多旋翼漂浮水声探测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水声探测系统，具体为一种多旋翼漂浮水声探测系统。
【背景技术】
[0002]浮标声纳一种重要的水声探测设备，它可机动地布放在工作海域，但布放后很难回收和再次布放，因为它多为一次性使用，低成本要求限制着它性能的提高。
[0003]航空吊放声纳可解决浮标声纳存在的问题，但它多以直升机为平台，包括直升机在内的整套工作系统成本极高，而受天气状况影响，且难以长时间连续工作，应用受到很大限制。近年来四翼飞行器技术得到发展，他可方便起降和飞行控制，已逐步应用于低空航拍，但用于水声探测还未见报导。
[0004]另外近年来水声探测技术不断发展，水听器和阵列体积、重量不断减小，信号处理能力增强，功耗降低，为发展新型高性能水声探测系统提供了可能。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种高探测能力，可重复使用、成本大幅降低、适用性强且可进行长时间定点和机动探测的多旋翼漂浮水声探测系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为:一种多旋翼漂浮水声探测系统，其特征在于:包含至少两个旋翼飞行器，每个旋翼飞行器下设有一个浮体，浮体通过支架与中央控制单元相连，中央控制单元的上方安装有无线电和卫星通信天线，中央控制单元的下方安装有水听器阵。
[0007]作为改进，所述中央控制单元包括壳体和中央控制模块，所述中央控制模块安装在壳体内。
[0008]作为改进，所述壳体为浮体。
[0009]作为改进，所述中央控制模块包括飞行控制器、水声探测信号处理系统、数据存储系统和数据传输系统、卫星信号(GPS定位/北斗定位和短信)收发系统，无线电信号收发系统。
[0010]作为改进，所述水听器阵为水声探测器且为单个压电声压水听器、声压光纤水听器、矢量光纤水听器，或由上述多个水听器组成的探测阵列。
[0011]根据上述方案可以看出本发明具有如下优点:多旋翼飞行平台可在陆地、舰船和水上平稳垂直起降，整个探测系统可采用遥控方式或编程自主工作模式快速大范围布放和回收；可长时间漂浮定点监测，也可根据目标探测或定位结果进行自行起飞再入水，对目标进行跟踪探测或纠正漂流位置偏差；可进行单系统工作和多系统联机编组协同工作；可在水听器阵上加装水声发射单元利用系统的水声信号收发能力和空间通信传输能力，进行水下与空间中继通信传输；增大水声发射单元，可作主动探测应用。
[0012]与现有浮标声纳相比，多旋翼漂浮水声探测系统探测能力大为提高，可重复使用，与航空吊放声纳相比，多旋翼漂浮水声探测系统成本大幅降低，适用性提高，可进行长时间定点和机动探测。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的多旋翼漂浮水声探测系统的结构示意图。
[0014]图2为本发明的多旋翼漂浮水声探测系统的结构示意图。
[0015]图3为本发明的中央控制单元的结构示意图。
[0016]图4为本发明的压电水听器结构原理图。
[0017]图5为本发明的声压光纤水听器结构原理图
[0018]图6为本发明的矢量光纤水听器结构原理图
[0019]图7为本发明的矢量光纤水听器的探测阵列的结构示意图
[0020]图8给本发明的出压电水听器或由多个压电水听器组成的探测阵列与信号处理系统、数据存储系统和数据传输系统的连接关系和工作原理
[0021]图9给出声压光纤水听器、矢量光纤水听器或多个声压水听器、矢量水听器组成的探测阵列与信号处理系统、数据存储系统和数据传输系统的连接关系和工作原理
[0022]图10为本发明的多旋翼漂浮水声探测系统的原理结构图
[0023]【附图说明】:1、旋翼飞行器，2、浮体，3、支架，4、天线，5、中央控制单元，5.1、壳体，5.2、中央控制模块，6、水听器阵。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0025]结合附图1、2和3所示，一种多旋翼漂浮水声探测系统，包含至少两个旋翼飞行器1，每个旋翼飞行器I下设有一个浮体2，浮体2通过支架3与中央控制单元5相连，中央控制单元5的上方安装有无线电和卫星通信天线4，中央控制单元5的下方安装有水听器阵6 ;所述中央控制单元5包括壳体5.1和中央控制模块5.2，所述中央控制模块5.2安装在壳体5.1内；所述壳体5.1为浮体；所述中央控制模块5.2包括飞行控制器、水声探测信号处理系统、数据存储系统和数据传输系统、卫星信号GPS定位/北斗定位和短信收发系统，无线电信号收发系统；所述水听器阵6为水声探测器且为单个压电声压水听器、声压光纤水听器、矢量光纤水听器，或由上述多个水听器组成的探测阵列。
[0026]如图4所示，在一块压电材料的极化方向两侧镀上两个电极，在水声波声压作用下在压电材料极化方向两侧电极上产生电压信号，通过声压变化产生电压信号的检测可以获得水声波彳g息。
[0027]如图5所示，在一块弹性材料上缠绕一段光纤，在水声波声压作用下弹性材料产生微小形变，并引起光纤中传输光的相位变化，通过声压变化产生光纤中传输光的相位变化的检测可以获得水声波信息。
[0028]如图6所示，在有一定质量的正方形物体块M相对方向上安装两个弹性体，两个弹性体上缠绕两段光纤，在水声波声振动加速度a压作用下质量块M产生微振动，并在弹性材料产生微小形变，由此引起光纤中传输光的相位变化，通过该相位变化的检测可以获得两个弹性体相对方向上声振动加速度的大小。在声场矢量测量中，在X、Y、Z方向都安装声振动加速度传感单元，可以获得水声波的强度和方向信息。
[0029]如图7所示，在实际应用中，为改善水声探测信号质量，通常将多个水声探测器(压电声压水听器、声压光纤水听器、矢量光纤水听器)组成的探测阵列使用。
[0030]如图8所示，压电声压水听器或压电水听器阵列产生的水声电压信号经AD变换转变为数字声信号，通过数字声信号和与水听器声压灵敏度相关的比例运算，获得数字声压信号，该数字声压信号可以通过数字存储器进行存储和数据传输系统进行传输。
[0031]如图9所示，声压光纤水听器、矢量光纤水听器或多个声压水听器、矢量水听器组成的探测阵列产生的水声光相位信号经光电探测器转换为水声电压信号，再AD变换转变为数字声信号，通过数字声压信号和与光纤水听器声压灵敏度相关的比例运算，获得数字声压信号，对矢量水听器进一步通过对六个数字信号的矢量处理，可以获得声波强度和方向，通过数字存储器可以对这些测量结果进行存储和通过数据传输系统进行传输。
[0032]如图10所示，本项发明多旋翼漂浮水声探测系统采用燃油发动机、燃料电池和充电蓄电池组成动力系统，动力系统设置在每个旋翼下的浮筒内燃油发动机提供足够的飞行动力，燃料电池提供低噪声重量轻的电力供给，充电蓄电池为燃油发动机、燃料电池和系统启动能源。
[0033]综上所述可以看出本发明的结构与现有技术的区别在于:
[0034]①采用两个或两个以上旋翼飞行器用于主、被动水声探测的系统结构；
[0035]②采用单轴双旋翼飞行器用于主、被动水声探测的系统结构；
[0036]③遥控或编程进行布放、回收和自主探测的工作方式；
[0037]④根据目标探测结果，进行起飞、再入水的跟踪探测的工作方式；
[0038]⑤根据系统卫星定位结果，进行起飞、再入水的海上漂流位置修正工作方式；
[0039]⑥单机或多机编组协同水声探测的工作方式；
[0040]⑦采用燃油发动机+燃料电池的大功率、轻重量、低噪声动力系统；
[0041]⑧采用多翼水上漂浮平台进行水下-空间通信的工作方式；
[0042]⑨模块化可折叠的系统结构形成。
[0043]以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种多旋翼漂浮水声探测系统，其特征在于:包含至少两个旋翼飞行器(I)，每个旋翼飞行器⑴下设有一个浮体(2)，浮体(2)通过支架(3)与中央控制单元(5)相连，中央控制单元(5)的上方安装有无线电和卫星通信天线(4)，中央控制单元(5)的下方安装有水听器阵出)。2.根据权利要求1所述的多旋翼漂浮水声探测系统，其特征在于:所述中央控制单元(5)包括壳体(5.1)和中央控制模块(5.2)，所述中央控制模块(5.2)安装在壳体(5.1)内。3.根据权利要求2所述的多旋翼漂浮水声探测系统，其特征在于:所述壳体(5.1)为浮体。4.根据权利要求2所述的多旋翼漂浮水声探测系统，其特征在于:所述中央控制模块(5.2)包括飞行控制器、水声探测信号处理系统、数据存储系统和数据传输系统、卫星信号(GPS定位/北斗定位和短信)收发系统，无线电信号收发系统。5.根据权利要求2所述的多旋翼漂浮水声探测系统，其特征在于:所述水听器阵(6)为水声探测器且为单个压电声压水听器、声压光纤水听器、矢量光纤水听器，或由上述多个水听器组成的探测阵列。
【专利摘要】本发明涉及水声探测系统，具体为一种高探测能力，可重复使用、成本大幅降低、适用性强且可进行长时间定点和机动探测的多旋翼漂浮水声探测系统，包含至少两个旋翼飞行器(1)，每个旋翼飞行器(1)下设有一个浮体(2)，浮体(2)通过支架(3)与中央控制单元(5)相连，中央控制单元(5)的上方安装有无线电和卫星通信天线(4)，中央控制单元(5)的下方安装有水听器阵(6)。
【IPC分类】G01H3/00
【公开号】CN105136272
【申请号】CN201510505786
【发明人】申和平, 张海兵
【申请人】北京神州普惠科技股份有限公司, 武汉普惠海洋光电技术有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月18日