一种水下数据无线传输潜标的制作方法

1.本发明涉及一种水下数据无线传输潜标，属于海洋环境信息监测技术领域。


背景技术：

2.声学潜标系统是一种获取海洋环境信息的有效手段，它可以在恶劣海洋环境条件下长期、连续、隐蔽地在水下工作，对过往舰船、水中运动目标和各种海况下的环境噪声信息进行收集。上世纪六十年代，一些海洋发达国家开始使用潜标，并在这个基础之上迅速发展其本国的潜标技术。经过几十年的发展，如今潜标系统已经成为调查海洋环境的重要手段之一，潜标系统不需要人员来进行控制、可以在大多数海洋环境下进行工作、工作周期长、隐蔽性好、可自动实时对海洋气象等进行检测。同时，由于其自动化程度高，捕获信息量大，安全可靠，因此在海洋环境信息研究领域具有广阔的发展应用前景。
3.目前使用潜标进行海洋环境信息监测，若要获取潜标数据信息，需要每隔几个月甚至几年进行潜标的回收，潜标数据不具有实时性。如果采集系统出现问题，可能导致潜标数据不能使用，这会损耗大量的人力、物力。
4.公开号为cn112367112a的专利公开了一种基于多模卫星通讯系统的深海潜标实时数据传输系统，其采用卫星通讯系统进行实时数据传输，但通过卫星发送数据时设备需要暴露在水面以上，潜标容易被打捞而导致丢失，而且数据传输为原始数据，数据量较大，在有限传输数据带宽的情况下，数据传输时间较长。公开号为cn112478059a的专利公开了一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，其结构复杂，尺寸大，重量重，需要试验船船配有吊车、卷扬机等重型设备进行布放回收，给布放回收带来较大的人力和物力成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种水下数据无线传输潜标。该潜标尺寸小、重量轻，隐蔽性好，可长时间传输数据，布放回收简易方便。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种水下数据无线传输潜标，包括标体框架，所述标体框架的顶部固定设置有水听器和水通机，上部框架中设置有浮球，底部设有底座，浮球下方的标体框架内设置有用于数据处理的电子舱，标体框架上还设有用于断开标体框架与底座之间连接的释放器；水听器和水通机均通过电缆与电子舱电连接。
7.进一步的，所述水听器为用于感知海洋环境信息的mems电容式加速度计，包括mems电容芯片和asic电路，所述海洋环境信息包括声压信号和振速信号。
8.进一步的，所述水通机包括换能器和第一采集处理电路，所述换能器用于进行水声通信，所述第一采集处理电路用于对换能器接收到的信息进行采集、解析和处理，还用于将电子舱的处理结果信息传给换能器；发送数据时，第一采集处理电路接收电子舱处理得到的频率结果信息，并将信息传给换能器进行水声通信传输；
接收数据时，换能器接收水声通信信息，将信息传给第一采集处理电路，第一采集处理电路对数据进行采集、解析和处理，再将处理后数据传给电子舱。
9.进一步的，所述电子舱内设有电池和第二采集处理电路；所述电池为第二采集处理电路供电；所述第二采集处理电路接收并存储水听器采集的海洋环境信息原始数据，每隔10分钟对海洋环境信息原始数据进行fft数据处理，将得到的频率结果信息进行存储，并通过水通机将频率结果信息进行无线传输。
10.进一步的，所述水听器采用多级减振方式悬挂设置在标体框架顶部，水听器的表面包裹有用于抵消水流冲刷影响的柔性材料。
11.进一步的，所述电子舱的外壳材料为高强度玻璃材料，所述电缆为水密电缆，所述底座为用于为潜标提供座底重力的压载重块。
12.本发明具有如下优点：1）本发明采用水通机来进行数据传输，可将潜标采集的海洋环境信息数据进行实时传输，设备在传输数据时位于水下，不易暴露，不易丢失，具有隐蔽性。
13.2）本发明对原始数据进行数据处理，处理结果比原始数据的数据量大大减少，便于进行水下数据传输。
14.3）本发明具有尺寸小、重量轻、易于布放回收的特点。
附图说明
15.图1为本发明实施例的结构示意图。
16.图2为本发明实施例中水听器的结构示意图。
17.图3为本发明实施例中水通机的结构示意图。
18.图4为本发明实施例中电子舱的结构示意图。
19.图5为本发明实施例中数据处理的流程图。
具体实施方式
20.下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
21.本技术文件中的上、下、左、右、内、外、前端、后端、头部、尾部等方位或位置关系用语是基于附图所示的方位或位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
22.本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.一种水下数据无线传输潜标，包括水听器、水通机、电子舱、释放器、浮球、标体框架和底座；所述水听器安装固定在标体框架上部；所述水通机安装固定在标体框架上部；所述电子舱安装在标体框架下部；所述释放器安装在标体框架，并与底座连接，可对底座进行释放；所述浮球固定在标体框架上方。
24.其中，水听器为mems电容式加速度计，可采用evo logics公司的s2c r 18/34水听器，包含mems电容芯片和asic电路，用于感知海洋环境信息。
25.所述水通机包含换能器和采集处理电路；所述换能器接收水声通信信息；所述采集处理电路可以对换能器接收信息进行采集、解析和处理。
26.所述电子舱包括电池和采集处理电路；所述电池为采集处理电路供电；所述采集处理电路对水听器进行数据采集、数据存储和数据处理；所述电子舱与水通机和水听器使用水密电缆连接。
27.所述释放器可以接收水上端释放器信息，用于设备释放回收。
28.所述浮球可以将底座释放后为标体提供正浮力，标体可以上浮到水面。
29.所述标体框架具有良好的耐海水腐蚀能力，可用于固定浮球、电子舱、释放器、水通机和水听器。
30.所述底座为潜标提供座底力，可使标体在水下座底。
31.以下为一个更具体的例子：一种水下数据无线传输潜标结构示意图，如图1所示，包括水听器1，水通机2，浮球3，电子舱4，释放器5，标体框架6，底座7。
32.具体的，所述水听器1和水通机2安装在标体框架6的上方；所述浮球3固定在标体框架6上方内部；所述电子舱4和释放器5安装在标体框架6的下方；所述底座7与释放器5连接，并支撑标体框架6。
33.具体的，所述水听器1与所述标体框架6上方支撑架刚性安装，所述水听器1采用多级减振方式进行悬挂安装，所述水听器1表面包裹柔性材料抵消水流冲刷影响，所述水听器1与电子舱4采用水密电缆进行连接。
34.所述水听器1为mems电容式加速度计，如图2所示。包含mems电容芯片8和asic电路9。所述水听器1在缩小水听器体积同时，能够检测水下相同位置的声压信号和振速信号，提高信号检测的准确性。具有体积小、成本低、灵敏度高、制备过程简单、一致性好、可靠性高、可批量化生产等特点，可用于感知海洋环境信息。
35.所述水通机2如图3所示，包含第一采集处理电路11和换能器10。所述换能器10接收水声通信信息。所述第一采集处理电路11可以对换能器接收信息进行采集、解析和处理。所述水通机2与所述标体框架6上方支撑架刚性安装，所述水通机2与电子舱4采用水密电缆进行连接，可以将电子舱4内海洋环境信息数据进行水下无线传输。
36.发送数据时，第一采集处理电路接收电子舱处理得到的频率结果信息，并将信息传给换能器进行水声通信传输；接收数据时，换能器接收水声通信信息，将信息传给第一采集处理电路，第一采集处理电路对数据进行采集、解析和处理，再将处理后数据传给电子舱该水通机2具有体积小、成本低、通信距离远、通信速率高的特点，便于进行水下无线数据传输。
37.所述浮球3提供正浮力，具备潜标下水过程中自扶正能力，保证潜标姿态保持。释放器5释放后，释放器5与底座7断开连接，抛弃底座7后，在浮球3正浮力作用下，潜标上浮到水面。
38.所述电子舱4如图4所示，包括电池13和第二采集处理电路12。所述电池13为第二
采集处理电路供电。所述第二采集处理电路12对水听器进行数据采集、数据存储和数据处理。通过水听器1对海洋环境信息进行采集，并进行数据处理。处理结果通过水通机2进行无线数据传输。
39.如图5所示，电子舱4对海洋环境信息进行采集，每隔10分钟对海洋环境信息原始数据进行fft数据处理，并将频率结果信息进行存储，最后通过水通机进行无线传输。数据处理所得结果的数据量相对原始数据的数据量会大大减少，便于水下无线数据传输。
40.所述电子舱4材料为高强度玻璃材料，在保证耐压的同时，可以使重量大大减少。
41.具体的，所述释放器5与所述标体框架6刚性安装，并与底座7进行连接。
42.具体的，所述标体框架6与所述水听器1、水通机2、浮球3、电子舱4、释放器5刚性安装，并提供保护。
43.具体的，所述底座7为压载重块，为潜标提供座底的重力作用。
44.本发明潜标配有水通机，可以实现水下数据的实时传输，设备在传输数据时在水下不易暴露，具有隐蔽性，设备不易丢失。海洋环境信息数据普遍数据量较大，若通过水通机进行数据传输，传输时间太长。如果将海洋环境信息数据进行数据处理，处理后结果数据的数据量会大大减少，使用水通机进行数据传输的时间会有很大提高。该潜标尺寸小、重量轻，不需吊车等吊放设备，不需额外的浮球、重块、锚链等锚系装置，布放回收简易方便。
45.虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。