CN109747801A - 一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统 - Google Patents
一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统,涉及海洋环境检测设备领域,为了解决现有海洋环境检测系统无法大尺度获取不同海洋深度的海洋环境噪声的垂直维信息的问题。4个声压水听器均用于获取海洋面垂直维声压信号，并发送给数据采集存储模块；4个声压水听器分别固定在水下滑翔机尾翼的4个翼尖；数据采集存储模块用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中，采集并存储垂直维声压信号。本发明用于获取垂直维的海洋环境声学信息。
Description
技术领域
本发明涉及海洋环境检测设备领域，具体涉及用于水下水下滑翔机的4元十字阵声学系统。
背景技术
基于水听器的海洋环境检测系统具有工作性能稳定、信号采集便利、成本低廉等优点，在海洋环境噪声观测和水下目标探测识别等方面有很大的发展空间。但现有的基于水听器的海洋环境检测系统，例如声学潜标系统以及岸基声学观测系统等，或者设备规模大，或者系统工作深度和位置固定，无法大尺度获取不同海洋深度的海洋环境噪声的垂直维信息，而且随着技术的发展，水下设备的隐身性能越来越好，特征信号越来越弱，导致工作深度和位置固定的海洋环境检测系统对于水下目标的探测越来越难。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有海洋环境检测系统无法大尺度获取不同海洋深度的海洋环境噪声的垂直维信息的问题，从而提供一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统。
本发明所述的一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统，包括4个声压水听器2和数据采集存储模块3；
4个声压水听器2，均用于获取海洋面垂直维声压信号，并发送给数据采集存储模块3；4个声压水听器2分别固定在水下滑翔机尾翼8的4个翼尖；
数据采集存储模块3，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中，采集并存储垂直维声压信号。
优选的是，数据采集存储模块3包括滤波放大单元、数字采集存储单元和供电单元；
滤波放大单元，用于接收声压水听器2发送的声压信号，并对声压信号进行滤波放大，然后发送给数字采集存储单元；
数字采集存储单元，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中，采集并存储滤波放大单元发送的声压信号；
供电单元，用于为滤波放大单元和数字采集存储单元供电。
优选的是，数字采集存储单元包括模数转换器、中央处理器、数据存储器和时钟源；
模数转换器，用于采集滤波放大单元发送的声压信号，并将模拟信号表征的声压信号转换为数字信号；
中央处理器，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中接收数字信号表征的声压信号，并发送给数据存储器，还用于向水下滑翔机机体平台的主控单元5发送反馈信号；
数据存储器，用于存储接收到的声压信号；
时钟源，用于为中央处理器提供时钟信号。
优选的是，数据存储器在存储声压信号前进行自检，检查自身的存储状态是否正常，并将自检结果反馈给中央处理器。
优选的是，数字采集存储单元，在接收到水下滑翔机机体平台发送的脉冲信号时，开始采集并存储滤波放大单元发送的声压信号；
水下滑翔机每完成一次水下垂直剖面运动，数据采集存储模块3重新上电，准备接收水下滑翔机机体平台发送的脉冲信号。
本法明的有益效果：本发明的声学检测系统用于获取海洋声场信息，以水下滑翔机为工作平台，实现定点海域一定海深的垂直剖面运动，获取深度剖面的海洋环境噪声信息，拓展了可测量的海洋深度；该声学系统在水下做垂直剖面运动时，固定在水下滑翔机尾翼4个翼尖位置的4个深水声压水听器2可以获取垂直维的海洋环境声学信息，采集到的数据存储于存储器中。根据该声学系统所获取的海洋声场信息，可以在频谱上实现海洋声场在垂直维的相关性，并可以对水下目标进行精准测向。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统的结构示意图；
1为水下滑翔机机体；
图2是具体实施方式一中的水下滑翔机进行水下垂直剖面运动的示意图；
图3是具体实施方式一所述的一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统的原理框图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统，包括4个声压水听器2和数据采集存储模块3；
4个声压水听器2，均用于获取海洋面垂直维声压信号，并发送给数据采集存储模块3；4个声压水听器2分别固定在水下滑翔机尾翼8的4个翼尖；
数据采集存储模块3，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中，采集并存储垂直维声压信号。
数据采集存储模块3包括滤波放大单元、数字采集存储单元和供电单元；
滤波放大单元，用于接收声压水听器2发送的声压信号，并对声压信号进行滤波放大，然后发送给数字采集存储单元；
数字采集存储单元，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中，采集并存储滤波放大单元发送的声压信号；
供电单元，用于为滤波放大单元和数字采集存储单元供电。
数字采集存储单元包括模数转换器、中央处理器、数据存储器和时钟源；
模数转换器，用于采集滤波放大单元发送的声压信号，并将模拟信号表征的声压信号转换为数字信号；
中央处理器，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中接收数字信号表征的声压信号，并发送给数据存储器，还用于向水下滑翔机机体平台的主控单元5发送反馈信号；
数据存储器，用于存储接收到的声压信号；
时钟源，用于为中央处理器提供时钟信号。
数据存储器在存储声压信号前进行自检，检查自身的存储状态是否正常，并将自检结果反馈给中央处理器。当自检结果正常,中央处理器进行正常工作，否则中央处理器报警。
采集到的数据自容式存储在存储介质中。GPS或北斗终端7为系统提供1PPS秒脉冲，水下滑翔机每完成一次垂直剖面运动浮出水面后，GPS或北斗终端7所提供的1PPS秒脉冲都会对系统进行高精度授时，定时采集并实现数据采集的同步，采集时间与格林威治时间同步，并可扩展分布式水下滑翔机探测系统应用。甲板控制单元4向主控单元5发送控制信号可控制水下滑翔机在水下做垂直剖面运动的深度、航速等各项姿态参数。并可扩展为分布式水下滑翔机探测系统应用，控制完成后，水下滑翔机开始进行水下自主航行，当水下滑翔机在水下进行垂直剖面运动时，系统内部集成的高精度时钟源可以完成水下信息采集的高精度守时。
本实施方式的系统与现有的水下滑翔机机体平台和甲板控制单元4配合使用。其中，水下滑翔机机体平台包括：主控单元5、通信天线6、GPS或北斗终端7、尾翼8等。主控单元5、GPS或北斗终端7以及数据采集存储模块3均固定在水下滑翔机机体内部，通信天线6固定在尾翼8中心位置。数据采集存储模块3采用自容式数据采集存储模块3。主控单元5可以为自容式数据采集存储模块3实时提供罗经信息、GPS或北斗信息、温度及深度等信息。由主控单元5所提供的罗经信息、GPS或北斗信息、温度及深度等信息可以经由通信接口通过隔离串口存储于数据存储器中。该声学系统具有高精度授时和守时功能。当滑翔机下潜至预设深度时，通过控制调整滑翔机的姿态，使滑翔机开始按照预设的航速开始上浮航行；当滑翔机航行至浮出水面并露出尾部通信天线6时完成一个垂直剖面运动。每一个垂直剖面运动结束后，甲板控制单元4均通过通信天线6控制主控单元5，控制数据采集存储模块3重新上电，GPS或北斗终端7接收卫星信号并提供1PPS秒脉冲信号，所提供的1PPS秒脉冲对自容式数据采集存储模块3进行高精度授时，定时采集并实现数据采集的再同步，采集时间与格林威治时间同步，同时可根据需求控制调整水下滑翔机在水下做下一个垂直剖面运动的深度、航速等各项姿态参数；控制完成后，水下滑翔机开始下一个垂直剖面运动，连续运行多个垂直剖面运动采集到足够多的数据量后，当水下滑翔机再次浮于水面时，进行水下滑翔机的回收，并回收到科考船的甲板上。
水下滑翔机在水下做垂直剖面运动的过程中，分别固定在尾翼8的4个翼尖的4个深水声压水听器2组成的4元十字声压水听器2阵获取垂直剖面运动范围内的垂直维声学信息。当实验结束水下滑翔机顺利回收后，根据该声学系统所获取的海洋声场信息，可以在频谱上实现海洋声场在垂直维的相关性，并可以对水下目标进行精准测向。
基于本实施方式的系统的检测方法包括：
科考船载着装备抵达布放海域，将4个声压水听器2分别固定在水下滑翔机尾翼8的4个翼尖，并在甲板上进行布放前测试；
各项指标测试正常后，对水下滑翔机做好保护，并在布放海域进行布放，水下滑翔机漂浮于海面，尾部通信天线6暴露于空气中，布放完成，甲板控制单元4通过尾部通信天线6开始与水下滑翔机机体平台的主控单元5进行无线通信，通过主控单元5控制数据采集存储模块3上电、控制GPS或北斗终端7接收卫星信号并提供1PPS秒脉冲信号、控制水下滑翔机的航行姿态；
当数据采集存储模块3接收到脉冲信号后，开始采集并存储声压信号，并向水下滑翔机机体平台的主控单元5发送反馈信号；
当甲板控制单元4通过水下滑翔机机体平台的主控单元5发接收到信号采集正常的反馈，甲板控制单元4向主控单元5发送控制信号，控制水下滑翔机进行水下垂直剖面运动，获取定点海域一定海深的海洋环境噪声在垂直维信息；
水下滑翔机每完成一次水下垂直剖面运动，水下滑翔机浮出水面露出通信天线6，甲板控制单元4都再次通过主控单元5控制数据采集存储模块3重新上电、控制GPS或北斗终端7接收卫星信号并提供1PPS秒脉冲信号、控制水下滑翔机的航行姿态。连续运行多个垂直剖面运动，采集到足够多的数据量后，当水下滑翔机再次浮于水面时，进行水下滑翔机的回收，并回收到科考船的甲板上；将采集到的数据通过数据读取接口导出到计算机上进行存储；对所采集到的数据进行数据处理，检测结束。
该方法具有出水再同步的自修正功能，每完成一个垂直剖面运动浮出水面时，可更改命令，根据需求调整各项参数。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (5)
1.一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统，其特征在于，包括4个声压水听器(2)和数据采集存储模块(3)；
4个声压水听器(2)，均用于获取海洋面垂直维声压信号，并发送给数据采集存储模块(3)；4个声压水听器(2)分别固定在水下滑翔机尾翼8的4个翼尖；
数据采集存储模块(3)，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中，采集并存储垂直维声压信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统，其特征在于，所述数据采集存储模块(3)包括滤波放大单元、数字采集存储单元和供电单元；
滤波放大单元，用于接收声压水听器(2)发送的声压信号，并对声压信号进行滤波放大，然后发送给数字采集存储单元；
数字采集存储单元，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中，采集并存储滤波放大单元发送的声压信号；
供电单元，用于为滤波放大单元和数字采集存储单元供电。
3.根据权利要求2所述的一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统，其特征在于，所述数字采集存储单元包括模数转换器、中央处理器、数据存储器和时钟源；
模数转换器，用于采集滤波放大单元发送的声压信号，并将模拟信号表征的声压信号转换为数字信号；
中央处理器，用于在水下滑翔机作水下垂直剖面运动过程中接收数字信号表征的声压信号，并发送给数据存储器，还用于向水下滑翔机机体平台的主控单元5发送反馈信号；
数据存储器，用于存储接收到的声压信号；
时钟源，用于为中央处理器提供时钟信号。
4.根据权利要求3所述的一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统，其特征在于，所述数据存储器在存储声压信号前进行自检，检查自身的存储状态是否正常，并将自检结果反馈给中央处理器。
5.根据权利要求1所述的一种用于水下滑翔机的四元十字阵声学检测系统，其特征在于，数字采集存储单元，在接收到水下滑翔机机体平台发送的脉冲信号时，开始采集并存储滤波放大单元发送的声压信号；
水下滑翔机每完成一次水下垂直剖面运动，数据采集存储模块(3)重新上电，准备接收水下滑翔机机体平台发送的脉冲信号。
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