CN116184486A - 一种深远海敏捷通信组网及实时探测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深远海敏捷通信组网及实时探测系统，涉及水下通信以及光纤传感技术领域。包括：水面浮标系统和水下系统，水面浮标系统包括：浮标本体、电池单元、电缆导接头、接线箱、电缆绞盘、太阳能充电板和卫星通信单元，电池单元、接线箱和电缆绞盘设置在浮标本体内部，电缆导接头设置在浮标本体的底部，太阳能充电板和卫星通信单元设置在浮标本体的顶部。本发明提供的深远海敏捷通信组网及实时探测系统，能够在需要通信组网或实施探测的深远海海域灵活使用，集成度高，使用方便且成本低，可使用通用海工船进行布放/回收，单套系统能覆盖几千平方公里的海底，多套系统之间可方便组网扩大使用范围，可根据实际需求灵活布设。

Description

一种深远海敏捷通信组网及实时探测系统
技术领域
本发明涉及水下通信以及光纤传感技术领域，具体涉及一种深远海敏捷通信组网及实时探测系统。
背景技术
随着我国对海洋的重视日益增加，近年来水下科考、民用、军用装备等投入应用的数量迅速增长，在深海使用的各类装备，不管是固定式的还是自主运动的有人/无人装备，在水中都难以实现实时通信，深海探测的数据也很难进行实时回传。现有的海底观测网建成并覆盖相应海底后，配合水下的通信节点和传感设备能解决水下通信的问题，但是海底观测网建设需要专用船舶进行埋缆，水下通信节点需要用ROV进行水下插拔维护，施工难度大，需要投入大量资金，且海底观测网一般从岸边延伸到海洋开始建设，不能灵活移动，且难以覆盖到深远海区域。为解决此类问题，需要研制一种深远海敏捷通信组网及实时探测系统。
发明内容
本发明提供了一种深远海敏捷通信组网及实时探测系统，为了解决现有技术中各类水下装备无法进行实时通信组网的难题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种深远海敏捷通信组网及实时探测系统，包括：水面浮标系统和水下系统，所述水面浮标系统包括：浮标本体、电池单元、电缆导接头、接线箱、电缆绞盘、太阳能充电板和卫星通信单元，所述电池单元、所述接线箱和所述电缆绞盘设置在所述浮标本体内部，所述电缆导接头设置在所述浮标本体的底部，所述太阳能充电板和所述卫星通信单元设置在所述浮标本体的顶部，其中：
所述电缆绞盘上缠绕有电缆，所述电缆的一端通过所述接线箱与所述卫星通信单元连接，所述电缆的另一端通过所述电缆导接头伸出，与所述水下系统连接，所述太阳能充电板与所述电池单元连接，用于为所述电池单元充电，所述电池单元用于为所述接线箱供电，所述接线箱与所述电缆绞盘连接，用于控制所述电缆绞盘收缆、放缆和自锁。
在此基础上，本发明还可以作如下改进：
所述电缆为凯夫拉编织零浮力缆。
在此基础上，本发明还可以作如下改进：
所述水下系统包括：浮力块、着陆器框架、深海充油接线箱、ARV、ARV固定机构、水下充油电池组、微细光纤团、DAS水下单元、水声通信单元和电缆承重头，所述深海充油接线箱和所述DAS水下单元设置在所述着陆器框架内部的第一层，所述ARV、所述ARV固定机构和所述微细光纤团设置在所述着陆器框架内部的第二层，所述水下充油电池组设置在所述着陆器框架内部的第三层，所述浮力块设置在所述着陆器框架的顶部，所述浮力块的顶部设置有所述水声通信单元和所述电缆承重头，所述电缆通过所述电缆承重头伸入所述着陆器框架内部，与所述深海充油接线箱连接，所述深海充油接线箱与所述微细光纤团连接，所述微细光纤团与所述ARV连接，所述ARV设置在所述ARV固定机构上，其中：
所述水下充油电池组与所述水声通信单元、所述DAS水下单元和所述深海充油接线箱连接，用于为所述水声通信单元、所述DAS水下单元以及所述深海充油接线箱供电，所述水声通信单元通过所述深海充油接线箱与所述电缆互连，所述水声通信单元用于与预设范围内的目标进行水声通信；所述DAS水下单元与所述深海充油接线箱连接，所述DAS水下单元用于探测海底震动；所述深海充油接线箱用于接收地面收发站发出的释放指令，将所述释放指令通过所述微细光纤团发送至所述ARV，所述ARV用于根据所述释放指令解开所述ARV固定机构，所述ARV的推进器动作驶离水下系统。
在此基础上，本发明还可以作如下改进：
还包括：声学释放器和压载块，所述声学释放器设置在所述浮标本体的顶部，与所述深海充油接线箱连接，所述压载块设置在所述着陆器框架的底部，所述压载块的控制机构与所述声学释放器连接，所述声学释放器用于当所述水下系统需要上浮时，接收地面收发站发出的上浮指令，根据所述上浮指令释放所述压载块，使所述水下系统上浮。
在此基础上，本发明还可以作如下改进：
还包括：ARV水声通信单元，所述ARV水声通信单元设置在所述ARV上，所述ARV水声通信单元用于与预设范围内的目标进行水声通信。
本发明提供的深远海敏捷通信组网及实时探测系统，能够在需要通信组网或实施探测的深远海海域灵活使用，集成度高，使用方便且成本低，可使用通用海工船进行布放/回收，单套系统能覆盖几千平方公里的海底，多套系统之间可方便组网扩大使用范围，可根据实际需求灵活布设。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明深远海敏捷通信组网及实时探测系统实施例提供的结构示意图；
图2为本发明深远海敏捷通信组网及实时探测系统实施例提供的多个系统组网使用结构示意图。
图中：
1浮标本体、2电池单元、3电缆导接头、4接线箱、5电缆绞盘、6太阳能充电板、7卫星通信单元，8电缆、9电缆承重头、10水声通信单元、11浮力块、12着陆器框架、13深海充油接线箱、14 ARV水声通信单元、15 ARV、16 ARV固定机构、17水下充油电池组、18压载块、19微细光纤团、20 DAS水下单元、21声学释放器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，为本发明深远海敏捷通信组网及实时探测系统实施例提供的结构示意图，该深远海敏捷通信组网及实时探测系统包括：水面浮标系统和水下系统，水面浮标系统包括：浮标本体1、电池单元2、电缆8电缆导接头3、接线箱4、电缆绞盘5、太阳能充电板6和卫星通信单元7，电池单元2、接线箱4和电缆绞盘5设置在浮标本体1内部，电缆8电缆导接头3设置在浮标本体1的底部，太阳能充电板6和卫星通信单元7设置在浮标本体1的顶部，其中：
电缆绞盘5上缠绕有电缆8，电缆8的一端通过接线箱4与卫星通信单元7连接，电缆8的另一端通过电缆8电缆导接头3伸出，与水下系统连接，太阳能充电板6与电池单元2连接，用于为电池单元2充电，电池单元2用于为接线箱4供电，接线箱4与电缆绞盘5连接，用于控制电缆绞盘5收缆、放缆和自锁。
应理解，接线箱4内设置有主控电路板，可以时间数据处理、控制等功能。
需要说明的是，水面浮标系统通过卫星通信与地面收发站连接。水下系统通过压载块18锚定在海底，水面浮标系统与水下系统之间的光电复合缆为凯夫拉编织零浮力缆，破断力在0.5吨以上，配合绞盘和电缆8电缆导接头3的锁定，可以将水面浮标系统有效的保持在水下系统正上方的海面上，避免系统受风浪流影响导致漂移，同时可协助水下目标进行定位。
本实施例提供的深远海敏捷通信组网及实时探测系统，能够在需要通信组网或实施探测的深远海海域灵活使用，集成度高，使用方便且成本低，可使用通用海工船进行布放/回收，单套系统能覆盖几千平方公里的海底，多套系统之间可方便组网扩大使用范围，可根据实际需求灵活布设。
当水面浮标系统布放至水面后，系统的设备供电由电池单元2提供，太阳能充电板6可为电池单元2充电，确保电量充沛。卫星通信单元7可通过卫星与地面收发站实现数据和指令的通信，卫星通信单元7通过接线箱4与电缆8实现互联，实现数据和指令与水下系统的收发。电缆绞盘5有收缆、放缆和自锁功能，当接线箱4内的主控电路板接收到对应指令后实现相应动作。
可选地，在一些可能的实施方式中，电缆8为凯夫拉编织零浮力缆。
可选地，在一些可能的实施方式中，水下系统包括：浮力块11、着陆器框架12、深海充油接线箱13、ARV15、ARV固定机构16、水下充油电池组17、微细光纤团19、DAS水下单元20、水声通信单元10和电缆承重头9，深海充油接线箱13和DAS水下单元20设置在着陆器框架12内部的第一层，ARV15、ARV固定机构16和微细光纤团19设置在着陆器框架12内部的第二层，水下充油电池组17设置在着陆器框架12内部的第三层，浮力块11设置在着陆器框架12的顶部，浮力块11的顶部设置有水声通信单元10和电缆承重头9，电缆8通过电缆承重头9伸入着陆器框架12内部，与深海充油接线箱13连接，深海充油接线箱13与微细光纤团19连接，微细光纤团19与ARV15连接，ARV15设置在ARV固定机构16上，其中：
水下充油电池组17与水声通信单元10、DAS水下单元20和深海充油接线箱13连接，用于为水声通信单元10、DAS水下单元20以及深海充油接线箱13供电，水声通信单元10通过深海充油接线箱13与电缆8互连，水声通信单元10用于与预设范围内的目标进行水声通信；DAS水下单元20与深海充油接线箱13连接，DAS水下单元20用于探测海底震动；深海充油接线箱13用于接收地面收发站发出的释放指令，将释放指令通过微细光纤团19发送至ARV15，ARV15用于根据释放指令解开ARV固定机构16，ARV15的推进器动作驶离水下系统。
具体地，声学释放器21、水声通信单元10安装在浮力块11上端，再与浮力块11整体安装于着陆器框架12上方。
声学释放器21顶部为声学换能器，中间耐压仓内集成控制电路板及电池，下部为释放机构，可独立运行，同时也与深海充油接线箱13连接，释放机构通过绳索与水下系统底部的压载块18连接。
电缆承重头9、深海充油接线箱13、DAS水下单元20、微细光纤团19、ARV15均安装在着陆器框架12上。
电缆8通过电缆承重头9转接后与深海充油接线箱13相连。
水声通信单元10、DAS水下单元20、微细光纤团19以及水下充油电池组17均与深海充油接线箱13相连从而形成设备之间的互联。
深海充油接线箱13有预留通信和供电水面插座，以按需添加CTD、深度计、ADCP、水听器等设备。深海充油接线箱13内部有配电电路板和控制电路板，主要用于设备配电，指令和数据的收发控制。
ARV15通过微细光纤团19和深海充油接线箱13连接，ARV15上方有声学通信单元，可与其他装备建立水声通信。ARV15下方有压载固定一体支架。ARV15有控制电子舱以及矢量布置推进器。
需要说明的是，水下系统布放至海底后，水下充油电池组17与深海充油接线箱13连接，主要给水声通信单元10、DAS水下单元20以及深海充油接线箱13上预留的接口供电。水声通信单元10可覆盖海底半径约15公里范围实现与周边目标的水声通信互连，水声通信单元10通过深海充油接线箱13与电缆8互连，因此水声通信单元10即可连接至卫星通信单元7实现与地面收发站的实时通信。
水下系统根据具体需求安装有2-4台ARV15，当需要ARV15作业时，地面收发站发出指令，指令通过卫星、电缆8到达深海充油接线箱13，再通过微细光纤团19传送至ARV15，ARV15内部主控电路收到指令后触发压载固定一体支架解开ARV固定机构16，ARV15上的推进器动作驶离水下系统，根据下达的指令不同ARV15可驶离水下系统最远达30公里，ARV15装有电池组，可供ARV15水声通信单元10进行水声通信。当ARV15电池耗尽或收到上浮指令时，ARV15会自动切断微细光纤并抛弃压载固定一体支架通过浮力上浮至海面，实现回收。
水下系统的ARV15延展开微细光纤团19后，通过DAS水下单元20可探测海底震动，可用于地震、海啸等预报，也可用于海洋油气的探测、水下目标入侵探测定位等，DAS水下单元20与深海充油接线箱13连接，相关数据可实时传输至地面收发站。
声学释放器21内部有电池供电，可完全独立运行，同时也与深海充油接线箱13连接，当水下系统需要上浮时，地面收发站可通过卫星发送指令到卫星通信单元7，然后通过电缆8把指令传送至声学释放器21释放水下系统的压载块18，也可通过船载换能器直接发送声学指令，声学释放器21收到声学指令后，也可释放压载块18。释放压载块18后，水下系统在浮力作用下上浮至水面，实现回收。
当多个系统组网使用时，见图2：
以系统a和系统b之间组网为例，两个系统均释放出ARV，其中ARV a4和ARV b2之间可以通过水声通信实现互联组网，多个系统之间组网如此类推，多个水下系统组网时，可共用一个水面浮标系统。当水下目标e靠近任意的着陆器或者ARV时，即可完成数据的通信。
可选地，在一些可能的实施方式中，还包括：声学释放器21和压载块18，声学释放器21设置在浮标本体1的顶部，与深海充油接线箱13连接，压载块18设置在着陆器框架12的底部，压载块18的控制机构与声学释放器21连接，声学释放器21用于当水下系统需要上浮时，接收地面收发站发出的上浮指令，根据上浮指令释放压载块18，使水下系统上浮。
可选地，在一些可能的实施方式中，还包括：ARV水声通信单元14，ARV水声通信单元14设置在ARV15上，ARV水声通信单元14用于与预设范围内的目标进行水声通信。
可选地，在一些可能的实施方式中，可以包括如上各实施方式的全部或部分。
应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式相结合。此外，在不互相矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的部分特征进行结合和组合。
当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种深远海敏捷通信组网及实时探测系统，其特征在于，包括：水面浮标系统和水下系统，所述水面浮标系统包括：浮标本体、电池单元、电缆导接头、接线箱、电缆绞盘、太阳能充电板和卫星通信单元，所述电池单元、所述接线箱和所述电缆绞盘设置在所述浮标本体内部，所述电缆导接头设置在所述浮标本体的底部，所述太阳能充电板和所述卫星通信单元设置在所述浮标本体的顶部，其中：
所述电缆绞盘上缠绕有电缆，所述电缆的一端通过所述接线箱与所述卫星通信单元连接，所述电缆的另一端通过所述电缆导接头伸出，与所述水下系统连接，所述太阳能充电板与所述电池单元连接，用于为所述电池单元充电，所述电池单元用于为所述接线箱供电，所述接线箱与所述电缆绞盘连接，用于控制所述电缆绞盘收缆、放缆和自锁。
2.根据权利要求1所述的深远海敏捷通信组网及实时探测系统，其特征在于，所述电缆为凯夫拉编织零浮力缆。
3.根据权利要求1所述的深远海敏捷通信组网及实时探测系统，其特征在于，所述水下系统包括：浮力块、着陆器框架、深海充油接线箱、ARV、ARV固定机构、水下充油电池组、微细光纤团、DAS水下单元、水声通信单元和电缆承重头，所述深海充油接线箱和所述DAS水下单元设置在所述着陆器框架内部的第一层，所述ARV、所述ARV固定机构和所述微细光纤团设置在所述着陆器框架内部的第二层，所述水下充油电池组设置在所述着陆器框架内部的第三层，所述浮力块设置在所述着陆器框架的顶部，所述浮力块的顶部设置有所述水声通信单元和所述电缆承重头，所述电缆通过所述电缆承重头伸入所述着陆器框架内部，与所述深海充油接线箱连接，所述深海充油接线箱与所述微细光纤团连接，所述微细光纤团与所述ARV连接，所述ARV设置在所述ARV固定机构上，其中：
所述水下充油电池组与所述水声通信单元、所述DAS水下单元和所述深海充油接线箱连接，用于为所述水声通信单元、所述DAS水下单元以及所述深海充油接线箱供电，所述水声通信单元通过所述深海充油接线箱与所述电缆互连，所述水声通信单元用于与预设范围内的目标进行水声通信；所述DAS水下单元与所述深海充油接线箱连接，所述DAS水下单元用于探测海底震动；所述深海充油接线箱用于接收地面收发站发出的释放指令，将所述释放指令通过所述微细光纤团发送至所述ARV，所述ARV用于根据所述释放指令解开所述ARV固定机构，所述ARV的推进器动作驶离水下系统。
4.根据权利要求3所述的深远海敏捷通信组网及实时探测系统，其特征在于，还包括：声学释放器和压载块，所述声学释放器设置在所述浮标本体的顶部，与所述深海充油接线箱连接，所述压载块设置在所述着陆器框架的底部，所述压载块的控制机构与所述声学释放器连接，所述声学释放器用于当所述水下系统需要上浮时，接收地面收发站发出的上浮指令，根据所述上浮指令释放所述压载块，使所述水下系统上浮。
5.根据权利要求3所述的深远海敏捷通信组网及实时探测系统，其特征在于，还包括：ARV水声通信单元，所述ARV水声通信单元设置在所述ARV上，所述ARV水声通信单元用于与预设范围内的目标进行水声通信。
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