CN207129106U - 一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标，包括浮标本体，在浮标本体的底部连接有锚链，在锚链的底部连接有重力锚，重力锚固定在海底，在浮标本体上还连接有尼龙绳，在尼龙绳上设置有噪声源定位阵元装置，在浮标本体上设置有摄像装置。本实用新型通过噪声源定位阵元装置对水下噪声源进行定位；定位后启动浮标上的摄像装置或者其它记录设备对靠近浮标的噪声源进行摄像等取证行为。本实用新型在浮标入水部分的下端通过软尼龙绳悬挂多阵元，阵元下方通过软尼龙绳挂着金属坠，以保证多阵元在波浪起伏或者恶劣海况条件下导致的浮标晃动的情况下多阵元稳定性；软尼龙绳上随机绑有布条流苏，用于减少水流冲击尼龙绳造成的流噪声。

Description

一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标

技术领域

本实用新型涉及一种海上浮标，具体地说是涉及一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标。

背景技术

浮标，是指浮于水面上的一种航标，是指锚定在指定位置，用以标示航道范围，指示浅滩、碍航物或表示专门用途的水面助航标志。现在有的多功能浮标还装载有雷达应答器、无线电指向标、雾警信号和海洋调查仪器等设备，集成功能越来越多。但是随着当前航运量发展、领土争端等多方面原因，海上浮标容易遭到船舶撞击或者遭到蓄意破坏，尤其是搭载有精密调查仪器设备的海洋调查浮标，抗破坏能力更弱。浮标作为海上无人值守的平台，遭到破坏后不易搜集破坏证据。

实用新型内容

基于上述技术问题，本实用新型提供一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标。

本实用新型所采用的技术解决方案是：

一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标，包括浮标本体，在浮标本体的底部连接有锚链，在锚链的底部连接有重力锚，重力锚固定在海底，在浮标本体上还连接有尼龙绳，在尼龙绳上设置有噪声源定位阵元装置，所述噪声源定位阵元装置包括第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆，所述第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆均相互交叉垂直布置，共同连接成三维坐标系结构，在第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆上分别设置有偶数个声压传感器，且第一支撑杆、第二支撑杆或第三支撑杆上的声压传感器均沿第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆的交点呈对称分布。

优选的，在第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆上均设置有4个声压传感器，沿交点呈两两对称分布，其中距离交点较远的声压传感器与交点之间的距离为距离交点较近的声压传感器与交点之间距离的两倍。

优选的，在尼龙绳上间隔设置有用于减少流噪声的布条流苏，在尼龙绳的底部连接有金属坠。

优选的，在浮标本体上设置有摄像装置。

本实用新型的有益技术效果是：

(1)浮标在海上使用时，一般通过蓄电池或者太阳能电池板提供电源，电源具有有限且不稳定的特性，而且浮标上搭载的各种设备需要长期工作，功耗较大，因此本实用新型在不改变现有浮标结构和功能的条件下，设计了一种可用于对靠近浮标的水下噪声源进行定位、且功耗低的浮标；其中，通过噪声源定位阵元装置对水下噪声源进行定位；定位后启动浮标上的摄像装置或者其它记录设备对靠近浮标的噪声源进行摄像等取证行为。

(2)本实用新型在浮标入水部分的下端通过软尼龙绳悬挂多阵元，阵元下方通过软尼龙绳挂着金属坠，尽可能的保证多阵元在波浪起伏或者恶劣海况条件下导致的浮标晃动的情况下多阵元稳定性。软尼龙绳上随机绑有布条流苏，其目的在于减少水流冲击尼龙绳造成的流噪声。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

结合附图，一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标，包括浮标本体1，在浮标本体1的底部连接有锚链2，在锚链2的底部连接有重力锚3，重力锚3固定在海底。在浮标本体1上还连接有尼龙绳4，在尼龙绳4上设置有噪声源定位阵元装置5，所述噪声源定位阵元装置5包括第一支撑杆501、第二支撑杆502和第三支撑杆503，所述第一支撑杆501、第二支撑杆502和第三支撑杆503均相互交叉垂直布置，共同连接成XYZ三维直角坐标系结构。在第一支撑杆501、第二支撑杆502和第三支撑杆503上分别设置有偶数个声压传感器504，且第一支撑杆501、第二支撑杆502或第三支撑杆503上的声压传感器504均沿第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆的交点呈对称分布。

作为对本实用新型的进一步设计，在第一支撑杆501、第二支撑杆502和第三支撑杆503上均设置有4个声压传感器，沿交点呈两两对称分布，其中距离交点较远的声压传感器与交点之间的距离为距离交点较近的声压传感器与交点之间距离的两倍。声压传感器采用该布置方式能够较为精确的进行噪声源定位。

进一步的，在尼龙绳4上间隔设置有用于减少流噪声的布条流苏6，在尼龙绳的底部连接有金属坠7，以尽可能的保证多阵元在波浪起伏或者恶劣海况条件下导致的浮标晃动的情况下多阵元稳定性。

更进一步的，在浮标本体1上设置有摄像装置8，噪声源定位阵元装置5和摄像装置8均与控制装置连接。当噪声源定位阵元装置5对水下噪声源进行定位后，可控制摄像装置8开启，以进行拍照取证。

下面对利用上述海上浮标进行水下噪声源被动定位的方法，进行简要说明，该方法大致包括以下步骤：

步骤一、采用自适应门限检测方法对水下噪声源判别

首先对各个声压传感器接收到的信号进行处理，对处理过的信号x(t)进行双门限能量检测，以λ₁，λ₂作为能量检测的上下门限，若累积能量Y＞λ₁，则认为所选频谱被占用；若Y＜λ₂，则认为所选频谱空闲；若λ₂≤Y≤λ₁，则认为利用能量检测法无法判决所选频谱的占用状态，定义该区域为不可靠区S，此时再对处理过的信号x(t)进行循环平稳特征检测；

步骤二、采用多阵元混合定位方法对判别出的水下噪声源进行被动声源定位

(1)利用三维坐标系X、Y、Z三个轴上的以原点为对称点的6m+n个阵元，m≥1,n≥0，且n为偶数，必须在一个轴上，且关于坐标系原点对称确立阵元坐标；

(2)以原点o为中心，对称分布于x,y,z轴上，其中M₁-M₆为6个阵元，组成XOY、YOZ、XOZ三个平面坐标系上的十字阵，此外有6(m-1)+n个阵元呈十字阵或线列阵布置在其中；

(3)设声源位置为S(x,y,z)，声源距坐标原点距离为r，声源S到阵元M₁的距离为R₁，声源S到阵元M₂的距离为R₂，d₁₂,d₁₃,d₁₄为阵元之间的声程差，以d₁₂为例进行说明，d₁₂为目标到阵元1和阵元2的距离之差，则根据目标和声阵的几何位置关系有：

利用M₁～M₆ 6个阵元组成空间坐标系中的三个四元十字阵

分别为xoy面，4个阵元组合M₁,M₂,M₃,M₄

分别为yoz面，4个阵元组合M₂,M₅,M₄,M₆

分别为xoz面，4个阵元组合M₁,M₅,M₃,M₆

A：xoy面十字阵，4个阵元M₁,M₂,M₃,M₄

得出

B：yoz面，4个阵元组合M₂,M₅,M₄,M₆

得出

C:xoz面，4个阵元组合M₁,M₅,M₃,M₆

得出

其中d₁₂＝τ₁₂c，d₁₃＝τ₁₃c，d₁₄＝τ₁₄c，d₁₅＝τ₁₅c，d₁₆＝τ₁₆c，d₂₄＝τ₂₄c，d₂₅＝τ₂₅c，d₂₆＝τ₂₆cτ_ij为声源到阵元i和j的时延差，c为声速，目标声源坐标(x,y,z)；

(4)剩余6(m-1)+n个阵元可任意放在x轴，y轴，z轴上，并与x或y或z轴上的阵元组成间距为2L的线列阵或者间距为4L的十字阵；

以线列阵为例，该阵元位置为M_i(x_i,y_i,z_i)，则有

c为声速；t_i为第i个阵元所测时延；

以x轴三元线列阵为例

得到

得出

y存在二值：即线列声压阵存在的左右舷模糊问题；

(5)利用各十字阵和线列阵通过计算时延差得到值做求平均处理，得到一个较为准确的目标声源位置。

步骤三、启动摄像装置，对定位的噪声源进行拍照取证。

Claims (4)

1.一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标，包括浮标本体，在浮标本体的底部连接有锚链，在锚链的底部连接有重力锚，重力锚固定在海底，其特征在于：在浮标本体上还连接有尼龙绳，在尼龙绳上设置有噪声源定位阵元装置，所述噪声源定位阵元装置包括第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆，所述第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆均相互交叉垂直布置，共同连接成三维坐标系结构，在第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆上分别设置有偶数个声压传感器，且第一支撑杆、第二支撑杆或第三支撑杆上的声压传感器均沿第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆的交点呈对称分布。

2.根据权利要求1所述的一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标，其特征在于：在第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆上均设置有4个声压传感器，沿交点呈两两对称分布，其中距离交点较远的声压传感器与交点之间的距离为距离交点较近的声压传感器与交点之间距离的两倍。

3.根据权利要求1所述的一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标，其特征在于：在尼龙绳上间隔设置有用于减少流噪声的布条流苏，在尼龙绳的底部连接有金属坠。

4.根据权利要求1所述的一种具有水下噪声源被动定位功能的海上浮标，其特征在于：在浮标本体上设置有摄像装置。