基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置，利用波浪滑翔器作为测量平台，搭载海洋环境参数和噪声测量装置，实现定点测量和走航测量。采集控制系统设置在波浪滑翔器上，包括嵌入式控制器、导航装置、定位装置、卫星通信装置、调向装置、存储卡、同步接口、测量传感器、电源管理电路、太阳能发电系统、ZigBee模块。在测量海洋环境噪声的同时，可同步测量风速、风向、波高、波向、降雨量、流速、流向等海洋环境参数，并通过AIS获取过往船只信息，为分析风、浪、流、降雨和船舶噪声对海洋声信号测量的影响奠定基础，有利于深入研究海洋环境噪声的形成机理和声强度起伏规律，进而为提高水声通信稳定性以及水声探测设备的检测和识别能力提供可靠依据。

Marine environmental noise measurement device based on wave glider

The invention discloses a marine environment noise measurement device based on wave glider, which uses a wave glider as a measuring platform, carrying marine environment parameters and noise measuring devices, and realizes fixed point measurement and walking measurement. The acquisition control system is set on the wave glider, including embedded controller, navigation device, positioning device, satellite communication device, adjustment device, storage card, synchronous interface, measurement sensor, power management circuit, solar power generation system and ZigBee module. While measuring the noise of marine environment, the parameters of wind speed, wind direction, wave height, wave direction, rainfall, velocity, flow and so on can be measured synchronously, and the information of passing ships can be obtained through AIS. It lays the foundation for analyzing the influence of wind, wave, flow, rain and ship noise on the measurement of ocean acoustic signal, which is beneficial to the deep study. The formation mechanism of marine environmental noise and the law of sound intensity fluctuation provide a reliable basis for improving the stability of underwater acoustic communication and the detection and recognition ability of underwater acoustic detection equipment.

【技术实现步骤摘要】
基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置
本专利技术涉及海洋噪声信号测量装置，特别是涉及基于波浪滑翔器的海洋噪声信号测量装置。
技术介绍
海洋环境噪声是水声信道中的一种背景干扰场，海洋环境噪声研究无论在民用还是军事上均具有非常重要的意义。一方面，人为或自然产生的噪声作为水声信道的固有背景声场将直接影响各种声纳设备的性能；另一方面，海洋环境噪声中蕴含了大量的水文、地质以及海洋生物信息，通过收集分析海洋环境噪声，可估计与海洋有关的参数，如海面的风速、降雨、海浪、海底反射临界角、海底声速等参数,为进一步研究海洋气象、生态环境以及资源分布提供条件。海洋中的环境噪声源很多，不同频段、不同海域环境噪声源有很大的差异。一般来说，20Hz-1kHz频段，远处行船是引起噪声的主要原因；500Hz-20kHz频段，噪声主要来源是测量点附近的海面风关噪声；而100kHz以上，主要是海水分子运动产生的热噪声。这些噪声源的所在频段往往有部分重叠，并不是严格地分段，例如在几百赫到1kHz的低频段，航船与海面风关噪声是该频段的主要噪声源。此外，还包括一些间歇声源和局部噪声源，例如生物噪声、雨噪声、冰下噪声及冰雹噪声等，它们的频谱一般是宽带的。几十赫兹以下的低频噪声则是由地震湍流等引起的。海洋环境噪声源多种多样，与环境条件密切相关。海洋环境噪声是这些噪声源的综合效应，各种噪声源发声机理不同导致海洋环境噪声在不同频段具有不同特性。对海洋环境噪声时域、频域和空域特性的调查和深入分析研究离不开对海洋环境噪声以及海洋环境条件的同步测量。然而，许多传统手段主要以海洋环境噪声测量为主，现在使用的水听器阵列一般不具备风、浪、海流和降雨的同步测量功能，未能实现对海洋环境噪声的全息测量，因而无法定量刻画海洋环境噪声级的起伏规律。现有水声调查常用的水声信号采集阵列系统由水听器阵列和采集记录终端设备组成，以海洋环境噪声等水声信号的采集为主。采集记录终端设备通过电缆为水听器供电，同时完成水听器接收的水声模拟信号的数字化采集与记录存储。具体工作模式为：采集记录终端设备置于船甲板或浮标(潜标)舱体内，水听器阵列置于水体中，两者通过电缆连接，阵列中的水听器将采集到的水声模拟信号由电缆传输到终端采集设备，实现水声信号的数字化采集和记录存储。而且，现有的水听器阵列在使用过程中也存在一些问题和不足，主要包括：水听器阵列在船上使用时，需要船只配合，人力物力成本较高，而且船舶的噪声对噪声测量有一定的影响；水听器阵列在浮标上使用时，不能控制水听器阵列的位置，在测量期间，水听器阵列会随海流漂浮，远离布放位置，影响噪声测量结果。近年来，海洋移动观测平台得到广泛应用，出现了许多新技术和新产品。基于波浪能推动的自主航行观测平台(以下简称波浪滑翔器)从2005年诞生至今，得到迅猛发展。波浪滑翔器是一款新型海洋环境监测平台，它利用波浪起伏直接转换为前向推进，采用太阳能为系统能源，通过搭载各种类型科学传感器，完成长时间全球海洋巡航调查作业。波浪滑翔器为人类观察和了解世界海洋开辟了崭新的途径，实现了大尺度、长时序的海洋调查，与传统的调查方式相比节约了大量人力、物力和财力，而且可实现对恶劣环境和敏感区域的调查。波浪滑翔器发展趋势朝着实用化、综合技术体系化方向发展，且功能日益完善。基于波浪滑翔器的测量方式，具有成本低、布放回收方便、定点欧拉观测与拉格朗日随流观测相结合、原位观测、实时传输等优点。这些优势非常适合海洋环境噪声观测和研究。利用波浪滑翔器开展海洋环境噪声和环境信息的同步测量，可为深入研究海洋环境噪声的形成机理和声强度起伏规律提供一种可靠的观测手段。
技术实现思路
针对现有海洋环境噪声测量存在的问题，本专利技术推出新型结构的海洋环境噪声测量装置，利用波浪滑翔器作为测量平台，搭载海洋环境参数和噪声测量装置，实现定点测量和走航测量；在测量海洋环境噪声的同时，可同步测量风速、风向、波高、波向、降雨量、流速、流向等海洋环境参数，并通过AIS获取过往船只信息，为分析风、浪、流、降雨和船舶噪声对海洋声信号测量的影响奠定基础，有利于深入研究海洋环境噪声的形成机理和声强度起伏规律，进而为提高水声通信稳定性以及水声探测设备的检测和识别能力提供可靠依据。本专利技术涉及的基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置，包括波浪滑翔器和采集控制系统，采集控制系统设置在波浪滑翔器上。所述波浪滑翔器由舟型浮体、水下滑行装置组成，舟型浮体和水下滑行装置通过脐带缆连接。舟型浮体分为前舱、中舱和后舱，前舱、中舱和后舱分别独立密封，前舱、中舱和后舱的连线通过水密接插件连接。所述采集控制系统包括嵌入式控制器、导航装置、定位装置、卫星通信装置、调向装置、存储卡、同步接口、测量传感器、电源管理电路、太阳能发电系统、ZigBee模块。嵌入式控制器通过串行接口与导航装置、定位装置、卫星通信装置和ZigBee模块连接，通过输入/输出接口(I/O口)与电源管理电路连接，并通过电源管理装置实现电源管理，可控制导航装置、定位装置、卫星通信装置、调向装置、存储卡和测量传感器的上掉电，实现节能控制。所述导航装置采用电子罗盘，获取波浪滑翔器当前的方位。所述定位装置采用GPS定位装置，获取波浪滑翔器当前的位置信息。铱星天线和GPS天线安装在前舱的上表面。所述卫星通信装置使用卫星终端，采集控制系统具备卫星通信和无线通信两种通信方式，无线通信方式采用ZigBee模块实现数据通信。由于卫星通信的频度受限且功耗较大，在波浪滑翔器布放前通过无线通信方式设置航行轨迹和工作参数，在波浪滑翔器回收后回放测量数据，波浪滑翔器在航行过程中，使用卫星通信传输数据；所述调向装置使用舵机，舵机安装在波浪滑翔器水下滑行装置的尾部。通过调整舵机角度，调整波浪滑翔器的运行方向。所述存储卡用来存储设置信息、航行过程中状态信息和测量数据。所述太阳能发电系统由两组太阳能发电装置组成，前舱表面和后舱表面各安装一组太阳能发电装置，为系统供电，太阳能发电装置由太阳能电池板、大动力聚合物锂能电池和控制器组成，大动力聚合物锂能电池为平板状，安装在太阳能电池板下面，可以节省舱内空间。所述测量传感器包括气象传感器、波浪传感器、雨量计、ADCP、AIS和NTD阵。其中：ADCP(AcousticDopplerCurrentProfilers)为声学多普勒流速剖面仪；AIS(AutomaticIdentificationSystem)为船舶自动识别系统，可识别过往船只的信息；NTD为具备温度压力测量功能的单通道海洋声信号测量仪。ZigBee模块为无线通信模块，既有与嵌入式控制器通过串行接口连接的ZigBee模块，又有分别与波浪传感器、雨量计、AIS、ADCP、气象传感器连接结合的ZigBee模块，嵌入式控制器采用基于ZigBee的无线通信网络完成与波浪传感器、雨量计、AIS、ADCP、气象传感器的数据通信，其中，与嵌入式控制器通过串行接口连接的ZigBee模块的ZigBee天线安装在中舱的上表面，ZigBee天线的位置高一些，通信距离较远，方便与岸基监控系统实现远距离通信，其余与波浪传感器、雨量计、AIS、ADCP、气象传感器连接结合的ZigBee模块的天线均为内置。ZigBee天线、雨量计、气象传感器和AIS安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置，其特征在于：包括波浪滑翔器和采集控制系统，采集控制系统设置在波浪滑翔器上；所述波浪滑翔器由舟型浮体、水下滑行装置组成，舟型浮体和水下滑行装置通过脐带缆连接；舟型浮体分为前舱、中舱和后舱，前舱、中舱和后舱分别独立密封，前舱、中舱和后舱的连线通过水密接插件连接；所述采集控制系统包括嵌入式控制器、导航装置、定位装置、卫星通信装置、调向装置、存储卡、同步接口、测量传感器、电源管理电路、太阳能发电系统、ZigBee模块；嵌入式控制器通过串行接口与导航装置、定位装置、卫星通信装置和ZigBee模块连接，通过输入/输出接口(I/O口)与电源管理电路连接，并通过电源管理装置实现电源管理；所述导航装置采用电子罗盘，获取波浪滑翔器当前的方位；所述定位装置采用GPS定位装置，获取波浪滑翔器当前的位置信息；所述卫星通信装置使用卫星终端，采集控制系统具备卫星通信和无线通信两种通信方式，无线通信方式采用ZigBee模块实现数据通信；所述调向装置使用舵机，通过调整舵机角度，调整波浪滑翔器的运行方向；所述太阳能发电系统由两组太阳能发电装置组成，为系统供电；太阳能发电装置由太阳能电池板、大动力聚合物锂能电池和控制器组成；所述测量传感器包括气象传感器、波浪传感器、雨量计、ADCP、AIS和NTD阵；所述ZigBee模块为无线通信模块，既有与嵌入式控制器通过串行接口连接的ZigBee模块，又有分别与波浪传感器、雨量计、AIS、ADCP、气象传感器连接结合的ZigBee模块；所述嵌入式控制器与气象传感器、波浪传感器、雨量计、ADCP、AIS之间采用基于ZigBee模块的无线通信网络交换数据，嵌入式控制器按照设定的工作方式，定时采集并存储测量装置的传感器数据，并可通过卫星通信装置将传感器测量的特征数据发送到岸基监控系统。...

【技术特征摘要】
1.一种基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置，其特征在于：包括波浪滑翔器和采集控制系统，采集控制系统设置在波浪滑翔器上；所述波浪滑翔器由舟型浮体、水下滑行装置组成，舟型浮体和水下滑行装置通过脐带缆连接；舟型浮体分为前舱、中舱和后舱，前舱、中舱和后舱分别独立密封，前舱、中舱和后舱的连线通过水密接插件连接；所述采集控制系统包括嵌入式控制器、导航装置、定位装置、卫星通信装置、调向装置、存储卡、同步接口、测量传感器、电源管理电路、太阳能发电系统、ZigBee模块；嵌入式控制器通过串行接口与导航装置、定位装置、卫星通信装置和ZigBee模块连接，通过输入/输出接口(I/O口)与电源管理电路连接，并通过电源管理装置实现电源管理；所述导航装置采用电子罗盘，获取波浪滑翔器当前的方位；所述定位装置采用GPS定位装置，获取波浪滑翔器当前的位置信息；所述卫星通信装置使用卫星终端，采集控制系统具备卫星通信和无线通信两种通信方式，无线通信方式采用ZigBee模块实现数据通信；所述调向装置使用舵机，通过调整舵机角度，调整波浪滑翔器的运行方向；所述太阳能发电系统由两组太阳能发电装置组成，为系统供电；太阳能发电装置由太阳能电池板、大动力聚合物锂能电池和控制器组成；所述测量传感器包括气象传感器、波浪传感器、雨量计、ADCP、AIS和NTD阵；所述ZigBee模块为无线通信模块，既有与嵌入式控制器通过串行接口连接的ZigBee模块，又有分别与波浪传感器、雨量计、AIS、ADCP、气...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颉，李国富，李琦，张爽，张晓娟，贾廷政，吕九红，杨逍，
申请(专利权)人：国家海洋技术中心，
类型：发明
国别省市：天津,12