一种用于深海的声学潜标系统技术方案

本发明专利技术涉及水下通信和水声潜标信号声学传输以及处理、海洋声学仪器设备技术领域，具体涉及一种用于深海的声学潜标系统，该系统包括：基础模块和功能扩展模块；功能扩展模块中的各单元插接在设置基础模块上的多个通用接口上；所述基础模块，用于深海水密耐压、低功耗水下值班、系统状态监控和提供多个通用接口；所述功能扩展模块，用于完成深海的多通道水声信号采集记录、水声信号接收和处理、待发射的水声信号准时发射。基于基础模块，通过选择不同的功能扩展模块满足各种使用需求，达到一标多用的目的。该系统克服了当前声学潜浮标专用性强的局限性，同时提高了潜标各单元的利用率，降低了试验设备的维护保障难度。

An acoustic buoy system for deep sea

【技术实现步骤摘要】
一种用于深海的声学潜标系统
本专利技术属于水下通信和水声潜标信号声学传输以及处理、海洋声学仪器设备
，具体涉及一种用于深海的声学潜标系统。
技术介绍
海洋声学潜标能携带多种声学测量和海洋环境传感设备，布放于深海海域后在水下自主工作，相对隐蔽地进行长期、定点的水声信号采集、记录、处理和水声信号发射，以及连续、多层面的同步海洋环境测量，是开展海洋声学技术研究的重要装备。深海声学潜标装置具有系统复杂、使用需求多样、传感设备种类众多、技术先进、不易遭到破坏的特点，在海洋科学调查研究、海洋军事等方面得到了广泛的应用。鉴于海洋声学潜标使用需求的多样化，目前应用于海洋声学技术研究的声学潜标的专用性较强，一般采用一标一用的设计方法，针对具体的应用需求，采用定制化设计的舱内控制电子系统和与海水接触的湿端部件。对于各种类型和不同应用需求的声学潜标来说，一方面，没有充分利用声学潜标通用模块，大幅增加硬件成本，另一方面，不同声学潜标的特点各异、操作要求不同，增加了使用和运行维护的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有海洋声学潜标存在的上述缺陷，本专利技术提出了一种用于深海的声学潜标系统，该系统能够做到一标多用，并用于深海环境下的水声物理研究、海洋调查、水声探测、通信、导航定位和国家海洋安全等诸多研究；该系统克服当前声学潜浮标专用性强的局限性，提高声学潜标系统中各单元的利用率，降低声学潜标系统的维护保障难度。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于深海的声学潜标系统，该系统包括：基础模块和功能扩展模块；功能扩展模块中的各单元插接在设置基础模块上的多个通用接口上；所述基础模块，用于深海水密耐压、低功耗水下值班、系统状态监控和提供多个通用接口；所述功能扩展模块，用于完成深海的多通道水声信号采集记录、水声信号接收和处理、待发射的水声信号准时发射。作为上述技术方案的改进之一，所述基础模块进一步包括：主控处理器、接口单元、弱电电源单元、水密及机械结构单元；所述主控处理器，用于完成通用潜标平台的低功耗水下值班、系统状态监测和控制；所述接口单元，用于提供多个通用接口，并实现主控处理器、弱电电源单元、水密及机械结构单元、功能扩展模块的各单元的接口连接；所述弱电电源单元，用于提供电源管理和控制，为主控处理器、接口单元、功能扩展模块的各单元提供弱电电源；所述弱电电源单元采用一次性锂电池或可充式锂电池；所述水密及机械结构单元，用于提供深海水密耐压。作为上述技术方案的改进之一，所述主控处理器包括：第一处理单元、第二处理单元和存储单元；所述第一处理单元，用于完成通用潜标平台的低功耗水下值班、水下能源供给；所述第二处理单元，用于对系统状态进行监测和控制；所述存储单元，用于存储准时发射参数。作为上述技术方案的改进之一，所述水密及机械结构单元包括：深海水密电子舱和系留结构；所述水密电子舱，用于将主控处理器、接口单元、弱电电源单元、水密及机械结构单元均安装位于水密电子舱内部，并保护位于舱内部的各单元在深海下恶劣环境中正常工作；所述系留结构为保障水密电子舱、其他湿端设备在水中位置和深度稳定的支撑平台。作为上述技术方案的改进之一，所述系留结构包括：浮体、系留缆、深海声学释放器、锚系重块；浮体的下方连接深海水密电子舱，深海水密电子舱的下方顺序连接系留缆、深海声学释放器、锚系重块。作为上述技术方案的改进之一，所述功能扩展模块进一步包括：深海水听器阵列、数据采集单元、数据存储单元、时钟和信号处理单元、高精度频标单元、功放单元、深海发射换能器和强电电源单元；所述深海水听器阵列，用于完成多路水声信号的声电转换、前置放大和滤波，获得多路模拟信号，并将拾取到的每个采样点的多路模拟信号传输至数据采集单元；所述数据采集单元，用于接收并将拾取的每个采样点的多路模拟信号进行调理和AD转换的预处理，获得每个采样点的预处理后的多路数字信号；所述数据存储单元，用于存储、记录每个采样点的预处理后的数字信号；所述时钟和信号处理单元，用于对预先存储在主控处理器中的准时发射参数进行编码，获得待发射水声信号，并依据高精度频标单元提供的精准频率源信号，向功放单元发送触发信号，并维持高精度的工作时钟；所述高精度频标单元，用于采用低功耗原子频标，为时钟和信号处理单元提供高精度的频率源信号，同时可在岸上通过接入铷钟系统，对高精度频标单元进行驯服，使其保持更高精度；所述功放单元，用于接收时钟和信号处理单元输出的待发射水声信号，并对该待发射水声信号进行功率放大，获得放大后的待发射水声信号；所述功放单元同时接收时钟和信号处理单元输出的触发信号，当接收到触发信号后，立即将放大后的待发射水声信号输出至深海发射换能器；所述深海发射换能器，用于实现电声能量的转换，接收放大后的待发射水声信号，将其转换为声能量，在海水中辐射出去；所述强电电源单元，用于向功放单元提供强电电源。作为上述技术方案的改进之一，所述功能扩展模块还包括：上位机单元和海洋仪器设备；所述上位机单元，用于与主控处理器相连接，实现人机交互；所述海洋仪器设备，用于提供ADCP、CTD、海底地震仪、生物传感器、化学传感器的连接接口，实现海洋环境信息观测。作为上述技术方案的改进之一，所述深海水听器阵列包括：多个压电型水听器单元，通过多个压电型水听器单元拾取每个采样点的多路水声信号，并将拾取的每个采样点的多路水声信号进行声电转换、前置放大和滤波，获得每个采样点的多路模拟信号，并将拾取到的每个采样点的多路模拟信号传输至数据采集单元。作为上述技术方案的改进之一，所述强电电源单元为一次性锂电池或可充式锂电池。作为上述技术方案的改进之一，所述通用潜标平台具体包括：浮体、水密电子舱、深海声学换能器、深海水听器阵列、系留缆、浮球、深海声学释放器、锚系重块、海洋仪器设备；浮体位于海面上，其下顺序连接水密电子舱、深海声学换能器、深海水听器阵列、系留缆、浮球、深海声学释放器、锚系重块、海洋仪器设备。本专利技术相比于现有技术的有益效果在于：1、本专利技术提出了一种用于深海的声学潜标系统，基于基础模块，通过选择不同的功能扩展模块满足各种使用需求，达到一标多用的目的。该系统克服了当前声学潜浮标专用性强的局限性，同时提高了潜标各单元的利用率，降低了试验设备的维护保障难度。2.本专利技术的系统是一种可应用于深海环境的综合性声学潜标系统，集成了水声信号采集记录、水声信号接收和处理、待发射水声信号准时发射、海洋环境监测、人机交互等多种功能，能够满足水声物理研究、海洋调查、水声探测、通信、导航定位和国家海洋安全等诸多研究领域的使用需求。3.该潜标平台采用功能模块化和接口标准化的思路，一方面通过功能切分将潜标平台分为若干个基础模块和功能扩展模块，另一方面各单元间采用标准化的硬件接口和软件协议，便于潜标平台的系列化、组合化设计，也有利于系统进一步改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于深海的声学潜标系统，其特征在于，该系统包括：基础模块和功能扩展模块；功能扩展模块中的各单元插接在设置基础模块上的多个通用接口上；/n所述基础模块，用于深海水密耐压、低功耗水下值班、系统状态监控和提供多个通用接口；/n所述功能扩展模块，用于完成深海的多通道水声信号采集记录、水声信号接收和处理、待发射的水声信号准时发射。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于深海的声学潜标系统，其特征在于，该系统包括：基础模块和功能扩展模块；功能扩展模块中的各单元插接在设置基础模块上的多个通用接口上；
所述基础模块，用于深海水密耐压、低功耗水下值班、系统状态监控和提供多个通用接口；
所述功能扩展模块，用于完成深海的多通道水声信号采集记录、水声信号接收和处理、待发射的水声信号准时发射。


2.根据权利要求1所述的用于深海的声学潜标系统，其特征在于，所述基础模块进一步包括：主控处理器、接口单元、弱电电源单元、水密及机械结构单元；
所述主控处理器，用于完成通用潜标平台的低功耗水下值班、系统状态监测和控制；
所述接口单元，用于提供多个通用接口，并实现主控处理器、弱电电源单元、水密及机械结构单元、功能扩展模块的各单元的接口连接；
所述弱电电源单元，用于提供电源管理和控制，为主控处理器、接口单元、功能扩展模块的各单元提供弱电电源；所述弱电电源单元采用一次性锂电池或可充式锂电池；
所述水密及机械结构单元，用于提供深海水密耐压。


3.根据权利要求2所述的用于深海的声学潜标系统，其特征在于，所述主控处理器包括：第一处理单元、第二处理单元和存储单元；
所述第一处理单元，用于完成通用潜标平台的低功耗水下值班、水下能源供给；
所述第二处理单元，用于对系统状态进行监测和控制；
所述存储单元，用于存储准时发射参数。


4.根据权利要求2所述的用于深海的声学潜标系统，其特征在于，所述水密及机械结构单元包括：深海水密电子舱(2)和系留结构；
所述水密电子舱(2)，用于将主控处理器、接口单元、弱电电源单元、水密及机械结构单元均安装位于水密电子舱内部，并保护位于舱内部的各单元在深海下恶劣环境中正常工作；
所述系留结构为保障水密电子舱(2)、其他湿端设备在水中位置和深度稳定的支撑平台。


5.根据权利要求2所述的用于深海的声学潜标系统，其特征在于，所述系留结构包括：浮体(1)、系留缆(5)、深海声学释放器(7)、锚系重块(8)；
浮体(1)的下方连接深海水密电子舱(2)，深海水密电子舱(2)的下方顺序连接系留缆(5)、深海声学释放器(7)、锚系重块(8)。


6.根据权利要求1所述的用于深海的声学潜标系统，其特征在于，所述功能扩展模块进一步包括：深海水听器阵列(4)、数据采集单元、数据存储单元、时钟和信号处理单元、高精度频标单元、功放单元、深海发射换能器和强电电源单元；
所述深海水听器阵列(4)，用于完成多路水声信号的声电转换、前置放大和滤波，获得多路模拟信号，并将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斌，陈曦，韩一丁，张仁和，吴立新，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11