海洋環(huán)境噪聲源記錄浮標(biāo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋監(jiān)測(cè)，尤其是涉及一種適用于全天候、全海況下低功耗的海洋環(huán)境噪聲源記錄浮標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]在海洋環(huán)境中，聲波是信息傳遞的主要方式。海洋環(huán)境噪聲不僅是水聲信道中的干擾背景場(chǎng)，任何聲納系統(tǒng)的性能都要受海洋環(huán)境噪聲的限制，而且可以把水聽(tīng)器接收到的噪聲看作是有用的信號(hào)，它包含了關(guān)于海面狀況、船舶分布、海底地慢的構(gòu)造過(guò)程、海洋動(dòng)物的行為等多方面的大量信息，由噪聲數(shù)據(jù)可以反演出海水、海底的各種信息。研究表明，頻率在50Hz到500Hz十倍頻程范圍的遠(yuǎn)處航船是主要的噪聲源，在幾百赫茲以上頻率，海洋環(huán)境噪聲級(jí)與海況有直接的關(guān)系，與測(cè)量水聽(tīng)器所在地的風(fēng)速直接相關(guān)。因此，海面噪聲源的采集對(duì)于海洋環(huán)境噪聲的監(jiān)測(cè)、建模和驗(yàn)證研究是十分必要的。
[0003]在近、遠(yuǎn)海進(jìn)行海面噪聲源數(shù)據(jù)采集方面，目前對(duì)于海面氣象(包括風(fēng)、降雨)來(lái)說(shuō)有兩種常用方法:現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和衛(wèi)星反演產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)常利用船載設(shè)備，該方法的缺點(diǎn)一是船只本身為噪聲源，二是費(fèi)用高且耗時(shí)耗力，三是易受惡劣天氣和海況的影響對(duì)記錄海洋環(huán)境噪聲的潛標(biāo)并不適合;衛(wèi)星反演產(chǎn)品具有覆蓋面廣、免費(fèi)獲取的優(yōu)勢(shì)，但存在時(shí)間、空間分辨率較低的缺點(diǎn)，而且反演產(chǎn)品精度會(huì)受到大氣和海況影響。由于岸基AIS(AutomatiCIdentificat1n System)系統(tǒng)的覆蓋范圍有限，僅限于近海岸20?30海里之內(nèi)，目前對(duì)于近、遠(yuǎn)海海面船只的監(jiān)測(cè)常用采集方法也有兩種:船載AIS實(shí)測(cè)和AIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)。船載AIS實(shí)測(cè)的缺點(diǎn)同上，AIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)雖然費(fèi)用低、覆蓋面廣，但存在時(shí)隙沖突問(wèn)題，使得船舶檢測(cè)概率降低，這是由SOTDMA協(xié)議本身缺陷造成的，即使通過(guò)增加衛(wèi)星個(gè)數(shù)的方式仍然無(wú)法有效解決該問(wèn)題，還使得監(jiān)測(cè)成本費(fèi)用增加許多。
[0004]現(xiàn)有的海面氣象浮標(biāo)系統(tǒng)功能豐富，但構(gòu)造及體積龐大，使得不僅回收、布放困難，且耗電和維修成本高。市場(chǎng)上現(xiàn)有的AIS接收設(shè)備，也僅面向岸基和船載系統(tǒng)，不僅內(nèi)嵌有其它不必要功能和器件(如顯示屏、解碼、導(dǎo)航等)，而且功耗較大、存儲(chǔ)容量小，而海洋浮標(biāo)的供電能力又十分有限，在耗電量和存儲(chǔ)容量上都使得現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法滿足長(zhǎng)時(shí)間船舶監(jiān)測(cè)需求，并且無(wú)法在近、遠(yuǎn)海惡劣海況下正常工作。
[0005]中國(guó)專利CN104908890A公開(kāi)一種海洋環(huán)境噪聲剖面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析傳輸漂流浮標(biāo)系統(tǒng)，由剖面漂流浮標(biāo)和遠(yuǎn)程控制接收機(jī)組成，海中的剖面漂流浮標(biāo)和岸上的遠(yuǎn)程控制接收機(jī)通過(guò)北斗衛(wèi)星進(jìn)行通訊。剖面漂流浮標(biāo)圓柱型殼體底端外的導(dǎo)流保護(hù)罩內(nèi)設(shè)置油囊和水聽(tīng)器。浮標(biāo)殼體內(nèi)的液壓栗從油囊抽取或向其液壓栗從油囊抽取或向其注入液壓油，改變剖面漂流浮標(biāo)的浮力并使其下潛、懸浮和上浮。水聽(tīng)器將海洋環(huán)境噪聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，噪聲頻譜分析模塊采集這些電信號(hào)并實(shí)時(shí)分析，遠(yuǎn)程控制接收機(jī)接收并存儲(chǔ)剖面漂流浮標(biāo)發(fā)送的海洋環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)和CTD數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從海面到2000米深度的海洋環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)的剖面測(cè)量、頻譜實(shí)時(shí)分析和遠(yuǎn)距離傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供能適用于全天候、全海況海洋環(huán)境噪聲源數(shù)據(jù)記錄，不僅能用于海洋環(huán)境噪聲的同步監(jiān)測(cè)和建模，也可用于海洋環(huán)境衛(wèi)星和AIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)驗(yàn)證的海洋環(huán)境噪聲源記錄浮標(biāo)。
[0007]本發(fā)明設(shè)有氣象六要素測(cè)量單元、氣象六要素記錄單元、船舶信息接收天線、AIS記錄單元、電源、浮標(biāo)單元和自伸縮纜繩；
[0008]所述浮標(biāo)單元設(shè)有支撐管、浮體和水下電子艙，水下電子艙與支撐管連成一體;氣象六要素測(cè)量單元和船舶信息接收天線位于浮標(biāo)單元的支撐管頂端，氣象六要素測(cè)量單元和船舶信息接收天線通過(guò)電纜連接相應(yīng)的氣象六要素記錄單元和AIS記錄單元，氣象六要素記錄單元和AIS記錄單元位于水下電子艙內(nèi)，由設(shè)于水下電子艙內(nèi)的電源供電，自伸縮纜繩連接水下電子艙和水下錨系裝置;船舶信息接收天線固定于浮標(biāo)單元的支撐管頂端，氣象六要素測(cè)量單元通過(guò)支架放置在船舶信息接收天線上方；
[0009]支撐管內(nèi)的電纜連接至氣象六要素記錄單元和AIS記錄單元，氣象六要素記錄單元和AIS記錄單元被固定于支架上，電源為氣象六要素記錄單元和AIS記錄單元提供電力支持，被固定于支架內(nèi)。水下電子艙內(nèi)的支架固定于水下電子艙的底部，各部分以不銹鋼螺絲相互連接，方便拆卸和固定;水下電子艙內(nèi)部各器件在工作狀態(tài)時(shí)均為固定狀態(tài)，防止海浪沖擊導(dǎo)致各器件滾動(dòng)。
[0010]所述氣象六要素測(cè)量單元與船舶信息接收天線的垂直間隔可為50cm，這樣氣象六要素(海面氣壓、濕度、溫度、降雨、風(fēng)速和風(fēng)向)和AIS信息在接收上互不影響。
[0011]所述氣象六要素測(cè)量單元用于測(cè)量海面氣壓、濕度、溫度、降雨、風(fēng)速和風(fēng)向，置于浮標(biāo)頂端，為海上專用氣象站，耐腐蝕和海浪沖擊，防水等級(jí)IPX8。
[0012]所述氣象六要素記錄單元用于實(shí)時(shí)記錄氣象六要素測(cè)量單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，置于浮標(biāo)的水下電子艙內(nèi)，與所述氣象六要素測(cè)量單元用電纜連接以傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0013]所述船舶信息接收天線，采用雙通道、高靈敏度、A類AIS的甚高頻VHF天線，船舶信息接收天線用于接收周圍船舶的AIS信息，置于浮標(biāo)頂端，為海上專用天線，耐腐蝕和海浪沖擊，防水等級(jí)IPX8。
[0014]所述AIS記錄單元用于實(shí)時(shí)記錄AIS信息，AIS記錄單元置于浮標(biāo)的水下電子艙內(nèi)，與所述船舶信息接收天線以電纜連接以傳輸AIS信息。
[0015]所述電源為所述氣象六要素測(cè)量單元和記錄單元、船舶信息接收天線、AIS記錄單元供電，置于浮標(biāo)的水下電子艙內(nèi)，分別與所述氣象六要素測(cè)量單元和記錄單元、AIS接收和記錄單元連接以進(jìn)行供電；所述電源可采用鋰電池。
[0016]所述浮標(biāo)單元為氣象六要素測(cè)量單元和記錄單元、船舶信息接收天線、AIS接收和記錄單元、電源的母體水密設(shè)備，自上而下分為支撐管、浮體和水下電子艙，支撐管和水下電子艙均為鈦合金材料，浮體為硬聚氨脂泡沫材料，浮標(biāo)單元均為柱形設(shè)計(jì)，以減緩海浪沖擊阻力。在浮標(biāo)單元與水下固定裝置(水下錨系裝置)之間可設(shè)有釋放器。
[0017]所述自伸縮纜繩用于連接浮標(biāo)單元、釋放器及其水下固定裝置，該固定裝置為潛標(biāo)，所述自伸縮纜繩置于浮標(biāo)下方，體型輕細(xì)，但擁有2.5倍彈力和18噸高強(qiáng)度拉力可自動(dòng)伸縮纜繩，為海洋浮/潛標(biāo)專用彈性纜繩。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]I)可以全天候、全海況下使用。自伸縮纜繩提供了足夠強(qiáng)度的拉力和彈力，可以抵御臺(tái)風(fēng)等惡劣海況帶來(lái)的沖擊，這是現(xiàn)有浮標(biāo)和船載設(shè)備所不能提供的，并且該纜繩十分精致輕巧，便于布放回收。
[0020]2)面向海洋環(huán)境噪聲源數(shù)據(jù)采集的集成式浮標(biāo)。目前還沒(méi)有面向海洋環(huán)境噪聲源的浮標(biāo)裝置，本發(fā)明提供的集成式浮標(biāo)同時(shí)采集海面氣象和海面船只引起的海洋環(huán)境噪聲，具有比現(xiàn)有技術(shù)手段獲取數(shù)據(jù)精確、噪聲測(cè)量期間全時(shí)空覆蓋的優(yōu)點(diǎn)，并且所采集數(shù)據(jù)不僅能用于海洋環(huán)境噪聲的同步監(jiān)測(cè)和建模，也可用于海洋環(huán)境衛(wèi)星和AIS衛(wèi)星的精度評(píng)估和驗(yàn)證。
[0021]3)本發(fā)明浮標(biāo)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧、成本低廉，并且所用設(shè)備均為接收裝置，所用材料可重復(fù)循環(huán)利用，對(duì)周圍電磁場(chǎng)和環(huán)境無(wú)污染干擾。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例浮標(biāo)單元結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明實(shí)施例在海洋中的工作狀態(tài)示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的電路工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]參見(jiàn)圖1?4，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有氣象六要素測(cè)量單元1、氣象六要素記錄單元5、船舶信息接收天線2、Al S記錄單元6、電源8、浮標(biāo)單元3和自伸縮纜繩4;所述浮標(biāo)單元3設(shè)有支撐管31、浮體32和水下電子艙33，水下電子艙33與支撐管31連成一體;氣象六要素測(cè)量單元I和船舶信息接收天線2位于浮標(biāo)單元3的支撐管31頂端，氣象六要素測(cè)量單元I和船舶信息接收天線2通過(guò)電纜連接相應(yīng)的氣象六要素記錄單元5和AIS記錄單元6，氣象六要素記錄單元5和