1.本发明涉及一种基于波浪滑翔器的水声环境观测系统，特别涉及应用于波浪滑翔器水声环境观测领域。
背景技术：
2.波浪滑翔器是一种利用波浪能提供动力，利用太阳能提供各传感器所需电能的新型海洋移动观测平台。波浪滑翔器水面浮船在海浪的作用下上下起伏，进而通过铠装缆拉拽水下牵引机产生上下运动，水下牵引机利用其具有固定转角限位的摆动水翼将上下运动转换为前向推进，从而拉拽水面母船前向运动。在航行过程中，波浪滑翔器利用自身搭载的传感器对周边海域环境实时观测、记录并通过卫星通讯发送到岸基监控系统，实现长时间的海洋移动平台观测。
3.波浪滑翔器目前不具备水声环境观测的能力，无法感知识别鲸类、航船等大型目标。由于此类缺陷，波浪滑翔器在航行过程中易与周边航行器及漂浮物发生碰撞或被渔船捕捞，除造成极大的财产损失外，也不利于进行长时间的海洋科考。在以往的专利中也并未提及用于波浪滑翔器的水声环境观测技术。
技术实现要素：
4.本发明目的在于实现波浪滑翔器对于周边水声环境的观测，包括对特定水声目标的检测、定位与识别，提升波浪滑翔器平台的观测能力以及设备的生存周期。本发明所涉及的一种基于波浪滑翔器的水声环境观测系统也可扩展到其他与波浪滑翔器探测原理类似的小型海洋移动观测平台上。
5.本发明涉及了一种基于波浪滑翔器的水声环境观测系统，水声环境观测系统包括位于波浪滑翔器浮船的主控模块和声学信号处理模块以及由牵引机拖曳的水听器阵列两部分。其中，主控模块为波浪滑翔器主控系统；声学信号处理模块包含数字信号处理模块和微弱信号调理模块；水听器阵列为多个单通道水听器按照一定空间布局进行排列的立体阵。
6.所述系统中的主控模块为波浪滑翔器数据采集、定位导航、卫星通讯的核心控制系统，同时能为声学信号处理模块和声学阵列提供电源管理功能，也可与声学信号处理模块进行实时通信。其中，卫星通讯功能可将水声环境观测数据实时回传到岸基监控端；电源管理功能可控制波浪滑翔器电源模块各路输出的上、断电，为声学信号处理模块以及水听器阵列供电，电压范围为直流12-24v，电流范围为0-10a；主控模块与声学信号处理模块的实时通信通过rs-232实现，波特率为9600bps或2400bps。
7.所述声学信号处理模块分为微弱信号调理模块和数字信号处理模块，能对多路水声信号进行实时采集处理。其中，微弱信号调理模块对多路水听器采集到的微弱电信号进行调理，对经过调理后的电压信号进行放大滤波，动态范围为20-80db，通频带为5khz。滤波后的信号输入到信号采集处理模块进行采样量化，采样频率满足奈奎斯特定理，精度为24
位，方位估计分辨率以及目标识别精度受海况、水听器阵列等因素影响。数字信号处理从时域频域等多角度展开，用于提取水下目标方位以及声纹特征，进行目标方位估计以及目标识别，最终将观测结果发送至主控系统。
8.所述水听器阵列中各单通道水听器的型号一致并且按照特定需求进行排列，单通道水听器数量一个至多个不等。
9.所述的主控模块、声学信号处理模块与水听器阵列通过噪声屏蔽线进行连接供电通讯。水听器阵列将水中的声信号变化转换成电信号传至声学信号处理模块；声学信号处理模块对电信号进行实时采集、在线解算后将具体的观测结果传输至主控系统；主控模块依照观测结果采取相应动作并将观测结果利用卫星通讯发送到岸基监控端。
附图说明
10.图1是波浪滑翔器水声环境观测系统布局示意图。
11.图2是波浪滑翔器水声环境观测系统各模块连接示意图。
具体实施方式
12.图1是波浪滑翔器水声环境观测系统布局示意图。如图所示，主控模块和声学信号处理模块安装在波浪滑翔器浮船的控制舱中，与水听器阵列通过噪声屏蔽线进行连接。水听器阵列由波浪滑翔器牵引机通过重浮力链拖曳连接。
13.图2是波浪滑翔器水声环境观测系统各模块连接示意图。如图所示，通过噪声屏蔽线，主控模块为声学信号处理模块以及水听器阵列供电，并发送相应指令，使系统进行正常运作。水听器阵列进行声电转换，通过噪声屏蔽线将声学信号传输至声学信号处理模块。声学信号处理模块中的微弱电信号调理模块接收声学信号，将信号前置放大后进行预滤波处理并再次放大完成调理。声学信号经过调理进行模数转换输入到主控芯片之中利用相关的算法进行实时解算得到目标声纹等特征，基于这些特征进行水声环境观测。观测结果发送至主控模块之中，由主控模块对观测信息进行整合后采取相应的动作并通过卫星通讯发送到岸基监控端。
14.以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
技术特征：
1.一种基于波浪滑翔器的水声环境观测系统，其特征在于，位于波浪滑翔器浮船控制舱中的主控模块以及声学信号处理模块，以及由波浪滑翔器牵引机拖曳的单通道水听器阵列；声学信号处理模块和单通道水听器阵列通过噪声屏蔽线连接通讯。2.根据权利要求1所述的一种基于波浪滑翔器的水声信号处理系统，其特征在于，位于波浪滑翔器浮体船上的主控模块为波浪滑翔器数据采集、定位导航、卫星通讯的核心控制系统，同时，可为声学信号处理模块和单通道水听器阵列提供电源管理功能，也可利用rs-232串口与声学信号处理模块通信，波特率为9600bps或2400bps。3.根据权利要求1所述的一种基于波浪滑翔器的水声信号处理系统，其特征在于，位于波浪滑翔器浮体船上的水声信号处理模块可对水听器阵列采集的信号进行信号调理以及数字信号处理；信号调理包含多次放大以及带通滤波器等功能，放大的动态范围为20-80db，通频带为5khz；数字信号处理模块具有采集量化、方位估计以及声纹识别功能，采样频率满足奈奎斯特定理，采样精度为24位，方位估计分辨率以及目标识别精度受海况、声学阵列等因素影响；信号处理的最终结果利用串口传输至主控模块，主控模块根据观测结果进行相应的动作并发送至岸基监控端。4.根据权利要求1所述的一种基于波浪滑翔器的水声信号处理系统，其特征在于，该水听器阵列为多个同型号单通道水听器的空间排列组合，能按照不同需求进行安装布放。
技术总结
本发明公开了一种基于波浪滑翔器的水声环境观测系统，其特征在于波浪滑翔器集成声学采集与处理系统，可进行实时声学信号采集与在线解算，声学结果可通过卫星通讯实时回传至岸基监控端，实现波浪滑翔器目标海域实时声学监测。所述波浪滑翔器水声环境观测系统包括主控模块，声学信号处理模块和由波浪滑翔器牵引机拖曳的水听器阵列。主控模块为声信号处理模块和声学阵列提供电源管理功能并与前者实时通信。声学信号处理模块可进行信号调理以及数字信号处理，最终实现对环境的实时观测。主控模块根据声学信号处理结果进行相应动作并回传至岸基监控端。水听器阵列为多个同型号单通道水听器的空间排列组合，按照不同需求进行安装布放。布放。布放。
技术研发人员：孙秀军 桑宏强 周莹 于佩元 张海嵩 张胜钵
受保护的技术使用者：青岛海舟科技有限公司
技术研发日：2021.07.24
技术公布日：2022/1/14
再多了解一些
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