向下运动，这时翼板9在水的作用下向上翻转，与上升过程一样会有升力产生，使波浪能驱动装置向前运动。这样，依靠波浪能获取源源不断的前进推进力。
所述水面载体组件在波浪能的驱动下，通过航线规划，围绕以海洋噪声测量潜标为中心，10公里为半径缓慢移动，航迹可控；航迹可控的原理如下：
翼板9产生向前运动的动力，通过实时接收的全球定位系统位置，与航线规划中的GPS位置进行比较，计算出需要的左偏量或右偏量，然后通过调整波浪能驱动装置尾部的转向机构11来实现航迹可控。
由于水面载体组件通过柔性缆绳8连接到波浪能驱动装置上，在恶劣海况下，波浪能转换为向前的大推力，原则上波浪越大，水面载体移动速度越快，海洋噪声源监测效率越高，使得本装置能够在全天候、全海况下保持正常工作状态，以获得各种海况条件下的海洋噪声源数据，而且航迹可控，记录海洋噪声潜标20公里范围的噪声源。
所述气象六要素测量单元2、AIS接收天线3、波浪记录单元15和海洋发声生物监测单元1，通过电缆5将信息传输至各记录单元，各记录单元实时存储所接收数据至高容量SD卡，电源16连接至各记录单元为整个电路提供电力支持；所述电子舱6内的各记录单元实时记录气象六要素、波浪、海洋发声生物、周边船舶信息等，具有全天候、全海况，工作时间超长，能在台风眼附近开展海洋噪声源监测，监测种类齐全，覆盖频谱范围宽，航迹可控，海洋噪声源测量范围可控，所采集的数据非常适合用于海洋噪声建模和验模，特别是高海况下是海洋噪声的建模和验模。

Claims (8)

1.一种海洋噪声源同步邻近记录装置，其特征在于：包括气象六要素测量单元、气象六要素记录单元、AIS接收天线、AIS记录单元、海洋发声生物监测单元、海洋发声生物记录单元、波浪记录单元、电源、水面载体组件、波浪能驱动装置；
所述水面载体组件包括浮体本体、支撑管和电子舱；所述支撑管竖直固定于浮体本体上，支撑管的顶端从上至下依次设有所述海洋发声生物监测单元、气象六要素测量单元和AIS接收天线；所述电子舱安装固定于浮体本体上，所述气象六要素记录单元、AIS记录单元、海洋发声生物记录单元、波浪记录单元和电源位于电子舱内；
所述气象六要素测量单元通过电缆连接气象六要素记录单元，所述AIS接收天线通过电缆连接AIS记录单元，所述海洋发声生物监测单元通过电缆连接海洋发声生物记录单元；所述波浪能驱动装置通过柔性缆绳与浮体本体连接；
所述电源置于电子舱内，为气象六要素测量单元、气象六要素记录单元、AIS接收天线、AIS记录单元、波浪记录单元、海洋发声生物监测单元、海洋发声生物记录单元供电。
2.如权利要求1所述的一种海洋噪声源同步邻近记录装置，其特征在于：所述波浪能驱动装置设有转向机构、多对翼板和中央平衡连接杆，所述转向结构位于波浪能驱动装置的尾部，所述翼板对称设于中央平衡连接杆上。
3.如权利要求1所述的一种海洋噪声源同步邻近记录装置，其特征在于：所述气象六要素测量单元和AIS接收天线的垂直间隔为50cm。
4.如权利要求1所述的一种海洋噪声源同步邻近记录装置，其特征在于：所述波浪记录单元采用重力加速度原理，用于测量波浪高度、周期和方向，耐20米水压。
5.如权利要求1所述的一种海洋噪声源同步邻近记录装置，其特征在于：所述海洋发声生物监测单元可360°旋转，并采用低功耗视频记录方式。
6.如权利要求1所述的一种海洋噪声源同步邻近记录装置，其特征在于：所述AIS接收天线采用VHF天线。
7.如权利要求1所述的一种海洋噪声源同步邻近记录装置，其特征在于：所述电源采用太阳能电源。
8.如权利要求1所述的一种海洋噪声源同步邻近记录装置，其特征在于：所述水面载体组件在波浪能的驱动下，通过航线规划，围绕以海洋噪声测量潜标为中心缓慢移动，航迹可控。
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