[發明專利]一種適用于高緯度極寒海域聲學水文測量的垂直陣系統

有效

• 申請號: 201710447221.7
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107356233B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 張春龍;尹力;衛翀華
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01H3/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;王蔚

本發明公開了一種適用于高緯度極寒海域聲學水文測量的垂直陣系統，所述垂直陣系統包括通過高強度繩纜串聯的若干個水聽器，所述水聽器包括：高靈敏度水聽器頭，用于接收海洋環境噪聲和水聲通信信號；信號采集與調理電路，用于對高靈敏度水聽器頭進行采集和調理；傳感器模塊，用于采集壓力、溫度、傾角、加速度和方位信息；包括：壓力傳感器，傾角傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器和方位傳感器；主控制器，用于控制各模塊之間的數據傳輸；和高精度實時時鐘，用于實現各水聽器節點的粗精度同步。本發明提供的系統不受電纜約束，而且垂直陣中帶電設備都以耐極低溫的目標進行設計，使得整個系統特別適合在北極及毗鄰海域的深海聲學測量中使用。

技術領域

本發明涉及海洋聲學測量領域，特別涉及一種適用于高緯度極寒海域聲學水文測量的垂直陣系統。

背景技術

近年來由于全球氣候變暖的影響，北極區域的冰蓋持續萎縮，其海域豐富的自然資源以及北極航道通行的日益頻繁，引起了世界各國的高度關注。北極水聲學作為一門研究北極及其毗鄰海域水聲環境效應的學科，在這樣的背景下成為研究熱點，同時也提出了新的研究內容。北極地區地理位置獨特，大部分區域長年被海冰覆蓋，氣溫極低，在最冷的一月份平均氣溫在-20℃到-40℃之間，最暖的八月份平均氣溫也只能到-8℃。我國對北極及其毗鄰海域的聲學研究剛剛起步，對聲場傳播模型建模需要大量實驗測量數據，因而研制能夠經受低溫考驗，并且能夠采集水聲信號和相關水文數據的垂直陣測量系統無疑是非常必要的。

目前在深海的聲學測量使用的垂直陣列有兩類實現方式：一類是使用電纜將水聽器等間隔串聯起來，電纜給各水聽器供電和傳輸信號，或者加上電磁感應調制解調器傳輸信號控制各水聽器同步采集；另一類是使用自容式的水聽器，用繩纜等間隔串聯，采用授時和守時協作的方式同步各水聽器。考慮到北極及其毗鄰海域的使用場景，這兩類實現方式存在的局限性和不足主要有：

1、由于垂直陣使用的海域有碎冰覆蓋，電纜在測量過程中極易遭受碎冰移動的損傷，而一旦控制各水聽器節點的電纜受損，則整個測量系統的測量工作將受到嚴重影響。

2、完全由自容式水聽器節點構成的垂直陣在數據采樣時不受控，無法在測量過程更改采樣率、采樣時間，此外目前自容式水聽器智能化程度不夠高，也限制由自容式水聽器構成的垂直陣使用的靈活性。

體積龐大的垂直陣在運輸、布放上給操作人員帶來了極大的不便，特別是在極寒低溫地區。因而在研制新型的垂直陣系統過程中，必須考慮現場操作人員使用的便捷性。近年來電子技術的進步給海洋聲學測量設備的研制提供了新的思路和方向，海洋聲學測量設備走向小型化、低功耗、智能化是大勢所趨，這也將進一步減輕海上作業人員的工作負擔。

發明內容

本發明的目的在于，為了解決上述問題和現有技術的不足，本發明提供了一種高緯度極寒海域聲學水文測量的垂直陣系統。該系統具備在極寒低溫海域同時采集水聲信號和溫度、壓力等水文數據，實現海洋環境噪聲的空間分布式探測的能力，同時提供人性、智能化的功能降低操作人員在低溫環境下的操作時間。

為達到上述目的，本發明提供了一種高緯度極寒海域聲學水文測量的垂直陣系統，所述垂直陣系統包括通過高強度繩纜串聯的若干個水聽器，所述水聽器包括：

高靈敏度水聽器頭，用于接收海洋環境噪聲和水聲通信信號；

信號采集與調理電路，用于對高靈敏度水聽器頭進行采集和調理；

傳感器模塊，用于采集壓力、溫度、傾角、加速度和方位信息；包括：壓力傳感器，傾角傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器和方位傳感器；

主控制器，用于控制各模塊之間的數據傳輸；和

高精度實時時鐘，用于實現各水聽器節點的粗精度同步。