CN206321829U - 一种水下目标感知海缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下目标感知海缆，属于水下目标探测、定位和识别领域，其结构包括送电光源、送电光纤、光能‑电能转换模块、水听器、第一光纤网卡和通信光纤，送电光源一端与输电线相连，另一端与所述送电光纤相连，光能‑电能转换模块一端与所述送电光纤相连，另一端与所述水听器相连，第一光纤网卡一端与所述水听器相连，另一端与所述通信光纤相连，用于将所述水听器感知到的水声信号转换成光信号并输出到所述通信光纤。本实用新型的海缆制作简单，集成难度和成本低，功耗小，维护难度和维护费用都比目前的海缆有所降低。

Description

一种水下目标感知海缆

技术领域

本实用新型涉及水下目标探测、定位和识别领域，尤其涉及一种水下目标感知海缆。

背景技术

随着海洋竞争的日趋激烈，如何更加精准可靠地对水下目标(包括潜艇、海洋哺乳动物、鱼类等)进行探测、定位和识别，已经成为各海洋强国所关注的焦点。海底固定监测阵能够长期有效地进行海底实时原位固定监测，是当前水下目标监测的最主要手段之一。但是由于功耗大、成本高、稳定性差、设备小型化程度不足等诸多方面的限制，海底固定监测阵的实际应用仍面临诸多技术难题，比如，其中比较突出的技术难题表现在：(1)能耗大、岸站设备庞大；(2)一体化集成程度低；(3)系统稳定性差；(4)设备小型化不足。

当前的海底固定监测阵均采用电缆供电，这种方式下进行远距离电能传输时线路损耗非常大，且需要庞大的岸基供电设备支撑，成本高、维护难、稳定性差。当前海底固定阵的另一个问题是传感设备小型化不足，集成难度大，增加了工程部署及运营维护的难度。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种水下目标感知海缆，该海缆具有制作简单、成本低、损耗低、体积小、易于集成、易于维护和寿命长等优点。

为了实现上述目的，本实用新型解决其技术问题的技术方案为：

一种水下目标感知海缆，包括送电光源、送电光纤、光能-电能转换模块、水听器、第一光纤网卡和通信光纤。

送电光源一端与输电线相连，另一端与送电光纤相连，用于将来自输电线的电能转换为光能并提供给送电光纤。

光能-电能转换模块一端与送电光纤相连，另一端与水听器相连，用于将来自送电光纤的光能转换为电能并提供给水听器。

第一光纤网卡一端与水听器相连，另一端与通信光纤相连，用于将水听器感知到的水声信号转换成光信号并输出到通信光纤。

进一步的技术方案为：其中水听器为多个，所述水下目标感知海缆还包括光功率分路器，光功率分路器的两端分别与送电光纤和光能-电能转换模块相连。

对水下目标进行精确的测向定位需要采用具有一定孔径的水听器阵列，故在单一水听器的基础上，结合实际海域情况构造具有一定间隔的水听器阵列。光功率分路器集成在送电光纤上，起分流作用，依据支路光功率需求，预先设计光波通量。

进一步的技术方案为：还包括光信号复用器，光信号复用器的两端分别与第一光纤网卡和通信光纤相连。

进一步的技术方案为：还包括第二光纤网卡，第二光纤网卡的两端分别与通信光纤和信号处理中心相连，用于将来自通信光纤的光信号转换为电信号并输出到信号处理中心。

送电光源是将光能转换为电能的设备，为满足送电需求，送电光源设计需满足发光面积与光纤心径尺寸相匹配，而且送电光源和光纤之间应有较高的耦合效率，送电光源的光波长为800nm～1200nm，该波段为适合光纤传输的低损耗波段。

光信号复用器是用于控制波分复用信道的光纤通信设备，作用是将水听器监测到的水声数据以波分复用的方式上传至信号处理中心，光信号复用器的工作波长为1310nm或者1550nm。

光能-电能转换模块是将光能转换为电能的设备，本实用新型的光能-电能转换模块采用单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池板。其中，优选的技术方案为采用单晶硅太阳能电池板，因为在当前技术条件下使用单晶硅实现光能-电能转换的效率是最高的。太阳能电池板的规模需依据微机电系统矢量水听器的功耗需求进行设计。

本实用新型的水听器为微机电系统矢量水听器。微机电系统矢量水听器是感知水下声信号的设备，是利用敏感材料的压阻效应以及水听器微结构设计，结合微机电系统微机械加工工艺制成的小型化水听器。微机电系统(micro-electromechanical systems,MEMS)矢量水听器是将微机电系统技术与水听器技术相结合的产物。利用敏感材料的压阻效应以及矢量水听器微结构设计，结合MEMS制作加工技术，实现水听器的小型化。其优点主要有：成本低、功耗低、体积小、一致性好、可批量化生产、易于集成。

优选的技术方案为：送电光源采用半导体激光二极管，利用半导体激光二极管激发光波，将电能转化为光能。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的海缆以光纤为能源和信息的传输媒质，设计集成水听器的目标监测海缆，为水下目标监测提供可靠的实时原位观测手段，无中继系统。光纤通信以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小等特性，而远优于电缆、微波通信等传输方式，其优点主要有：通信容量大、中继距离长、不受电磁干扰、重量轻、体积小。光纤送电是以光波为载体，光纤作为传输媒介，借助光源(电能-光能)及光纤光能-电能转换器等设备实现电能的端到端传输。对于光纤送电，大功率光纤耐光强度>2000W，损耗<3dB/km；小功率单模光纤损耗<0.2dB/km，线路损耗相比于电缆输送有极大的降低，其优点主要有：成本低、损耗低、耐腐蚀、抗干扰、寿命长、设备小。

2、从制造角度，单纯的光纤海缆比光电复合海缆制作更加简单，并且由于微纳敏感结构可实现批量制造和一次性集成，使得MEMS矢量水听器制造及集成成本与难度相比于传统水听器均有所降低。

3、从功耗角度，光纤送电在小功率情况下，单模光纤损耗<0.2dB/km，能够极大地降低能源传输过程中的损耗，同时能够发现，传输距离越远本发明能耗低的优势就越明显；MEMS矢量水听器相较于传统水听器也极大的降低了感知端的能耗。

4、从维护角度，相比于高压输电方式，光纤送电方式的耐高压、耐腐蚀能力更强，并且具有绝缘、重量轻、寿命长等特点，故障率得到极大的降低。

5、系统采用能源与数据分开传输的方式，固本发明中的海缆为具有通信光纤及送电光纤的双光纤模式海缆，这样的设计可以降低配套设备的复杂度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的工作原理图；

图2为本实用新型实施例水听器模块的工作流程图；

图3为本实用新型实施例光纤供电方案的原理图。

图中：1送电光源，2送电光纤，3微机电系统矢量水听器，4光能-电能转换模块，5光功率分路器，6第一光纤网卡，7光信号复用器，8通信光纤，9第二光纤网卡，10信号处理中心，11供电设备，12半导体激光二极管，13输电线。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种水下目标感知海缆，包括送电光源1、送电光纤2、光能-电能转换模块4、微机电系统矢量水听器3、第一光纤网卡6和通信光纤8。

送电光源1一端与输电线13相连，另一端与送电光纤2相连，用于将来自所述输电线13的电能转换为光能并提供给送电光纤2。

光能-电能转换模块4一端与送电光纤2相连，另一端与微机电系统矢量水听器3相连，用于将来自送电光纤2的光能转换为电能并提供给微机电系统矢量水听器3。

第一光纤网卡6一端与微机电系统矢量水听器3相连，另一端与通信光纤8相连，用于将微机电系统矢量水听器3感知到的水声信号转换成光信号并输出到通信光纤8。

其中微机电系统矢量水听器3为多个，所述水下目标感知海缆还包括光功率分路器5，光功率分路器5的两端分别与送电光纤2和光能-电能转换模块4相连。对水下目标进行精确的测向定位需要采用具有一定孔径的水听器阵列，故在单一水听器的基础上，结合实际海域情况构造具有一定间隔的水听器阵列。根据水下目标探测任务需求及部署海域的实际环境，需要针对性的设计微机电系统矢量水听器3间距，形成满足任务需求的探测阵列。

还包括光信号复用器7，光信号复用器7的两端分别与第一光纤网卡6和通信光纤8相连。

还包括第二光纤网卡9，第二光纤网卡9的两端分别与通信光纤8和信号处理中心10相连，用于将来自通信光纤8的光信号转换为电信号并输出到信号处理中心10。

光纤供电的原理如图3所示，送电光源1包括通过输电线13相连接的供电设备11和半导体激光二极管12。供电设备11通过输电线13为半导体激光二极管12供电，半导体激光二极管12激发光波，将电能转化为光能，然后通过长距离的送电光纤2将光能输送到光能-电能转化模块4，光能-电能转化模块4采用单晶硅太阳能电池板，将接收到的光能转化为电能，然后通过输电线13将电能输送至微机电系统矢量水听器3。

本实用新型中的单晶硅太阳能电池板需依据微机电系统矢量水听器3的功耗需求设计其规模。

送电光源1是将光能转换为电能的设备，为满足送电需求，光源设计需满足发光面积与光纤心径尺寸相匹配，而且光源和光纤之间应有较高的耦合效率，光源的光波长为800nm～1200nm，该波段为适合光纤传输的低损耗波段。

光信号复用器7是用于控制波分复用信道的光纤通信设备，作用是将微机电系统矢量水听器3监测到的水声数据以波分复用的方式上传至信号处理中心10，光信号复用器7的工作波长为1310nm或者1550nm。

水听器模块的工作原理如图2所示，供电设备11输出电能，通过半导体激光二极管12将电能转换为光能并输入到送电光纤2进行远距离传输，经过光功率分路器5进行分流，传输到光能-电能转换模块4，将光能转换成电能，供末端的微机电系统矢量水听器3等耗电设备使用。微机电系统矢量水听器3则将感知到的水声信号通过第一光纤网卡6转换成光信号，输入到光信号复用器7与其他微机电系统矢量水听器3监测到的信号一同以光纤通信的方式回传到信号处理中心10，再通过第二光纤网卡9将光信号转变成电信号，恢复出水听器监测到的水下信息，并进行进一步的分析处理。

本实用新型的光能-电能转换模块不限于实施例所述的采用单晶硅太阳能电池板，还可以采用多晶硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池板。其中，优选的技术方案为采用单晶硅太阳能电池板，因为在当前技术条件下使用单晶硅实现光能-电能转换的效率是最高的。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种水下目标感知海缆，其特征是，包括送电光源、送电光纤、光能-电能转换模块、水听器、第一光纤网卡和通信光纤，

所述送电光源一端与输电线相连，另一端与所述送电光纤相连，用于将来自所述输电线的电能转换为光能并提供给所述送电光纤，

所述光能-电能转换模块一端与所述送电光纤相连，另一端与所述水听器相连，用于将来自所述送电光纤的光能转换为电能并提供给所述水听器，

所述第一光纤网卡一端与所述水听器相连，另一端与所述通信光纤相连，用于将所述水听器感知到的水声信号转换成光信号并输出到所述通信光纤。

2.根据权利要求1所述的水下目标感知海缆，其特征是，其中所述水听器为多个，所述水下目标感知海缆还包括光功率分路器，所述光功率分路器的两端分别与所述送电光纤和所述光能-电能转换模块相连。

3.根据权利要求2所述的水下目标感知海缆，其特征是，还包括光信号复用器，所述光信号复用器的两端分别与所述第一光纤网卡和所述通信光纤相连。

4.根据权利要求1～3之一所述的水下目标感知海缆，其特征是，还包括第二光纤网卡，所述第二光纤网卡的两端分别与所述通信光纤和信号处理中心相连，用于将来自所述通信光纤的光信号转换为电信号并输出到所述信号处理中心。

5.根据权利要求1～3之一所述的水下目标感知海缆，其特征是，所述送电光源的光波长为800nm～1200nm。

6.根据权利要求3所述的水下目标感知海缆，其特征是，所述光信号复用器的工作波长为1310nm或者1550nm。

7.根据权利要求1～3之一所述的水下目标感知海缆，其特征是，所述光能-电能转换模块为单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池板。

8.根据权利要求1～3之一所述的水下目标感知海缆，其特征是，所述水听器为微机电系统矢量水听器。

9.根据权利要求1～3之一所述的水下目标感知海缆，其特征是，所述的送电光源为半导体激光二极管。