[發明專利]一種水下振動源探測裝置及方法

有效

• 申請號: 202011038638.6
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112147712B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 談世哲;丁峰;肖如慧
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00;G01H17/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 崔玥

1.一種水下振動源探測裝置，其特征在于，包括：

外殼，起支撐作用；

所述外殼的表面布置有多個壓力傳感器和多個流速傳感器；所述壓力傳感器用于采集水下的壓力信息，所述流速傳感器用于采集水下的流速信息；

所述外殼的內部固定有一內部電子艙體；所述內部電子艙體的輸入端與多個所述壓力傳感器的輸出端和多個所述流速傳感器的輸出端電連接，用于處理融合多個所述壓力信息和多個所述流速信息；

所述內部電子艙體包括：

采集電路單元，其輸入端作為所述內部電子艙體的輸入端，與多個所述壓力傳感器的輸出端和多個所述流速傳感器的輸出端電連接；

所述采集電路單元的內部包括CPU，用于處理融合多個所述壓力信息和多個所述流速信息，得到水下振動源的位置和大小估計值；

所述探測裝置的使用過程包括：

采用勢流理論建立壓力狀態方程、壓力觀測方程、流速狀態方程和流速觀測方程；

其中所述壓力狀態方程反映的是壓力傳感器估計出的每個時刻的水下振動源的位置坐標、半徑、振幅和角速度值；所述流速狀態方程反映的是流速傳感器估計出的每個時刻的水下振動源的位置坐標、半徑、振幅和角速度值；所述壓力狀態方程和所述流速狀態方程為線性形式，所述壓力觀測方程和所述流速觀測方程均為非線性形式；

采用容積卡爾曼濾波方法對所述壓力觀測方程和所述流速觀測方程進行求解和迭代更新：所述壓力觀測方程反映的是每一時刻壓力傳感器估計出的水下振動源的位置坐標、半徑、振幅和角速度值與前一時刻的非線性函數關系；所述流速觀測方程反映的是每一時刻流速傳感器估計出的水下振動源的位置坐標、半徑、振幅和角速度值與前一時刻的非線性函數關系；因此，設定一個壓力傳感器的觀測初值以及一個流速傳感器的觀測初值，就能夠通過非線性函數關系計算出每一時刻基于壓力信息的水下振動源的位置和大小估計值以及每一時刻基于流速信息的水下振動源的位置和大小估計值；

采用自適應加權融合方法，給每個壓力傳感器和每個流速傳感器均設定一個權系數，將每個傳感器在每一時刻估計的水下振動源的位置和大小估計值分別乘以與其對應的權系數，并將得到的值除以所有權系數的和，得到融合后的最終的水下振動源的位置和大小估計值。

2.根據權利要求1所述的水下振動源探測裝置，其特征在于，所述內部電子艙體還包括：

數據存儲單元，其輸入端作為所述內部電子艙體的輸入端，與多個所述壓力傳感器的輸出端和多個所述流速傳感器的輸出端電連接，用于存儲采集的壓力信息和流速信息；所述數據存儲單元的輸出端與所述采集電路單元的輸入端電連接；

鋰電池，用于為所述水下振動源探測裝置供電。

3.根據權利要求1所述的水下振動源探測裝置，其特征在于，所述采集電路單元還包括：

信號放大電路，其輸入端與多個所述壓力傳感器的輸出端和多個所述流速傳感器的輸出端電連接，用于對采集的壓力信息和流速信息做放大處理，得到放大后的壓力信息和放大后的流速信息；

數模AD轉換電路，其輸入端與所述信號放大電路的輸出端電連接，用于將放大后的壓力信息和放大后的流速信息進行數模轉換，得到轉換后的壓力信息和轉換后的流速信息，并將轉換后的壓力信息和轉換后的流速信息傳輸給所述CPU。

4.根據權利要求1所述的水下振動源探測裝置，其特征在于，

所述外殼包括呈橢圓體的魚形艙體和魚尾體，所述魚尾體與所述魚形艙體的其中一個尖端位置連接，使所述外殼整體為魚形；所述魚形艙體的另一個尖端位置布置一個壓力傳感器；

所述魚形艙體的其中一個尖端位置與另一個尖端位置的連線為所述外殼的中軸線，所述外殼關于所述中軸線呈鏡像對稱；

所述魚形艙體的表面沿中軸線呈鏡像對稱地開有多個小孔；多個所述壓力傳感器和多個所述流速傳感器鏡像對稱布置于多個所述小孔內；同一側的相鄰兩個傳感器為不同類型的傳感器。

5.根據權利要求4所述的水下振動源探測裝置，其特征在于，所述外殼還包括：

多個支架，沿所述中軸線在所述外殼的內部對稱布置，用于支撐所述外殼；

至少一個布放吊鉤，位于所述外殼的表面；所述布放吊鉤所在直線和所述中軸線構成的平面，與對稱布置的兩個傳感器之間的連線垂直；所述布放吊鉤用于所述水下振動源探測裝置的布放和吊起。