[发明专利]一种多参数同步采集自容式水听器及阵列设计方法

说明书

本发明提出了一种多参数同步采集自容式水听器及阵列设计方法。它由多参数同步采集自容式水听器、水听器舱、电子舱、传感器舱、电源模块、水听器、前置放大、带通滤波、差分驱动、A/D转换、SD卡、控制电路、同步电路、温度压力传感器组成，电源模块同时为前置放大、带通滤波、差分驱动、A/D转换、SD卡、控制电路、同步电路、温度压力传感器供电，它具有多种参数满足不同测量要求、具备超低功耗、大容量存储、休眠、定时启动等功能适用于不同工作环境、具备微秒级精确同步方式、在线监测功能，防缠绕，快速拆装，水听器间距可变等特点为形成阵列提供便利条件的自容式水听器具有很高的应用价值。

技术领域

本发明属于自容式水听器及阵列领域，尤其涉及一种多参数同步采集自容式水听器及阵列设计方法。

背景技术

随着我国参与经济全球化和区域经济一体化程度不断加深，海洋越来越多涉及到我国的战略利益，牵动着我国的经济命脉，影响着我国的安全和社会稳定。海水的运动、风和大气对海面作用的噪声、厚冰层的移动或融化所产生的噪声、海底地质构造变化引起的低频声波、海中生物体发出的声响等，这些都是海洋本身的噪声，海洋环境噪声是海洋中的驻留声场，一方面是各种水声设备和鱼雷等水中兵器的干扰背景，影响这些设备的使用性能；另一方面又包含丰富的海洋信息，可以反演出海洋的风速、海底地质、水温、渔业资源、航运量、降雨量和火山运动等情况，对发展海洋事业，有效合理开发海洋资源有很重要的意义。

自容式水听器是集传感器(水听器、温度/压力传感器)、数据采集存储功能为一体的小型结构化的数据采集存储系统，它是以实现海洋环境噪声测量为目的，其主要功能是先对海洋环境噪声进行数据采集存储，然后利用计算机等科学技术对采集到的数据进行分析，从而获取丰富的海洋信息；其主要特征有：小型化、模块化、低功耗，每个模块均可独立实现对海洋环境噪声的数据采集，可根据需求决定成阵时阵元使用个数、空间间隔、布放深度等，并且每个模块均为分布式数字化的自容式数据采集存储设备，实现海洋环境噪声的近端数字化采集存储，从而有效避免了通道间干扰等问题，海上布放、回收作业难度小，存储、运输简单方便，对海洋的开发和研究有着很强的现实意义。

目前市场上用于海洋监测的自容式水听器功能单一，不具备温度和压力测量功能，且同步精度低不能满足阵列信号处理要求。用于阵列信号处理的水听器阵列普遍采用由一定数量的水听器按设定间隔排列，通过电缆连接后装入护套充油或充胶构成线列阵，该方式存在阵元间隔位置固定，无法更改，且深海阵列体积大、重量沉，海上布放回收作业难度大，一旦破损整阵损坏、维修难度大的缺点。

所以针对以上问题，实现一种具有多种参数满足不同测量要求、具备超低功耗、大容量存储、休眠、定时启动等功能适用于不同工作环境、具备微秒级精确同步方式、在线监测功能，防缠绕，快速拆装，水听器间距可变等特点为形成阵列提供便利条件的自容式水听器具有很高的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种多参数同步采集自容式水听器及阵列设计方法，该方法设计的自容式水听器具有测量系统小型化、低功耗、低噪声、高灵敏度、多参数设计、微秒级别的有缆同步、水听器快速拆装成阵等特点。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种多参数同步采集自容式水听器，该多参数同步采集自容式水听器主要包括水听器舱、电子舱、传感器舱、电源模块、水听器、前置放大、带通滤波、差分驱动、A/D转换、SD卡、控制电路、同步电路、温度压力传感器；同时集成了声压、温度、压力和矢量传感器，完成多种参数传感器同步采集。

更进一步的，控制电路由STM32芯片实现，主要完成硬件端口初始化、SD卡文件系统预建立、通过同步电路与PC机之间相连接完成命令交互功能、通过同步电路实现各个阵元之间的同步采集工作、通过SPI接口与A/D转换连接完成经过水听器、前置放大、带通滤波、差分驱动的海洋环境噪声数据的采集功能、通过SDIO口与SD卡连接完成数据存储功能、通过SPI口以及I2C口与温度、压力传感器连接完成海洋环境温度与压力的数据采集功能。