一种基于光纤水听器阵列的噪声测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于光纤水听器阵列的噪声测量装置及测量方法，测量装置为数据采集和传输系统由测量船的数据采集系统、复合缆绞车、光电复合缆组成，光纤水听器平面阵固定在水下平台上，四个水下声信标分别安装在水下平台四个角上，光纤水听器平面阵通过光电复合缆与测量船的数据采集系统相连，光电复合缆由复合缆绞车收放，复合缆绞车放置在测量船上，水下航行体在水下声信标指引下在布有光纤水听器平面阵下面的水中航行。本发明专利技术能够在实航状态下对水下航行体进行动态全息的辐射噪声测量，可弥补现有辐射噪声测量技术和方法的不足，满足水下航行体减震降噪研究和装备性能评价的迫切需求，具有良好的实用价值和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤水听器阵列的噪声测量装置及测量方法
本专利技术属于水下噪声测量领域，涉及一种水下航行体的辐射噪声测量装置及测量方法，特别是一种可以对水下航行体辐射噪声源的分布情况进行近场全息、实航动态测量装置及测量方法。
技术介绍
水下航行体的辐射噪声对其性能及使命任务的完成具有重大影响，为实现减震降噪，设计和制造厂商进行大量的研究工作，并采取了许多技术措施，但对其效果的评价及主要噪声源的定位研究仍缺乏全面有效的手段。目前一般对水下航行体辐射噪声测量方法主要有三类，第一类是采用基于远场测量的方法，该方法用标准水听器在距离被测目标足够远的位置(满足水声场的远场条件)，测量水下航行体的的总噪声级，这种方法将一个数十米甚至上百米长的水下航行体视为一个点声源，虽然可以评价其总辐射噪声级，但无法区分其辐射噪声的部位和噪声源分布情况；第二类是采取近场扫描方法，用一个水听器线列阵沿水下航行体表面一定距离进行扫描测量，可以获得噪声源在被测目标体上的分布情况，但该方法必须在航行体处于系泊状态才能进行，因此其测量结果无法准确反映水下航行体在真实航行状态下以及各种航速情况下的噪声源分布；第三类采用在水下航行体表面加装多个振动传感器，通过测量航行体壳体的机械振动情况，从而间接推测其辐射噪声情况，该方法可以进行实航动态测量，但机械振动和辐射噪声之间的关系受多种因素的影响，其间接推算的测量结果的准确性和可信性尚不能满足要求。目前尚无一种可以实现近场、全息、实航动态、直接测量的噪声测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有辐射噪声测量技术的不足，以及水下航行体减震降噪研究和装备性能评价的迫切需求，提出一种水下航行体的辐射噪声测量装置及测量方法，本专利技术能够在实航状态下对水下航行体进行动态全息的辐射噪声测量，为水下航行体等目标的主要噪声源的定位研究以及减震降噪效果的评价提供全面有效的手段。本专利技术为实现上述目的而采用的技术方案是：一种基于光纤水听器阵列的噪声测量装置，包括水下航行体、光纤水听器平面阵、水下平台、四个水下声信标、数据采集和传输系统，数据采集和传输系统由测量船的数据采集系统、复合缆绞车、光电复合缆组成，其特征在于：光纤水听器平面阵固定在水下平台上，四个水下声信标分别安装在水下平台四个角上，光纤水听器平面阵通过光电复合缆与测量船的数据采集系统相连，光电复合缆由复合缆绞车收放，复合缆绞车放置在测量船上，水下航行体在水下声信标指引下在布有光纤水听器平面阵下面的水中航行。所述的光纤水听器平面阵由至少3条光纤水听器线列阵和安装支架组成，将所有光纤水听器线列阵等间距排列固定在安装支架上形成纤水听器平面阵。所述的光纤水听器线列阵由至少8个等间距排列的光纤水听器组成。所述的水下平台由水下平台框架结构、四个浮力筒、四个深度调节装置、四个锚系组成，所述的水下平台框架结构为承力的桁架钢结构，四个浮力筒分别置于桁架钢结构的四个角上，每个浮力筒上安装一个深度调节装置，每个锚系的锚索与深度调节装置相连。所述的深度调节装置为卷扬机，容缆量150m，速度0.5m/s。所述的锚系由2吨2爪的抓力锚、1T的重力锚和锚索组成，锚索为不锈钢钢索，长度150m。利用权利要求上述的基于光纤水听器阵列的噪声测量装置的测量方法，其特征在于按以下步骤进行：首先在预定试验海区进行布锚，将四个锚系按150m×50m距离成矩形布放，然后将光纤水听器平面阵和四个水下声信标安装在水下平台上，并用拖船拖带到试验海区，水下平台的四个角分别通过每个锚系的锚索相连，再用光电复合缆将水下平台的光纤水听器平面阵和测量船相连，连接完成后，启动水下平台上的深度调节装置，将光纤水听器平面阵沉放到预定深度，并将姿态调平到水平位置，然后通知被测的水下航行体按照水下声信标指示的方位航行通过测量区域，完成实航动态全息噪声测量。在距离测量船附近设一个锚泊浮球，将光电复合缆挂接在锚泊浮球上；便于确定沉底布放的光电复合缆位置和走向。本专利技术采用基于光纤水听器的矩形平面阵列结构作为噪声测量传感器。光纤水听器平面阵的阵元数应足够多，实际数量取决于系统设计要求的声源定位分辨率，光纤水听器具有相对较高的灵敏度，以及较好的大规组阵性能，同时具有体积小、重量轻、成本低等优点。为便于工程实施，光纤水听器平面阵采用等间距排列的光纤水听器线列阵组成，每条水听器线列阵由多个等间距排列的光纤水听器基元组成。为方便噪声数据处理分析，一般应采用纵横间距相等的布阵方法，即线列阵排列间距和水听器排列间距相等，排列间距根据系统设计要求的测量频率范围确定，一般排列间距应小于最小测量波长的1/2。因水下航行体的深度控制精度相对较高，为减少风险，避免与水下平台发生碰撞，光纤水听器平面阵采用水平布放方法，水下航行体从光纤水听器平面阵上面通过进行测量。同时为减少海底声反射对噪声测量结果的影响，光纤水听器平面阵还应悬浮在距海底一定高度。为便于使用，使可实现的实航动态全息噪声测量系统成为一个可移动的系统，该专利技术采用一个活动的矩形的水下平台作为光纤水听器平面阵的安装基础平台。水下平台为正浮力结构，可浮于水面并由拖船拖带到目标试验海区，正浮力结构还可使其在用外力将其拉入水面以下时保持悬浮状态。到达预定测量作业海域后，水下平台采用四角锚系方法进行位置固定，水下平台固定锚系设四个，每个锚系由1个抓力锚、1个重力锚、以及1根锚索组成。水下平台沉入水下的深度调节及姿态调平采用调整连接锚系的锚索长度的方法实现，深度调节装置设有4个，分布位于水下平台的四个角，深度调整装置一般采用卷扬机实现。为在测量过程中，使被测的水下航行体按预定航路准确通过光纤水听器平面阵的测量区域，该专利技术采用一种在水下平台上安装水下声信标实现对被测水下航行体的导航和定位，引导被测水下航行体通过光纤水听器平面阵的测量区域。水下声信标有四个，选用成熟的市场产品，分别安装在矩形的水下平台的四个角，被测水下航行体通过接收这四个水下声信标的发射信号，通过分析计算可实现对光纤水听器平面阵的定位。该专利技术采用基于水面测量船的数据采集和长距离的光电复合缆实现水下光纤水听器平面阵和测量数据采集系统的连接和信息传输。光电复合缆采用负浮力的钢丝铠装光电复合缆，光电复合缆采用沉底布放方法，且沿水下航行体航路的垂直方向布放，以避开被测水下航行体的安全航路范围。为保持安全距离并减少测量船的噪声对测量结果的干扰和影响，光纤水听器平面阵与测量船之间的距离应为被测水下航行体尺度的10倍以上。本专利技术能够在实航状态下对水下航行体进行动态全息的辐射噪声测量，给出具有可操作性的从水听器平面阵、水下平台、目标导航定位、信息传输等完整的实现方法，可弥补现有辐射噪声测量技术和方法的不足，满足水下航行体减震降噪研究和装备性能评价的迫切需求，具有良好的实用价值和社会效益。附图说明图1为本专利技术的使用时纵剖面示意图；图2为本专利技术的水平面示意图；图3为本专利技术的实施例示意图。图中：1－水下航行体；2－光纤水听器平面阵；3－水下平台；4－水下声信标；5—深度调节装置；6－锚系；7－光电复合缆；8—测量船；9—锚泊浮球。具体实施方式以下将结合附图对本
技术实现思路
的具体实施做进一步举例说明，但本专利技术的实际制作参数选择、材料和结构尺寸并不仅限于实施例所给出的。参见图1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤水听器阵列的噪声测量装置，包括水下航行体、光纤水听器平面阵、水下平台、四个水下声信标、数据采集和传输系统，数据采集和传输系统由测量船的数据采集系统、复合缆绞车、光电复合缆组成，其特征在于：光纤水听器平面阵固定在水下平台上，四个水下声信标分别安装在水下平台四个角上，光纤水听器平面阵通过光电复合缆与测量船的数据采集系统相连，光电复合缆由复合缆绞车收放，复合缆绞车放置在测量船上，水下航行体在水下声信标指引下在布有光纤水听器平面阵下面的水中航行。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤水听器阵列的噪声测量装置，包括水下航行体、光纤水听器平面阵、水下平台、四个水下声信标、数据采集和传输系统，数据采集和传输系统由测量船的数据采集系统、复合缆绞车、光电复合缆组成，其特征在于：光纤水听器平面阵固定在水下平台上，四个水下声信标分别安装在水下平台四个角上，光纤水听器平面阵通过光电复合缆与测量船的数据采集系统相连，光电复合缆由复合缆绞车收放，复合缆绞车放置在测量船上，水下航行体在水下声信标指引下在布有光纤水听器平面阵下面的水中航行。2.根据权利要求1所述的基于光纤水听器阵列的噪声测量装置，其特征在于：所述的光纤水听器平面阵由至少3条光纤水听器线列阵和安装支架组成，将所有光纤水听器线列阵等间距排列固定在安装支架上形成纤水听器平面阵。3.根据权利要求2所述的基于光纤水听器阵列的噪声测量装置，其特征在于：所述的光纤水听器线列阵由至少8个等间距排列的光纤水听器组成。4.根据权利要求2所述的基于光纤水听器阵列的噪声测量装置，其特征在于：所述的水下平台由水下平台框架结构、四个浮力筒、四个深度调节装置、四个锚系组成，所述的水下平台框架结构为承力的桁架钢结构，四个浮力筒分别置于桁架钢结构的四个角上，每个浮力筒上安装一个深度调节装置，每个锚系的锚索与深度调节装置相连。5.根据权利要求4所述的基于光纤水听器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张西建，张海兵，
申请(专利权)人：北京神州普惠科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11