李旭

摘要：設(shè)計(jì)了一種3m直徑單點(diǎn)錨系聲吶浮標(biāo)。該浮標(biāo)使用雙備份無(wú)線通信鏈路，可在線進(jìn)行系統(tǒng)操作，維護(hù)簡(jiǎn)單便捷。并搭載矢量水聽器陣，使用低功耗電路進(jìn)行水下聲信號(hào)采集、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)處理。系統(tǒng)錨系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，依靠光電滑環(huán)進(jìn)行綜合光電纜的扭力卸除。能源補(bǔ)給方面采用光電聯(lián)合供電，海上值守時(shí)間長(zhǎng)。整套浮標(biāo)已在工程項(xiàng)目中得到實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：聲吶浮標(biāo)；單點(diǎn)錨系；光電滑環(huán)；無(wú)線電遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）07-0184-01

由于聲吶浮標(biāo)布放回收便捷、本體噪聲對(duì)聲信號(hào)接收影響小，是實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)聲信號(hào)采集處理較好的搭載平臺(tái)，對(duì)于有長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)需求的場(chǎng)合，常使用錨系聲吶浮標(biāo)。本文介紹一種采用3m直徑浮標(biāo)體的聲吶浮標(biāo)，搭載矢量水聽器陣，配備多種無(wú)線通信設(shè)備，使用輕鎧裝光電滑環(huán)纜實(shí)現(xiàn)水面和水下的通信通聯(lián)，錨系結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，海上值班時(shí)間長(zhǎng)，已通過(guò)海試驗(yàn)證。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1 所示。選用3m直徑圓盤型浮標(biāo)體作為載體，單點(diǎn)錨系方式，水面浮標(biāo)體搭載通信及信號(hào)處理設(shè)備，水下輔艙內(nèi)搭載水聲信號(hào)采集設(shè)備，二者之間使用光電滑環(huán)（纜）連接。系統(tǒng)使用北斗RDSS和無(wú)線電臺(tái)兩種通信方式，可同時(shí)與試驗(yàn)船和岸基控制中心通信。系統(tǒng)采用光電聯(lián)合供電，延長(zhǎng)值守時(shí)間。

2 錨系系統(tǒng)

系統(tǒng)錨系設(shè)計(jì)參數(shù)為：耐受風(fēng)速≥64.6m/s，波高≥22.5m，流速≥196.2cm/s，典型海深300m。設(shè)計(jì)錨系長(zhǎng)度配置為水深3倍，由圖1中2～13組成，工作拉力≥50kN，破斷力≥150kN。

水面浮標(biāo)體和水下設(shè)備間采用光電滑環(huán)（纜）進(jìn)行連接，由兩個(gè)獨(dú)立的光電滑環(huán)和光電復(fù)合纜組成，是電源和數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體。光電滑環(huán)可卸除水面浮標(biāo)體漂移和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭力，其配置的2自由度俯仰橫搖機(jī)構(gòu)，可有效減輕接觸點(diǎn)處的水平剪切力。光電復(fù)合纜為輕鎧裝纜，使用卡夫拉增強(qiáng)。整體抗拉力和破斷力高于系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3 信號(hào)采集及處理

系統(tǒng)采集處理功能框圖，如圖2所示。控制板為管控單元，使用XC7K410T實(shí)現(xiàn)控制邏輯，控制外設(shè)電源通斷和數(shù)據(jù)交互。數(shù)字處理板為處理單元，使用TMS320C6678+XC7VX690T作為處理器，通過(guò)SRIO與控制板交互，板上存儲(chǔ)容量512GB，讀寫速度≥500Bps。采集板能夠?qū)崟r(shí)采集24路聲信號(hào)，采樣率5ksps～20ksps步進(jìn)可調(diào)，24bit量化采集。所有電路板板配置上電檢測(cè)模塊，溫度、電流電壓檢測(cè)模塊，可通過(guò)系統(tǒng)顯控界面實(shí)時(shí)監(jiān)控和事后分析。

4 無(wú)線傳輸鏈路

浮標(biāo)與控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和指令傳遞依靠無(wú)線通信。超出視距范圍使用北斗RDSS短報(bào)文進(jìn)行簡(jiǎn)單指令控制，最大通信頻度為60秒，單次通信數(shù)據(jù)量72字節(jié)。視距通信使用電臺(tái)進(jìn)行精細(xì)控制，可進(jìn)行在線系統(tǒng)維護(hù)，選用BreezeNET DS.11電臺(tái)，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)到11Mbps，覆蓋范圍最大為50公里，使用時(shí)需保證通視。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了中型錨系聲吶浮標(biāo)無(wú)線鏈路使用視距和非視距互為備份，可在線進(jìn)行系統(tǒng)操作，降低維護(hù)難度和失聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)。采用光電滑環(huán)（纜）簡(jiǎn)化錨系，利于布放和回收。系統(tǒng)連續(xù)值守時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1年。經(jīng)過(guò)海上試驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，具有工程實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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