[发明专利]基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置

说明书

本发明公开了一种基于波浪滑翔器的海洋环境噪声测量装置，利用波浪滑翔器作为测量平台，搭载海洋环境参数和噪声测量装置，实现定点测量和走航测量。采集控制系统设置在波浪滑翔器上，包括嵌入式控制器、导航装置、定位装置、卫星通信装置、调向装置、存储卡、同步接口、测量传感器、电源管理电路、太阳能发电系统、ZigBee模块。在测量海洋环境噪声的同时，可同步测量风速、风向、波高、波向、降雨量、流速、流向等海洋环境参数，并通过AIS获取过往船只信息，为分析风、浪、流、降雨和船舶噪声对海洋声信号测量的影响奠定基础，有利于深入研究海洋环境噪声的形成机理和声强度起伏规律，进而为提高水声通信稳定性以及水声探测设备的检测和识别能力提供可靠依据。

技术领域

本发明涉及海洋噪声信号测量装置，特别是涉及基于波浪滑翔器的海洋噪声信号测量装置。

背景技术

海洋环境噪声是水声信道中的一种背景干扰场，海洋环境噪声研究无论在民用还是军事上均具有非常重要的意义。一方面，人为或自然产生的噪声作为水声信道的固有背景声场将直接影响各种声纳设备的性能；另一方面，海洋环境噪声中蕴含了大量的水文、地质以及海洋生物信息，通过收集分析海洋环境噪声，可估计与海洋有关的参数，如海面的风速、降雨、海浪、海底反射临界角、海底声速等参数,为进一步研究海洋气象、生态环境以及资源分布提供条件。

海洋中的环境噪声源很多，不同频段、不同海域环境噪声源有很大的差异。一般来说，20Hz-1kHz频段，远处行船是引起噪声的主要原因；500Hz-20kHz频段，噪声主要来源是测量点附近的海面风关噪声；而100kHz以上，主要是海水分子运动产生的热噪声。这些噪声源的所在频段往往有部分重叠，并不是严格地分段，例如在几百赫到1kHz的低频段，航船与海面风关噪声是该频段的主要噪声源。此外，还包括一些间歇声源和局部噪声源，例如生物噪声、雨噪声、冰下噪声及冰雹噪声等，它们的频谱一般是宽带的。几十赫兹以下的低频噪声则是由地震湍流等引起的。

海洋环境噪声源多种多样，与环境条件密切相关。海洋环境噪声是这些噪声源的综合效应，各种噪声源发声机理不同导致海洋环境噪声在不同频段具有不同特性。对海洋环境噪声时域、频域和空域特性的调查和深入分析研究离不开对海洋环境噪声以及海洋环境条件的同步测量。

然而，许多传统手段主要以海洋环境噪声测量为主，现在使用的水听器阵列一般不具备风、浪、海流和降雨的同步测量功能，未能实现对海洋环境噪声的全息测量，因而无法定量刻画海洋环境噪声级的起伏规律。

现有水声调查常用的水声信号采集阵列系统由水听器阵列和采集记录终端设备组成，以海洋环境噪声等水声信号的采集为主。采集记录终端设备通过电缆为水听器供电，同时完成水听器接收的水声模拟信号的数字化采集与记录存储。具体工作模式为：采集记录终端设备置于船甲板或浮标(潜标)舱体内，水听器阵列置于水体中，两者通过电缆连接，阵列中的水听器将采集到的水声模拟信号由电缆传输到终端采集设备，实现水声信号的数字化采集和记录存储。

而且，现有的水听器阵列在使用过程中也存在一些问题和不足，主要包括：水听器阵列在船上使用时，需要船只配合，人力物力成本较高，而且船舶的噪声对噪声测量有一定的影响；水听器阵列在浮标上使用时，不能控制水听器阵列的位置，在测量期间，水听器阵列会随海流漂浮，远离布放位置，影响噪声测量结果。

近年来，海洋移动观测平台得到广泛应用，出现了许多新技术和新产品。基于波浪能推动的自主航行观测平台(以下简称波浪滑翔器)从2005年诞生至今，得到迅猛发展。波浪滑翔器是一款新型海洋环境监测平台，它利用波浪起伏直接转换为前向推进，采用太阳能为系统能源，通过搭载各种类型科学传感器，完成长时间全球海洋巡航调查作业。波浪滑翔器为人类观察和了解世界海洋开辟了崭新的途径，实现了大尺度、长时序的海洋调查，与传统的调查方式相比节约了大量人力、物力和财力，而且可实现对恶劣环境和敏感区域的调查。