[發明專利]基于波浪滑翔器的海洋環境噪聲測量裝置

有效

• 申請號: 201810071039.0
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108287018B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 劉頡;李國富;李琦;張爽;張曉娟;賈廷政;呂九紅;楊逍
• 申請（專利權）人: 國家海洋技術中心
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01D21/02
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 崔立增

本發明公開了一種基于波浪滑翔器的海洋環境噪聲測量裝置，利用波浪滑翔器作為測量平臺，搭載海洋環境參數和噪聲測量裝置，實現定點測量和走航測量。采集控制系統設置在波浪滑翔器上，包括嵌入式控制器、導航裝置、定位裝置、衛星通信裝置、調向裝置、存儲卡、同步接口、測量傳感器、電源管理電路、太陽能發電系統、ZigBee模塊。在測量海洋環境噪聲的同時，可同步測量風速、風向、波高、波向、降雨量、流速、流向等海洋環境參數，并通過AIS獲取過往船只信息，為分析風、浪、流、降雨和船舶噪聲對海洋聲信號測量的影響奠定基礎，有利于深入研究海洋環境噪聲的形成機理和聲強度起伏規律，進而為提高水聲通信穩定性以及水聲探測設備的檢測和識別能力提供可靠依據。

技術領域

本發明涉及海洋噪聲信號測量裝置，特別是涉及基于波浪滑翔器的海洋噪聲信號測量裝置。

背景技術

海洋環境噪聲是水聲信道中的一種背景干擾場，海洋環境噪聲研究無論在民用還是軍事上均具有非常重要的意義。一方面，人為或自然產生的噪聲作為水聲信道的固有背景聲場將直接影響各種聲納設備的性能；另一方面，海洋環境噪聲中蘊含了大量的水文、地質以及海洋生物信息，通過收集分析海洋環境噪聲，可估計與海洋有關的參數，如海面的風速、降雨、海浪、海底反射臨界角、海底聲速等參數,為進一步研究海洋氣象、生態環境以及資源分布提供條件。

海洋中的環境噪聲源很多，不同頻段、不同海域環境噪聲源有很大的差異。一般來說，20Hz-1kHz頻段，遠處行船是引起噪聲的主要原因；500Hz-20kHz頻段，噪聲主要來源是測量點附近的海面風關噪聲；而100kHz以上，主要是海水分子運動產生的熱噪聲。這些噪聲源的所在頻段往往有部分重疊，并不是嚴格地分段，例如在幾百赫到1kHz的低頻段，航船與海面風關噪聲是該頻段的主要噪聲源。此外，還包括一些間歇聲源和局部噪聲源，例如生物噪聲、雨噪聲、冰下噪聲及冰雹噪聲等，它們的頻譜一般是寬帶的。幾十赫茲以下的低頻噪聲則是由地震湍流等引起的。

海洋環境噪聲源多種多樣，與環境條件密切相關。海洋環境噪聲是這些噪聲源的綜合效應，各種噪聲源發聲機理不同導致海洋環境噪聲在不同頻段具有不同特性。對海洋環境噪聲時域、頻域和空域特性的調查和深入分析研究離不開對海洋環境噪聲以及海洋環境條件的同步測量。

然而，許多傳統手段主要以海洋環境噪聲測量為主，現在使用的水聽器陣列一般不具備風、浪、海流和降雨的同步測量功能，未能實現對海洋環境噪聲的全息測量，因而無法定量刻畫海洋環境噪聲級的起伏規律。

現有水聲調查常用的水聲信號采集陣列系統由水聽器陣列和采集記錄終端設備組成，以海洋環境噪聲等水聲信號的采集為主。采集記錄終端設備通過電纜為水聽器供電，同時完成水聽器接收的水聲模擬信號的數字化采集與記錄存儲。具體工作模式為：采集記錄終端設備置于船甲板或浮標(潛標)艙體內，水聽器陣列置于水體中，兩者通過電纜連接，陣列中的水聽器將采集到的水聲模擬信號由電纜傳輸到終端采集設備，實現水聲信號的數字化采集和記錄存儲。

而且，現有的水聽器陣列在使用過程中也存在一些問題和不足，主要包括：水聽器陣列在船上使用時，需要船只配合，人力物力成本較高，而且船舶的噪聲對噪聲測量有一定的影響；水聽器陣列在浮標上使用時，不能控制水聽器陣列的位置，在測量期間，水聽器陣列會隨海流漂浮，遠離布放位置，影響噪聲測量結果。

近年來，海洋移動觀測平臺得到廣泛應用，出現了許多新技術和新產品。基于波浪能推動的自主航行觀測平臺(以下簡稱波浪滑翔器)從2005年誕生至今，得到迅猛發展。波浪滑翔器是一款新型海洋環境監測平臺，它利用波浪起伏直接轉換為前向推進，采用太陽能為系統能源，通過搭載各種類型科學傳感器，完成長時間全球海洋巡航調查作業。波浪滑翔器為人類觀察和了解世界海洋開辟了嶄新的途徑，實現了大尺度、長時序的海洋調查，與傳統的調查方式相比節約了大量人力、物力和財力，而且可實現對惡劣環境和敏感區域的調查。