[发明专利]一种适用于高纬度极寒海域声学水文测量的垂直阵系统

说明书

本发明公开了一种适用于高纬度极寒海域声学水文测量的垂直阵系统，所述垂直阵系统包括通过高强度绳缆串联的若干个水听器，所述水听器包括：高灵敏度水听器头，用于接收海洋环境噪声和水声通信信号；信号采集与调理电路，用于对高灵敏度水听器头进行采集和调理；传感器模块，用于采集压力、温度、倾角、加速度和方位信息；包括：压力传感器，倾角传感器、加速度传感器、温度传感器和方位传感器；主控制器，用于控制各模块之间的数据传输；和高精度实时时钟，用于实现各水听器节点的粗精度同步。本发明提供的系统不受电缆约束，而且垂直阵中带电设备都以耐极低温的目标进行设计，使得整个系统特别适合在北极及毗邻海域的深海声学测量中使用。

技术领域

本发明涉及海洋声学测量领域，特别涉及一种适用于高纬度极寒海域声学水文测量的垂直阵系统。

背景技术

近年来由于全球气候变暖的影响，北极区域的冰盖持续萎缩，其海域丰富的自然资源以及北极航道通行的日益频繁，引起了世界各国的高度关注。北极水声学作为一门研究北极及其毗邻海域水声环境效应的学科，在这样的背景下成为研究热点，同时也提出了新的研究内容。北极地区地理位置独特，大部分区域长年被海冰覆盖，气温极低，在最冷的一月份平均气温在-20℃到-40℃之间，最暖的八月份平均气温也只能到-8℃。我国对北极及其毗邻海域的声学研究刚刚起步，对声场传播模型建模需要大量实验测量数据，因而研制能够经受低温考验，并且能够采集水声信号和相关水文数据的垂直阵测量系统无疑是非常必要的。

目前在深海的声学测量使用的垂直阵列有两类实现方式：一类是使用电缆将水听器等间隔串联起来，电缆给各水听器供电和传输信号，或者加上电磁感应调制解调器传输信号控制各水听器同步采集；另一类是使用自容式的水听器，用绳缆等间隔串联，采用授时和守时协作的方式同步各水听器。考虑到北极及其毗邻海域的使用场景，这两类实现方式存在的局限性和不足主要有：

1、由于垂直阵使用的海域有碎冰覆盖，电缆在测量过程中极易遭受碎冰移动的损伤，而一旦控制各水听器节点的电缆受损，则整个测量系统的测量工作将受到严重影响。

2、完全由自容式水听器节点构成的垂直阵在数据采样时不受控，无法在测量过程更改采样率、采样时间，此外目前自容式水听器智能化程度不够高，也限制由自容式水听器构成的垂直阵使用的灵活性。

体积庞大的垂直阵在运输、布放上给操作人员带来了极大的不便，特别是在极寒低温地区。因而在研制新型的垂直阵系统过程中，必须考虑现场操作人员使用的便捷性。近年来电子技术的进步给海洋声学测量设备的研制提供了新的思路和方向，海洋声学测量设备走向小型化、低功耗、智能化是大势所趋，这也将进一步减轻海上作业人员的工作负担。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决上述问题和现有技术的不足，本发明提供了一种高纬度极寒海域声学水文测量的垂直阵系统。该系统具备在极寒低温海域同时采集水声信号和温度、压力等水文数据，实现海洋环境噪声的空间分布式探测的能力，同时提供人性、智能化的功能降低操作人员在低温环境下的操作时间。

为达到上述目的，本发明提供了一种高纬度极寒海域声学水文测量的垂直阵系统，所述垂直阵系统包括通过高强度绳缆串联的若干个水听器，所述水听器包括：

高灵敏度水听器头，用于接收海洋环境噪声和水声通信信号；

信号采集与调理电路，用于对高灵敏度水听器头进行采集和调理；

传感器模块，用于采集压力、温度、倾角、加速度和方位信息；包括：压力传感器，倾角传感器、加速度传感器、温度传感器和方位传感器；

主控制器，用于控制各模块之间的数据传输；和

高精度实时时钟，用于实现各水听器节点的粗精度同步。