潜标式水下噪声测量系统技术方案

本发明专利技术属于一种海洋水声工程领域水下噪声测量装置。它是一个同时兼有自控和遥控功能的可回收潜标系统，包括水下记录和水面处理两部分。水下部分由潜标体、释放装置和锚定沉块组成，可在水深３００米内长期值守工作，随时可按预编程序或水面遥控声指令实时地记录１赫至１００千赫范围内的水下噪声，具有测距、导航、自动记录和故障报警功能，它随时可通过水面声指令释放回收，然后由水面系统分析处理。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种海洋水声工程领域水下噪声测量装置，它采用可回收潜标系统测量各种海况下的海洋环境噪声和各种工况下的舰船，潜艇、鱼雷等目标水下辐射噪声。传统的水下噪声测量方法，一是采用工作船或水面浮标悬挂或拖带方式，二是采用岸站方式(布列霍夫斯基，《海洋声学》)。前一方法中，测量水听器直接从工作船上吊入水中(周传真，《水下声系统测量装置》)，或者通过减震装置拖带在船后(《中华人民共和国国家军用标准-海洋环境噪声测量》)，信号通过电缆传送到工作船上进行记录和分析，也有的利用水面浮标代替工作船，测量水听器悬挂在水面浮标下面，信号通过电缆传送到水面浮标上，再通过无线电波发送到工作船或岸边实验站上进行记录和分析(专利GB2220483)。上述这些方法的优点是设备比较简单，操作较易，测量直观，成本较低，适于各类海区，特别是深海区的应用。但是，这些方法，在很多情况下，很难将需要测量的噪声与各种干扰区别开。这些干扰包括工作船的机械噪声，水流流过船体或浮标体的环流噪声，海面滤液式浮体摇动引起的电缆抖动和水听器移动所产生的干扰等等，往往带来很大的测量误差，在高海况下更是无法测量。用岸站方式，测量水听器锚定在海底，信号通过海底电缆传送到岸上的测量站上进行记录分析，如大西洋水下实验与鉴定中心的水下噪声测量系统(R.J.乌立克，《水声原理》)，这种方法可有效地克服上述缺点，但其工程庞大复杂，缺乏机动性，只能用于个别的近海环境和专门的试验场区。本专利技术的目的在于彻底克服水下噪声测量中电缆传输带来的弊端，提出一种由水下测量记录系统和水面信号处理系统组成的水下噪声测量系统，它采用可摇控回收的小型水下潜标，通过预编程或水声遥控方式实时记录水下噪声信号，回收后在实验室进行回放分析处理。本专利技术的水下测量记录系统包括水下锚定系统和水面遥控指令器。水下锚定系统由附图说明图1所示的潜标体、释放装置(4)和锚定沉块(5)组成。潜标体为一个防腐耐压的水密桶(1)，是本潜标系统的主体。为能在水下长期工作和便于投放回收，要求它有良好的水密与耐腐蚀性能，重量轻、体积小，最宜采用钛合金材料制作。桶内安装全部测量记录装置，桶体的直径由记录装置的大小决定，而高度由净浮力考虑决定，要求加载后(包括桶内装置和释放装置)在水下的净浮力在30至50公斤左右。水密桶(1)具有水密桶盖，桶盖上装有可拆卸的测量水听器和遥控/应答换能器(3)。测量水听器由两个独立的无方向性标准水听器(6)、(7)组成，水听器(6)测量频率范围从1赫至100千赫，适用于测量目标噪声和高海况下环境噪声，水听器(7)测量频率范围从1赫至30千赫，而灵敏度比(6)高20dB至30dB，适用于测量低海况下的环境噪声。两个水听器组合在一起，通过一个金属杆(9)伸离桶盖40至50厘米，以避免桶体散射影响。测量信号经前放(8)和水密插头(10)输入桶内记录系统。遥控/应答换能器(3)用于接收水面遥控声指令，同时用于发送应答和导航声信号。测量记录装置由前置处理单元(11)、数据记录仪(12)、同步测距装置(13)、遥控接收与应答装置(15)、控制器(14)和电池(16)组成。水下测量记录操作全部由控制器(14)控制。它是个全CMOS电路的微处理机系统，能靠本身电池在水下连续工作三个月以上，在此期间，它按预编程序或水面遥控声指令控制测量记录操作。控制器(14)带有数字键盘和液晶显示器。在系统投放前，用户通过数字代码设置水下作业程序，每次可设置100个不同的作用，每个作业可选择不同的工作方式，水听器，开始时间和结束时间。有两种工作方式，一是立即记录方式，二是自动记录方式。自动记录方式是根据信噪比的大小来决定记录与否，水下工作如图3所示可处在三种不同的工作状态值守状态、自动记录状态和立即记录状态。在值守状态(17)，只有控制器(14)和遥控接收与应答装置(15)工作，等待水面遥控指令和判断下一次作业时间是否到达，当接收“遥控测量”指令(18)后转入自动记录状态(19)，进入该状态后它先测量环境噪声级，然后计算平均信噪比，待信噪比超过6dB后自动启动记录，当信噪比降低到6dB以下后，停止记录。当接收“遥控记录”指令(20)后转入立即记录状态(21)，在没有遥控指令时，控制器判断预置的作业时间是否到达(22)，到达后判断预置的工作方式是否“立即记录”(23)，若是，则转入立即记录状态(24);若否，则转入自动记录状态(25)。不论在哪个状态，控制器都时刻在判断有没有“遥控关机”指令。一旦接收“遥控关机”指令，系统立即回到值守状态(17)，在(24)、(25)状态到达作业结束时间亦回到值守状态(17)。前置处理单元(11)对两个水听器(6)、(7)的信号进行选择，然后进行放大，被测噪声为准平稳随机过程，平均功率变化较慢，瞬时振幅呈高斯分布。为保证必需的记录动态和记录信噪比，采用自动变挡式的二进制数控增益放大器，用1-4秒的信号平均功率控制放大量，每级变化6dB，共16级，每秒调整一次，使输出有效值总保持在6dB范围内，放大后的信号分别通过低通滤波器和高通滤波器分为低频段和高频段两路信号给记录仪(12)记录。为完整记录被测噪声的波形，记录仪峰值量稳定在信号最大有效值的一倍至二倍左右。记录仪(12)为多通道数据记录仪，使用盒式录像磁带作记录，记录频率从直流至100千赫。每次记录用三个低道，低频段信号用调频(FM)方式进行记录，高频段信号用直接(DR)方式进行记录，同时用一个调频通道用数写形式记录各种参数，包括记录号、作业号、记录时间、增益码和目标距离，采用磁道自动转换技术，当记录到达磁带端点时自动转换到下三个磁道作反向走带记录，使一盒磁带可来回使用多次。遥控接收与应答装置(15)用于与水面工作船上的遥控指令器相联系，它可以接收和识别指令器发射的3个指定编码声指令，当控制器执行指定的遥控指令后，控制器通过它向水面发送一组应答声信号，每个应答声信号为单频填充的声脉冲。当出现记录故障或磁带全部用完时，通过应答声信号向水面报警。当系统处于自动记录状态时，以同步测距的同步周期不断发射应答声信号。用作目标舰的导航信号。同步测距装置(13)备有高精度的同步钟，预先与被测目标上的同步钟同步，测量目标噪声时，利用同步测距方法测量目标距离，距离值与噪声信号同时记录在磁带上。为保证同步测距长时间的精度，同步钟采用温控晶振制作，其精度优于5×10-9，在9天内测距误差最大10米左右，可满足各种目标噪声测量的要求，如果测量在投放后一两天内进行，同步钟精度可以低些。可用普通晶振制作后节约电源。电池(16)提供水密桶(1)内的全部电路的电源供应，由银锌电池组和高效碱性干电池组组成。记录仪与同步钟由银锌电池组供电，以保证必需的电流和功率，其余电路工作电流小，由于电池供给电，以降低成本。释放装置(4)由两个并行工作的声应答释放器组成，其中任一个接收到水面遥控释放指令都能使水下系统与锚定沉块脱钩，释放装置最好采用两个不同类型的释放器组成，这样可以适应更复杂的情况，提高释放的可靠性。潜标体具有足够的净浮力，脱钩后能连同释放装置一起浮上水面。在释放回收过程中，释放器不断发生应答声信号，便于水面工作船跟踪寻找。沉块(5)为消耗性部件，释放回收时即丢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由水下测量记录系统和水上信号处理系统组成的水下噪声测量系统，其特征在于它利用水面遥控指令器以及由潜标体、释放装置和沉块组成的水下锚定装置，在水下按预编程序或声遥控方式实时记录水下噪声信号，回收后利用水上计算机处理系统进行回放分析，所说的潜标体是由一个内装测量记录装置及电池的水密桶（１），安装在桶盖上的测量水听器和遥控／应签换能器（３）所组成，通过尼龙缆绳（２）将水密桶（１）、释放装置（４）和沉块（５）连结起来并放置在水下的测量深度中，所说的水上计算机处理系统，是由带有ＧＰＩＢ接口的数据记录仪（２６），带通滤波器（２７）、高分辨频谱分析仪（２８）以及１６位微型计算机（２９），ＧＰＩＢ接口板（３２），Ａ／Ｄ变换板（３３）、ＲＳ－２３２↑［Ｃ］接口板（３４）、打印机（３０）和绘图仪（３１）所组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张双荣，陈耀明，解宝兴，赵志强，赵广存，杜支前，田志英，穆廷荣，张昌国，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]