一种水下声学探测浮标的设计与实现

介绍了一种水下声学探测浮标的设计及实现。该浮标基于国产北斗 Argo 浮标搭载水声探测载荷,能够在水中自主沉浮,并实现对水声通信信号探测,发现目标后,通过北斗卫星传输目标的相关特征信息。该浮标能够实现设备程控沉浮、自我定位、卫星通信、水声信号检测识别、数据记录、信息显示等功能。 可广泛用于重要航道、演习区域等海域的水下安全排查,掌握水声通信网络布设及分布情况,为我重要军事行动提供决策依据。     

一种矢量水听器浮标补偿角挑选方法

矢量水听器浮标在海上试验时一般需用到真方位、声学方位、罗经值 3 个参数,但罗经安装过程中很难正对大地坐标系正北方向,海上试验前一般都需要校准。针对这个问题,采用了直方图的方法挑选矢量水听器浮标补偿角,挑选出的补偿角用于海上试验时声学测向角度补偿,保证声学方位测量的准确性。     

水面运动目标跟踪监控系统的设计与实现

本文围绕海上无人值守平台周界安防技术需求,以800 m范围内的快艇、渔船、客轮和商船为航行目标构建运动目标跟踪监控系统,并集成开发了基于水下被动声学检测和水上云台控制的光学视频系统为一体的声光一体化监控系统,设计了一套基于深度学习的目标检测算法,实现了对水面航行目标的跟踪检测与分类识别。本文在目前基于单一方法进行水面目标跟踪的基础上进行了突破,系统综合了水听器远距离目标监控跟踪和近距离的水面视频监控目标识别,当两者同时确认目标,由声警器发出警报驱离可疑目标,系统将水下声学监控和水面视频监控有效结合,极大地降低了平台的误报概率,同时实验测试结果表明该系统可有效实现对4类水面航行目标的跟踪检测和特征提取,且改进后的算法可有效提升目标检测效果与识别精度,具有较好的鲁棒性和有效性。     

无动力海面移动观测平台特点、进展与发展趋势分析

本文以表层漂流浮标、漂流式波浪浮标和漂流式海气界面浮标为代表介绍了无动力海面移动观测平台的观测需求、特点、最新进展和发展趋势。无动力海面移动观测平台除具备重量轻、体积小、随波性好等特点外,相比其他观测平台最大的优势在于成本低、实时性强,可有效弥补定点观测在全球大洋空间分辨率的不足。随着海洋与气象环境观测传感器的自动化、小型化和低功耗化,尤其是在可再生能源供应和卫星数据通讯技术的支撑下,这一类型平台观测能力的可拓展性非常强。除可直接开展海洋环境声学、光学和电磁学要素的观测外,还可成为海洋化学、海洋生物、海洋地质等海洋学科的专属平台,并具备海上目标探测识别能力。随着无动力海面移动平台观探测能力的不断提高、使用成本的降低和快速投放技术的发展,此类平台在海洋观探测领域尤其是深远海区域观探测快速响应方面将有非常广阔的应用前景。     

SOCS_EWF:空海岸潜一体化目标探测与应急通信体系架构

当前海洋自然灾害与突发事件频发,南海维权形势严峻复杂,针对我国海洋目标探测与远距离通信预警能力薄弱,不能满足海洋强国建设战略需求的问题,本文提出一种空海岸潜一体化的目标探测、应急通信预警体系架构"SOCS EWF"。该架构利用空(临近空间浮空器)、岸(天波雷达)、海(综合信息浮台、波浪滑翔器、地波雷达)、潜(水下拖曳阵声呐)4种技术手段,通过有机组合形成深远海超视距低空及海面目标、水下声学目标的探测感知与应急通信保障能力。"SOCS EWF"体系架构设计可有效填补远海应急通信与空海目标一体化监测预警的空白,大幅增加现有海洋目标监测预警网络系统的有效范围,显著提升我国海洋活动的海上安全保障能力。     

海上航船分布及其对海洋环境噪声的影响

当代水下目标探测向低频远程发展,海洋环境噪声的低频特性倍受关注,航船噪声是海洋中的主要低频噪声源。近几十年来,海上航运量迅速增长,导致海洋环境低频噪声大幅升高,增加了海洋环境的噪声污染。本文依据港口进出航船信息库和船舶自动识别技术数据库资料,分析历史航船分布数据,依据获得的某开阔海域航船分布规律,建立数值模型估计了航船噪声源对低频海洋环境噪声特征的影响。结果表明,日进、出港的航船数近似满足正态分布,近海开阔海域单位面积、单位时间内的航船数近似满足泊松分布;由于海上航船的影响,海洋环境噪声强度呈明显的水平非均匀分布状态。     

换能器的近场波束特性及其应用

一、引言为了适应海洋探测的需要,对声纳系统的性能要求大大提高,它要求声纳系统要具有更远的探测距离。目前,供实战使用的舰艇声纳,主动式声纳的最大探测距离可达30余海里。被动式声纳的最大探测距离可达60余海里(被动式试验鉴定最大探测距离可达120余海里)。水下声波定向密码通讯的最大距离已达170余海里。由于近代声纳追求远距离目标的探测,另一方面,由于换能器的近场声学特性相当复杂。因此,对在海洋探测中充当“耳目”作用的换能器的远场特性进行了详细的研究和广泛的应用。而对于其近场的     

基于水下滑翔机平台的海洋声学探测技术发展现状与展望

水下滑翔机作为一种新型海洋监测平台,具有大航程、长时序、高隐蔽性、低成本及通用性强的特点,是用于水下移动目标探测、海洋水文环境精细化测量的优势平台,在海洋勘测与探测、国家海洋安全、海洋环境监测体系建设中发挥着重要作用.详细梳理了基于水下滑翔机平台的海洋声学探测技术的国内外研究进展现状,展望了推动海洋声学探测未来发展的关...     

基于稀疏贝叶斯学习的水下电场测向方法

水下电场是一种可用于对水下目标进行探测和识别的重要物理场,通过高灵敏度、低自噪声的水下电场探测系统,可实现对水下目标电场信号的远程测向。针对水下目标测向问题,提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的水下电场测向方法。该方法采用多个探测单元同时采集处理水下目标辐射的交变电场信号,再通过稀疏贝叶斯学习方法,实现对目标电场信号波达方向的估计,最终估计出目标与探测系统的相对方位。通过湖上试验,验证了该方法的可行性与鲁棒性。相对于常规波束形成算法,在一定测试场景下,该方法对16 Hz频率的正弦波电场信号的测向精度提高了4.8°。     

黑匣子搜索定位浮标设计与实现

根据黑匣子信标的特点,介绍了一种有针对性探测的黑匣子搜索定位设备的设计及实现过程。该黑匣子搜索定位设备采用剖面漂流浮标技术,通过加装水听器,实现对水下黑匣子信标信号进行区域定位和距离估算。发现目标后,自动上浮至水面,通过卫星将目标位置信息发往监控中心,实现目标快速搜索定位,节省人力物力,争取宝贵的搜索时间。通过原理样机的研制实现,经过相关的湖上验证试验表明,该型设备初步具备黑匣子探测能力。     

"采用SCADA通信系统通过国内卫星传输资料浮标数据研究"及其应用

海洋资料浮标测量数据传输的安全、可靠、经济和方便,是多年来浮标工程研究的课题。文中介绍我国海洋资料浮标数据传输方式的变革,国内卫星(中卫-1号)的性能及覆盖海域,"全线通"双向数据卫星通信系统原理特点以及"采用SCADA通信系统通过国内卫星传输资料浮标数据研究"成果在我国东海、南海的应用情况。     

Upper ocean near-inertial response to 1998 Typhoon Faith in the South China Sea

During the South China Sea monsoon experiment (SCSMEX),three autonomous temperature line acquisition system (ATLAS) buoys with acoustic Doppler current profiler (ADCP) were moored in the South China Sea to measure temperature,salinity and current velocity.Typhoon Faith passed through about 250 km south to one of the mooring buoys located at 12 58.5 N,114 24.5 E from December 11 to 14,1998.The data analysis indicates that the typhoon winds induce a great increase in the kinetic energy at near-inertial frequencies with two maxima in the mixed layer and thermocline.The near-inertial oscillations were observed at the upper 270 m in the wake of Typhoon Faith.The oscillations were originally excited in the sea surface layer and propagated downward.The amplitudes of the oscillations decrease with depth except in the thermocline.The near-inertial oscillation signals are also remarkable in temperature and salinity fields.     

自升式连体潜标测量系统的设计与实施

针对有缆潜标系统测量质量不稳定,缆绳阻力大、浮球浮力不足,测量系统难以绷紧,导致潜标摇摆、缆绳倾斜,受海洋环境的其他外力作用,影响采集资料的质量等问题,设计了自升式连体潜标测量系统。该系统最大特点是把各种仪器设备与释放器搭载组合到同一平行面的潜标内,把仪器设备、释放器与浮体材料合成为单位体积最小的潜标测量平台。该系统还有体积小、质量轻、造价低、操作简便等特点,适用于水深1 200 m内的海区,采用座底方式进行测量。系统通过释放装置脱钩,脱钩后连体潜标可自行升浮到海面,并具有隐蔽性好不易被破坏的优点。经过近1 a的试验,已多次在南海水深400 m多的海区顺利完成了海上投放与回收试验,试验结果良好。     

拖曳声源深海脉冲多途效应及直达波传播特征

深海脉冲传播多途效应显著,直达波受海洋环境影响较大。基于南海某海域深水试验数据,采用Butterworth带通滤波器识别目标信号,进而分析近、中、远距离处VLA接收到的信号特征,并根据射线理论解释多途效应、直达波特征规律。结果表明:近距离目标信号可分为直达波及两次海底反射波;中距离可分为直达波与三次海底反射波;远距离目标信号弱,反射波特征不明显。其中,直达波声强显著低于第一次海底反射波,受夏季海面波导的影响,近表层深度处的直达波强度最大;50~200m深度层在强跃层控制下,声线向下弯曲,直达波信号随深度增加逐渐减弱;随传播距离增加,直达波逐渐减弱消失。     

中国近海现场海洋观测系统设计评估

中国科学院正在发展一个在中国近海(包括黄海、东海和南海)现场海洋观测系统。观测系统包括3个沿岸观测站点、4个近海离岸浮标和由观测船只按固定航线做的船舶观测断面。观测站点、浮标和断面的位置已经预先确定,这个计划在2008-2011实施。利用基于卡尔曼理论的样本集合方法对这样一个能够监测大尺度的季节和年季变率的观测系统设计进行了评估。根据卡尔曼滤波理论,用集合样本的方法能够给出经过同化这个观测系统位置的观测资料后能够减少多少分析误差和分析场的不确定性。用2个来自不同模式、不同分辨率的模式的结果作为集合样本来计算静态的背景误差协方差,这2套样本分别是来自分辨率是0.5°×0.5°的模式同化结果和高分辨0.125°×0.125°的模式结果。由这2个不同资料得到的结果是一致的。发现来自3个近岸和4个离岸浮标得到的观测能够有效地减少SST在渤海、黄海、东海和南海中部的分析误差。然而在越南东部和台湾东部海域,分析误差减少的百分比相对要小。最后,给出了中国近海最优的观测位置序列设计。     

珠江口东南近海海区污损生物研究

为研究珠江口东南近海海区污损生物状况,于1986年5月至1987年6月,在香港东南约114和160km,水深为95和113m处布设了两个生物浮标站,并对距香港约172km,水深为115m处的Marex水文气象浮标上的污损生物群落进行调查.此次调查共采集和鉴定出污损生物78种,其中在浸海只有3个月的试板上,主要有柄蔓足类、水螅和藻类,优势种是细板条茗荷、茗荷和直杯螅.至于浸海时间达6～12个月的浮标(包括沉标)及锚链系统,其上还有相当数量的多种双壳类软体动物、无柄蔓足类和苔藓动物等硬性污损生物附着.在种类垂直分布方面,污损生物群落组成随深度发生明显变化.     

国产深海准实时传输潜标系统设计

基于海洋环境安全保障、海洋环境预报和海洋科学研究的需要,开展国产深海准实时传输潜标系统的设计,重点进行锚泊系统水动力分析、观测设备工作同步性、准实时通讯系统安全可靠和系统低功耗等整体技术设计;开展轻型感应耦合传输缆制作、大深度感应耦合传输和智能收放通讯等数据实时通讯技术的研究;进行适用于准实时传输潜标系统的多种类国产设备的稳定性和可靠性优化、规模化集成和系统化的应用示范,形成半潜升降式准实时通讯潜标与浮子式准实时通讯潜标各1套。所设计的准实时传输潜标系统集成了1台抗污染CTD、19台感应耦合CTD、8台感应耦合T、4台感应耦合传输的ADCP、2台单点海流计和6台感应耦合数据传输仪,并配有2套声学释放器;潜标系统本体设计含有3个水下流线型浮体、1套通讯浮子、1套准实时卫星通讯装置（半潜式水下绞车或海面浮子）和1套锚泊缆系,可实现深达2 000 mm的剖面温盐深和海流等海洋要素的高频率、多要素、多层次的长期连续观测和数据准实时传输,以便对科学问题解决和海洋环境安全保障等提供及时的数据支撑。     

GNSS声呐水下定位浮标阵列解析优化

GNSS/声纳定位精度主要取决于GNSS浮标阵列构型和测距精度。优化水面GNSS浮标阵列对提高定位精度和可靠性有重要意义。本文提出了基于高度角约束条件的GNSS浮标阵列优化搜索算法。基于GNSS浮标位于海平面和高度角约束条件,本文提出了优化PDOP算法。我们以5个浮标为例对该算法进行了验证,并且获得了完整解。最后,为了在PDOP最小的解中搜索到最优构型,我们提出了一个用来获取最小GDOP解的搜索算法。算法表明：在区域范围内,区域中心点处GDOP最小与区域PDOP均值最小是等价的。我们用中国南海实测数据阐明了5枚浮标情况下定位图形与定位精度的关系。     

珠江口低盐透镜现象的声传播特性分析

低盐透镜现象是珠江口陆架海域常见的一种中尺度现象,它的出现会影响水下声传播环境。利用南海北部陆架区的CTD资料分析了低盐透镜的结构特征,基于简正波和射线模型,建立二维波导环境,设置不同声源条件,对低盐透镜环境的声传播特性进行了研究。结果表明:低盐透镜会在海水上层形成声道,距离15 km处其传播损失较没有低盐透镜的情况小约15 dB。虽然低盐透镜声道厚度通常较小,但是较大的盐度梯度可以保证声道对声能的有效传播。当频率高于截止频率的声源置于低盐透镜内,声道效应有助于声音的远距离传播。     

珍珠贝在南海北部海洋结构物上的分布

:1 98 6— 1 995年在南海北部水域对 1 6个海洋结构物 (其中 1 2个生物调查浮标 ,2个Marex水文资料浮标和 2个固定石油生产平台 )上珍珠贝科 (Pteriidae)的水平和垂直分布进行了调查 ,共发现有珍珠贝科 2属 1 0种。文中讨论了它们的分布与该水域的海流特征、结构物离岸距离及珍珠贝幼虫发育的关系 ,并认为 ,企鹅珍珠贝Pteria(Magnavicula)penguin、短翼珍珠贝P .(Austropteria)brevialata和珠母贝Pinctadamargartifera、鹌鹑珍珠贝Pteria (A .)coturnix将分别为B2站、YM1站和Z1站海区未来海洋结构物污损生物的优势种。