【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声光纤传感，具体领域为一种深海海底快速布放阵列系统及其布放方法。
技术介绍
1、为形成海洋大部分区域的水下探测能力，要求水下探测系统的最大工作水深可达3000米以上，因此布放难度大，对系统的声学性能、机械性能和可靠性要求高；而且深海海域通常离岸较远，需要上百甚至上千公里的传输缆进行数据回传，工程难度大，建设成本高。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种深海海底快速布放阵列系统及其布放方法，重点解决总体方案设计、布放仿真计算、设备选型及集成等问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种深海海底快速布放阵列系统，包括含收放装置的布放船(1)、霍尔锚(2)、含传输光缆的深海光纤阵(3)、自容式水听器(4)、自容式温深传感器(5)、耐压浮球(6)、重力锚块(7)、声学释放器(8)、塑料浮球(9)、尾部牵引绳(11)、前导牵引绳(12)和主承力凯夫拉绳(13)，所述的深海光纤阵(3)、自容式水听器(4)、自容式温深传感器(5)为用于接收声学、温度、深度等海洋环境信息的传感组件，所述的布放船(1)、霍尔锚(2)、耐压浮球(6)、重力锚块(7)、声学释放器(8)、塑料浮球(9)、尾部牵引绳(11)、前导牵引绳(12)和主承力凯夫拉绳(13)为用于深海光纤阵(3)、自容式水听器(4)和温深传感器(5)提供搭载平台，确保各测量仪器在水中的姿态及深度的系留组件。
3、为实现上述目的，本专利技术还提供如下技术方案：
4、(1)通过船载深水多波束队布放海域水深及海底地貌进行测量，选择水深合适且地形平坦区域进行布放作业；
5、(2)布放船(1)航行至指定落锚点位后，开启dps，设定船位与艏向，将尾部牵引绳(11)连接至霍尔锚(2)，通过船用卷扬机提供牵引力，门架上端滑轮提供导向支承，将霍尔锚(2)以1m/s左右匀速放入水中，整个落锚过程中，布放船(1)应始终定位于落锚点正上方，艏向与经过剖面流场计算得到的锚系方向相反；
6、(3)尾部牵引绳(11)外放至霍尔锚(2)接近海底时，降低卷扬机转速，观察缆绳(11)受力情况，并通过adcp观测当前流场剖面信息，估算实际落锚点相对布放船(1)位置，并作记录；
7、(4)待霍尔锚(2)沉底后，继续以1m/s的速度释放尾部牵引绳(11)直至前导绳(12)入水，开始释放前导牵引绳(12)，并将深海光纤阵(3)通过细绳捆绑固定于前导牵引绳(12)尾端，捆绑完成后，继续以1m/s释放剩余前导牵引绳(12)，布放船(1)以1m/s的速度逆流航行，直至前导牵引绳(12)释放完毕；
8、(5)启动绞车，释放承力凯夫拉绳(13)与释放器(8)、重力锚(7)连接后，起吊并入水，入水过程中应当在甲板一侧拖拽锚块(7)使其向一侧偏移，以避免刚入水初期与前导牵引绳发生缠绕。锚块(7)入水后，控制绞车以0.5m/s是速度释放主承力凯夫拉绳(13)，同时布放船(1)以0.65m/s的速度航行，放缆的同时将自容式水听器(4)、温深传感器(5)以及缆绳浮子(6)按照之前预留的标记位固定于主承力凯夫拉绳(13)上，形成温深传感器和自容式水听器阵列(10)，尾缆则通过重力锚(7)及系留缆法向拖曳力造成的倾斜所提供的水平分力随着布放船航行方向缓慢拉直；
9、(6)布放船继续逆流航行，在航行过程中，布放水面漂浮段，边航行边按一定间距布置塑料浮球(9)，直到完成整条锚系的布放。
10、在其中一些实施例中，布放过程中传输光缆和承力绳的受力和运动状态关系到布放能否成功，传输光缆和承力绳受环境载荷超过极限会发生断裂，其主要受海流载荷，海流载荷的计算中，将流速的大小视为定值进行计算分析，通常取平均流速作为定常值进行计算，流荷载计算的公式如下：
11、
12、
13、式中，ρ为流体质量密度；φ为微段倾角；cn为流体法向阻力系数，通过试验确定；ct为流体切向阻力系数，一般ct＝(0.01～0.03)cn；
14、传输光缆布放的姿态和最终位置影响使用效果，同时为避免传输光缆和承力绳相互缠绕，需要对布放过程进行仿真预测，布放是一个动态的过程，根据牛顿第二定律可得传输光缆和承力绳的时域运动方程：
15、
16、式中，m为质量矩阵；c为辐射阻尼矩阵；d1为一次阻尼矩阵；d2为二次阻尼矩阵；k为静水刚度矩阵；x为位移矢量；f为矢量函数；q为激励力。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)可按需快速部署和回收。该系统可按需快速部署在指定海域，通过母船或水面浮标实时接收信号，形成大范围、全时的被动预警监视和跟踪定位能力，当遇到恶劣天气和敌情等特殊情况时，可在较短时间内完成系统回收，并安全撤离。
18、(2)集成性强，系统设置灵活。系统可集成自容式水听器阵列、光纤水听器阵列、温深传感器阵列等多种传感阵列，可在全海深的任意位置布置自容式水听器和温深传感器，且在海底半径数公里范围内布置光纤水听器阵列，同时根据实际使用需要确定阵元数量和阵列孔径等。
19、(3)成本低、布放可靠性高。深海海底光纤阵要完成深海布放和信号传输，通常采用高抗拉强度和耐高静水压的动态光缆，但这种定制化的动态光缆价格非常昂贵，而且动态光缆由于耐压和抗拉的要求，直径会比较大，通常在20mm以上，因此对于绞车的容缆量要求会很高。这里提出的采用凯夫拉绳作为布放主承力绳，并采用细经耐压铠装光缆进行信号传输，成本将大大降低，且凯夫拉绳和铠装光缆重复利用率高；另外仅采用直径较细的凯夫拉绳和光缆后，对于绞车的容缆量要求降低；再次布放过程中，整套系统主要靠凯夫拉绳受力，光缆不直接受力，因此传输光缆不易发生弯折或拉断等损坏，提高了布放可靠性。
20、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂，通过本申请的实施例对本申请进行详尽说明和了解。
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1.一种深海海底快速布放阵列系统，其特征在于：包括含收放装置的布放船(1)、霍尔锚(2)、含传输光缆的深海光纤阵(3)、自容式水听器(4)、自容式温深传感器(5)、耐压浮球(6)、重力锚块(7)、声学释放器(8)、塑料浮球(9)、尾部牵引绳(11)、前导牵引绳(12)和主承力凯夫拉绳(13)，所述的深海光纤阵(3)、自容式水听器(4)、自容式温深传感器(5)为用于接收声学、温度、深度等海洋环境信息的传感组件，所述的布放船(1)、霍尔锚(2)、耐压浮球(6)、重力锚块(7)、声学释放器(8)、塑料浮球(9)、尾部牵引绳(11)、前导牵引绳(12)和主承力凯夫拉绳(13)为用于深海光纤阵(3)、自容式水听器(4)和温深传感器(5)提供搭载平台，确保各测量仪器在水中的姿态及深度的系留组件。
2.一种深海海底快速布放阵列系统的布放方法，其特征在于：根据权利要求1所述的深海海底快速布放阵列系统，其具体布放流程为：
3.根据权利要求2所述的一种深海海底快速布放阵列系统的布放方法，其特征在于：布放过程中传输光缆和承力绳的受力和运动状态关系到布放能否成功，传输光缆和承力绳
...【技术特征摘要】
1.一种深海海底快速布放阵列系统，其特征在于：包括含收放装置的布放船(1)、霍尔锚(2)、含传输光缆的深海光纤阵(3)、自容式水听器(4)、自容式温深传感器(5)、耐压浮球(6)、重力锚块(7)、声学释放器(8)、塑料浮球(9)、尾部牵引绳(11)、前导牵引绳(12)和主承力凯夫拉绳(13)，所述的深海光纤阵(3)、自容式水听器(4)、自容式温深传感器(5)为用于接收声学、温度、深度等海洋环境信息的传感组件，所述的布放船(1)、霍尔锚(2)、耐压浮球(6)、重力锚块(7)、声学释放器(8)、塑料浮球(9)、尾部牵引绳(11)、前导牵引绳(12)和主承力凯夫拉绳(13)为...
【专利技术属性】
技术研发人员：金梦群，戚柳明，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：
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