CN115265751A - 一种可调节式潜标噪声测量系统 - Google Patents

一种可调节式潜标噪声测量系统 Download PDF

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周涛
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高晟耀
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张艳涛
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Abstract

本发明公开了一种可调节式潜标噪声测量系统，包括水下仪器舱、光电传输线缆、光纤水听器阵列、展开器、系留设备、水面通信浮标；光纤水听器阵列接收水中目标辐射噪声信号，并通过光电传输线缆将信号传送给水下仪器舱；水下仪器舱由系留设备固定在海底，并连接水面通信浮标；展开器由钩锚固定在海底，光纤水听器阵列由展开器进行调节，实现水平布放；水下仪器舱和展开器为正浮力结构，由此在水下形成一个梯形结构。本发明利用展开器收放光电传输线缆和钩锚，来控制整条阵列在水下水平，稳定阵列姿态，当阵列姿态达到设备测试要求姿态后，展开器停止工作，此时设备处于静默状态不产生任何噪音，从而可以减少设备自身产生的噪音影响。

Description

一种可调节式潜标噪声测量系统
技术领域
本发明涉及水声测量及探测技术领域，尤其涉及一种可调节式潜标噪声测量系统。
背景技术
为实现光纤水听器列阵在水下展开和水平稳定，需要采用水下自调节式噪声感知系统，通常这个系统由海流帆、光纤水听器阵列和驱动式展开器组成。系统电池组安装在驱动式展开器内，为展开器内的推进器供电。工作时，展开器迎流前进，牵引光纤水听器阵列，光纤水听器阵列末端悬挂海流帆。海流帆会随着海流的方向转动获得最大的迎流面积和迎流阻力，使水听器列阵在水中完全展开。但是这种方案依靠水流自动调节，当水流不利于系统工作时，无法人为干预。同时，该系统工作时水流对伞面的流阻较大，推进器长时间处于负荷状态，产生的噪音会干扰整个系统对环境和目标噪声的监测。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种可调节式潜标噪声测量系统，解决现有水下潜标测量系统无法远程调节阵列姿态和自噪声过大的问题。
为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种可调节式潜标噪声测量系统，包括水下仪器舱、光电传输线缆、光纤水听器阵列、展开器、系留设备、水面通信浮标；
光电传输线缆连接水下仪器舱和光纤水听器阵列，光纤水听器阵列接收水中目标辐射噪声信号，并通过光电传输线缆将信号传送给水下仪器舱；
水下仪器舱由系留设备固定在海底，并连接水面通信浮标；光纤水听器阵列与展开器通过光电传输线缆连接，展开器由钩锚固定在海底，光纤水听器阵列由展开器进行调节，实现水平布放；水下仪器舱和展开器为正浮力结构，由此在水下形成一个梯形结构。
进一步地，水下仪器舱包括光源光调制与放大分机、光电信号解调分机、数据存储设备、供电设备和仪器舱主体；
光电信号解调分机，用于对光电传输线缆传送的水中目标辐射噪声信号进行光电信号解调处理；
光源光调制与放大分机，制备的光源通过光电传输线缆传送给光纤水听器阵列，为其提供输入光。
进一步地，系留设备由重力锚和爪力锚组成。
进一步地，光电传输线缆采用柔性浮水线缆，通过水密连接头连接水下仪器舱和光纤水听器阵列。
进一步地，展开器由阵尾绞车、底部绞车、电池舱、钩锚、浮体、机架组成；
阵尾绞车用于收放光纤水听器阵列阵尾的光电传输线缆，将阵列拉直；阵尾绞车带光滑环，绞车转动时也能正常传输光电信号；
底部绞车通过缆绳收放钩锚，调节展开器的深度，使之与水下仪器舱高度保持一致，从而使整条阵列在水下水平。
进一步地，展开器上安装有深度压力传感器。
进一步地，展开器大小同水下仪器舱相当，光纤水听器阵列两端受到的洋流作用力相同。
进一步地，系统布放时，布放船依次抛出展开器钩锚、展开器、光纤水听器阵列、水面通信浮标、水下仪器舱；布放船带着重力锚航行一段距离然后释放水下仪器舱系留设备。
进一步地，系统回收时，切断展开器和水下仪器舱底部缆绳，分别释放重力锚和钩锚，展开器和水下仪器舱即可带着光纤水听器阵列上浮露出水面。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明利用展开器收放光电传输线缆和钩锚，来控制整条阵列在水下水平，稳定阵列姿态，当阵列姿态达到设备测试要求姿态后，展开器停止工作，此时设备处于静默状态，不产生任何噪音，从而可以减少设备自身产生的噪音影响，有效提高该设备的工作效率。
本发明解决了现有水下潜标测量系统无法远程调节阵列姿态和自噪声过大的问题；提高了水下噪声远距离测量距离；为目标噪声特性评估方法研究提供基础研究数据。
附图说明
图1是本发明所述的可调节式潜标噪声测量系统示意图；
图2是展开器结构示意图；
图3是系统布防示意图；
图4是系统展开示意图；
图5是系统稳定时受力分析图；
图6是重力锚不同落点模拟图；
图7是重力锚沉底后的系统形态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明所述的可调节式潜标噪声测量系统，包括水下仪器舱、光电传输线缆、光纤水听器阵列、展开器、系留设备、水面通信浮标。
水下仪器舱，用于接收光纤水听器阵列传输过来的噪声信号，主要包括光源光调制与放大分机、光电信号解调分机、数据存储设备、供电设备和仪器舱主体，用于光电信号解调处理和数据存储。光源通过光电传输线缆传送给光纤水听器阵列，为其提供输入光。供电设备为水下仪器舱供电，同时也为光纤水听器阵列供电。
光纤水听器阵列，用于接收水中目标辐射噪声信号，并通过光电传输线缆将信号传送给水下仪器舱进行检测。光纤水听器阵列包括光纤水听器阵列和姿态深度传感器。
光电传输线缆，连接水下仪器舱和光纤水听器阵列，通过水密连接头连接。采用柔性浮水线缆，为光纤水听器线列阵提供输入光、信号光的传输通道，也为光纤水听器阵列中的姿态深度传感器提供供电和数据通路。
水下仪器舱由系留设备固定在海底，并连接水面通信浮标；系留设备主要由重力锚和爪力锚组成，使整个系统稳定的锚定在海底。
光纤水听器阵列与展开器也通过光电传输线缆连接，光纤水听器阵列由展开器进行调节，实现水平布放。
水下仪器舱和展开器为正浮力结构，通过系留设备和钩锚固定在水下，由此在水下形成一个梯形结构。
如图2所示，展开器主要由阵尾绞车、底部绞车、电池舱、钩锚、浮体、机架等组成，阵尾绞车用于收放光纤水听器阵列阵尾的光电传输线缆，将阵列拉直；阵尾绞车带光滑环，绞车转动时也能正常传输光电信号。底部绞车通过缆绳收放钩锚，调节展开器的深度，使之与水下仪器舱高度保持一致，从而使整条阵列在水下水平。电池给整个展开器主要是为阵尾绞车和底部绞车的电机供电。
展开器上安装有深度压力传感器，通过人为控制展开器内缆绳调节装置(底部绞车)可适当调节展开器水下高度，使之与水下仪器舱高度保持一致。展开器通过调节缆绳的长度来控制光纤水听器阵列的姿态，使整条阵列在水下水平，从而调节阵列成型。当阵型调节完成后，展开器内置缆绳调节装置不再工作，不产生任何噪音，从而对系统噪声监测没有任何干扰。
展开器大小同水下仪器舱基本相当，光纤水听器阵列两端受到的洋流作用力基本相同，可增强阵列在洋流作用下的稳定性。
如图3所示，布放时布放船依次抛出展开器钩锚、展开器、光纤水听器阵列、水面通信浮标、水下仪器舱。考虑到水下仪器舱浮力较大，阵列工作拉力难以将整个系统拉直，布放时水下仪器舱基本会露出水面。布放船带着重力锚航行一段距离，然后释放仪器舱系留设备。
如图4所示，系统布放后，展开器、水下仪器舱、系留设备和钩锚固定在海底一起成梯形，展开器大小同水下仪器舱基本相当，阵列两端受到的洋流作用力基本相同，可增强阵列在洋流作用下的稳定性。展开器上安装深度压力传感器，整个系统测试时，通过人为控制底部绞车的收放可适当调节展开器水下高度，使之与水下仪器舱高度保持一致，则可以调节阵尾高度使之与阵头保持一致。
如图5所示，对系统稳定时进行受力分析和几何学分析，左侧水下仪器舱浮力为F1，右侧展开器浮力为F2，阵列上拉力F拉。
系统稳定时受力分析，计算可得仪器舱和展开器抵抗洋流作用的浮力F：
Figure BDA0003761653770000041
式中，C为阻力系数；ρ为海水密度；A为迎流面面积，v为流速。
已知仪器舱锚定绳理论长度S1，展开器锚定绳理论长度S2可调，对该系统布放时进行几何分析，布放区域较为平整可不考虑海底高度差，重力锚在沉底的过程中，S1、S2、阵长度不变。当重力锚沉底之后通过展开器底部绞车调整S2，使展开器与仪器舱处于同一水深。
以布放水深H，工作水深L为例进行绘图模拟，通过模拟可知布放船抛出重力锚后仪器舱基本垂直下落(偏差约±12m)，由于阵缆长度较长，不管重力锚回落距离多少，展开器基本都在水深H，重力锚回落距离小于H。如图6和7所示。
整个系统回收时，切断展开器和水下仪器舱底部缆绳，分别释放重力锚和钩锚，展开器和水下仪器舱即可带着光纤水听器阵列上浮露出水面，即可回收装置。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明利用展开器收放光电传输线缆和钩锚，来控制整条阵列在水下水平，稳定阵列姿态，当阵列姿态达到设备测试要求姿态后，展开器停止工作，此时设备处于静默状态，不产生任何噪音，从而可以减少设备自身产生的噪音影响，有效提高该设备的工作效率。
本发明解决了现有水下潜标测量系统无法远程调节阵列姿态和自噪声过大的问题；提高了水下噪声远距离测量距离；为目标噪声特性评估方法研究提供基础研究数据。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，包括水下仪器舱、光电传输线缆、光纤水听器阵列、展开器、系留设备、水面通信浮标；
光电传输线缆连接水下仪器舱和光纤水听器阵列，光纤水听器阵列接收水中目标辐射噪声信号，并通过光电传输线缆将信号传送给水下仪器舱；
水下仪器舱由系留设备固定在海底，并连接水面通信浮标；光纤水听器阵列与展开器通过光电传输线缆连接，展开器由钩锚固定在海底，光纤水听器阵列由展开器进行调节，实现水平布放；水下仪器舱和展开器为正浮力结构，由此在水下形成一个梯形结构。
2.根据权利要求1所述的可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，水下仪器舱包括光源光调制与放大分机、光电信号解调分机、数据存储设备、供电设备和仪器舱主体；
光电信号解调分机，用于对光电传输线缆传送的水中目标辐射噪声信号进行光电信号解调处理；
光源光调制与放大分机，制备的光源通过光电传输线缆传送给光纤水听器阵列，为其提供输入光。
3.根据权利要求1所述的可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，系留设备由重力锚和爪力锚组成。
4.根据权利要求1所述的可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，光电传输线缆采用柔性浮水线缆，通过水密连接头连接水下仪器舱和光纤水听器阵列。
5.根据权利要求1所述的可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，展开器由阵尾绞车、底部绞车、电池舱、钩锚、浮体、机架组成；
阵尾绞车用于收放光纤水听器阵列阵尾的光电传输线缆，将阵列拉直；阵尾绞车带光滑环，绞车转动时也能正常传输光电信号；
底部绞车通过缆绳收放钩锚，调节展开器的深度，使之与水下仪器舱高度保持一致，从而使整条阵列在水下水平。
6.根据权利要求5所述的可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，展开器上安装有深度压力传感器。
7.根据权利要求1所述的可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，展开器大小同水下仪器舱相当，光纤水听器阵列两端受到的洋流作用力相同。
8.根据权利要求1所述的可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，系统布放时，布放船依次抛出展开器钩锚、展开器、光纤水听器阵列、水面通信浮标、水下仪器舱；布放船带着重力锚航行一段距离然后释放水下仪器舱系留设备。
9.根据权利要求1所述的可调节式潜标噪声测量系统，其特征在于，系统回收时，切断展开器和水下仪器舱底部缆绳，分别释放重力锚和钩锚，展开器和水下仪器舱即可带着光纤水听器阵列上浮露出水面。
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