一种声学观测型水下航行器的制作方法

本发明属于海洋水文环境观测和海洋背景声场探测领域，特别涉及一种测量海洋背景声场的声学观测型水下航行器。

背景技术：

海洋环境背景声场既是海洋环境噪声，可以反演得到许多海洋环境参数；又是要检测或测量信号的干扰，限制着声纳系统的工作性能。对海洋环境噪声的获取和分析、噪声场的建模及海洋环境参数的反演等内容进行研究具有非常重要的意义。海洋环境噪声时空特性是非常复杂的，在不同时间、不同海况下对不同海域、不同深度的水下噪声进行测量得到的结果都是有差异的，因此需要对海洋环境噪声进行长时间、大范围的测量才足以分析其时域、频域和空域等特性。

传统的海洋环境噪声观测手段有以下三种：基于测量船的测量方法；基于浮标、潜标的测量方法；基于岸基声纳的测量方法。要想对海洋环境噪声进行长时间、大范围的连续观测，这就要求有效地控制探测设备的体积、重量、功耗和自噪声等。水下滑翔机(aug)是一种新型的水下潜器，是一种新型的传感器搭载平台，他可以依靠自身浮力调节，在水中完成上浮与下潜运动；具有长时序、大范围、低功耗和高隐蔽性等特点。与传统观测手段相比较，在海洋环境噪声测量的应用中，搭载声学测量系统的水下滑翔机具有明显的优势。与传统观测方式对比，还具有机动性强等优势，所以设计一种声学观测型水下航行器具有重要意义。

技术实现要素：

本发明是为了解决目前对海洋背景声场观测不能满足长时序，大范围测量的现状，基于水下滑翔机的长时序、大范围、低功耗、底噪声和高隐蔽性等优势点，将声学测量系统与水下滑翔机进行集成，设计一种声学观测型水下航行器，可以最大限度的提升海洋背景噪声的测量能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种声学观测型水下航行器，由声学测量系统与水下航行器组成，所述声学测量系统包括声学信号处理单元与声学信号采集单元；水下航行器包括耐压舱、浮力驱动单元、姿态调节单元、能源单元、控制与储存单元和通信单元，声学信号处理单元放置于水下航行器的舱内，所述声学信号采集单元由水听器、弹簧、水听器固定架和连接杆组成，所述连接杆的一端用于与水下航行器的尾部连接，另一端与所述水听器固定架连接，所述水听器固定架内通过弹簧固定连接所述水听器。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明可以实现对海洋背景声场的长时序、大范围的测量；

2.本发明将测量到的声学数据实时记录在水下航行器内部的控制系统内，通过卫星网络传回到岸基，具备远程在线监测能力。

3.本发明专利将水听器装在水下航行器的尾部，与其他安装位置相比大大降低了水下航信器的运动阻力，提高了水下航行器的俯仰调节能力与航向控制能力，进一步提高了系统的运动性能。

4.本发明专利将水听器与水下航行器之间通过减震装置相连，该减震装置由固定架与弹簧组成，他可以降低平台本身的震动传递到水听器上，提高对海洋背景声场的测量效果。

5.海洋声学测量系统和水下滑翔机可以分离，使得水下滑翔机可以一机多用；

6.水下航行器可以对声学测量系统进行实时监测，当海洋背景声场测量系统发生故障时，水下航行器可以立即终止观测任务。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是声学信号采集单元的机构示意图。

图3是水听器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照附图1，声学观测型水下航行器由水下航行器ⅰ和声学测量系统ⅱ组成；其中声学测量系统包括声学信号处理单元5与声学信号采集单元7，声学信号采集单元7由水听器9与水听器减震装置组成，见图2，水听器减震装置包括弹簧10、水听器固定架11、连接杆12。此设计的减震装置可以更好的降低平台本身的震动传递到水听器上，提高对海洋背景声场的测量效果。水下航行器由耐压舱1、浮力驱动单元2、姿态调节单元4、能源单元3、控制与储存单元6和通信单元8组成。

本发明的声学观测型水下航行器将声学信号采集单元7放在水下航行器的尾部，通过水动力优化，有效提高水下航行器的稳定性和经济性，同时，较其他搭载方式，该搭载方式可以是水下航行器的水动力参数达到最优，可以减小水下航行器的滑行阻力与增强稳定性，可以使水下航行器可以保持更好的航向控制能力与俯仰调节能力，可以使水下航行器可以很好的保持航行姿态和完成预设姿态。声学信号处理单元5装在水下航行器舱内，与水下航行器控制系统可以相互通信，声学信号处理单元将处理后的声学信号传给水下航行器的控制系统即控制与储存单元6，然后再通过卫星传回岸基操控平台，从而实现了远程在线观测能力。

水听器结构见图3，本实施例中水听器与水下航行器之间通过减震装置相连，减震装置可参见图2，该减震装置由固定架与弹簧组成，可以降低航行器本身的震动传递到水听器上，提高对海洋背景声场的测量效果。

使用过程中，首先水下航行器设置好工作深度、俯仰角等参数，然后通过水下航行器给声学测量系统上电处理(提供电源)，同时检测其状态是否正常，状态正常后可以进行布放；本发明在观测过程中水下航行器通过控制单元与储存单元对浮力驱动单元与姿态调节单元控制到达预设控制参数，同时声学测量系统对海洋背景声场进行实时监测，在将声学数据实时传输到水下航行器的控制与储存单元，实现数据可靠储存；当声学测量系统发生故障时，水下航行器可以立即终止测量任务，浮出水面等待回收。

本发明所述的水下航行器和声学测量系统可以分离，分离后两者可以单独使用，使得水下航行器可以搭载其他类型的传感器，完成其他的海洋环境监测与海底资源勘查任务，达到一机多用的效果。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种声学观测型水下航行器，其特征在于，由声学测量系统与水下航行器组成，所述声学测量系统包括声学信号处理单元与声学信号采集单元；水下航行器包括耐压舱、浮力驱动单元、姿态调节单元、能源单元、控制与储存单元和通信单元，声学信号处理单元放置于水下航行器的舱内，所述声学信号采集单元由水听器、弹簧、水听器固定架和连接杆组成，所述连接杆的一端用于与水下航行器的尾部连接，另一端与所述水听器固定架连接，所述水听器固定架内通过弹簧固定连接所述水听器。

技术总结
本发明公开一种声学观测型水下航行器，由声学测量系统与水下航行器组成，所述声学测量系统包括声学信号处理单元与声学信号采集单元；水下航行器包括耐压舱、浮力驱动单元、姿态调节单元、能源单元、控制与储存单元和通信单元，声学信号处理单元放置于水下航行器的舱内，所述声学信号采集单元由水听器、弹簧、水听器固定架和连接杆组成，所述连接杆的一端用于与水下航行器的尾部连接，另一端与所述水听器固定架连接，所述水听器固定架内通过弹簧固定连接所述水听器。

技术研发人员：王树新;王延辉;杨绍琼;张连洪;尹云龙;张宏伟;刘玉红
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.12.04
技术公布日：2020.04.28