海洋環境噪聲源記錄浮標的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及海洋監測，尤其是涉及一種適用于全天候、全海況下低功耗的海洋環境噪聲源記錄浮標。
【背景技術】
[0002]在海洋環境中，聲波是信息傳遞的主要方式。海洋環境噪聲不僅是水聲信道中的干擾背景場，任何聲納系統的性能都要受海洋環境噪聲的限制，而且可以把水聽器接收到的噪聲看作是有用的信號，它包含了關于海面狀況、船舶分布、海底地慢的構造過程、海洋動物的行為等多方面的大量信息，由噪聲數據可以反演出海水、海底的各種信息。研究表明，頻率在50Hz到500Hz十倍頻程范圍的遠處航船是主要的噪聲源，在幾百赫茲以上頻率，海洋環境噪聲級與海況有直接的關系，與測量水聽器所在地的風速直接相關。因此，海面噪聲源的采集對于海洋環境噪聲的監測、建模和驗證研究是十分必要的。
[0003]在近、遠海進行海面噪聲源數據采集方面，目前對于海面氣象(包括風、降雨)來說有兩種常用方法:現場實測和衛星反演產品。現場實測常利用船載設備，該方法的缺點一是船只本身為噪聲源，二是費用高且耗時耗力，三是易受惡劣天氣和海況的影響對記錄海洋環境噪聲的潛標并不適合;衛星反演產品具有覆蓋面廣、免費獲取的優勢，但存在時間、空間分辨率較低的缺點，而且反演產品精度會受到大氣和海況影響。由于岸基AIS(AutomatiCIdentificat1n System)系統的覆蓋范圍有限，僅限于近海岸20?30海里之內，目前對于近、遠海海面船只的監測常用采集方法也有兩種:船載AIS實測和AIS衛星數據。船載AIS實測的缺點同上，AIS衛星數據雖然費用低、覆蓋面廣，但存在時隙沖突問題，使得船舶檢測概率降低，這是由SOTDMA協議本身缺陷造成的，即使通過增加衛星個數的方式仍然無法有效解決該問題，還使得監測成本費用增加許多。
[0004]現有的海面氣象浮標系統功能豐富，但構造及體積龐大，使得不僅回收、布放困難，且耗電和維修成本高。市場上現有的AIS接收設備，也僅面向岸基和船載系統，不僅內嵌有其它不必要功能和器件(如顯示屏、解碼、導航等)，而且功耗較大、存儲容量小，而海洋浮標的供電能力又十分有限，在耗電量和存儲容量上都使得現有設備無法滿足長時間船舶監測需求，并且無法在近、遠海惡劣海況下正常工作。
[0005]中國專利CN104908890A公開一種海洋環境噪聲剖面數據實時分析傳輸漂流浮標系統，由剖面漂流浮標和遠程控制接收機組成，海中的剖面漂流浮標和岸上的遠程控制接收機通過北斗衛星進行通訊。剖面漂流浮標圓柱型殼體底端外的導流保護罩內設置油囊和水聽器。浮標殼體內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，改變剖面漂流浮標的浮力并使其下潛、懸浮和上浮。水聽器將海洋環境噪聲信號轉換成電信號，噪聲頻譜分析模塊采集這些電信號并實時分析，遠程控制接收機接收并存儲剖面漂流浮標發送的海洋環境噪聲數據和CTD數據，實現從海面到2000米深度的海洋環境噪聲數據的剖面測量、頻譜實時分析和遠距離傳輸。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供能適用于全天候、全海況海洋環境噪聲源數據記錄，不僅能用于海洋環境噪聲的同步監測和建模，也可用于海洋環境衛星和AIS衛星數據驗證的海洋環境噪聲源記錄浮標。
[0007]本發明設有氣象六要素測量單元、氣象六要素記錄單元、船舶信息接收天線、AIS記錄單元、電源、浮標單元和自伸縮纜繩；
[0008]所述浮標單元設有支撐管、浮體和水下電子艙，水下電子艙與支撐管連成一體;氣象六要素測量單元和船舶信息接收天線位于浮標單元的支撐管頂端，氣象六要素測量單元和船舶信息接收天線通過電纜連接相應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，由設于水下電子艙內的電源供電，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單元的支撐管頂端，氣象六要素測量單元通過支架放置在船舶信息接收天線上方；
[0009]支撐管內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。水下電子艙內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;水下電子艙內部各器件在工作狀態時均為固定狀態，防止海浪沖擊導致各器件滾動。
[0010]所述氣象六要素測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、風速和風向)和AIS信息在接收上互不影響。
[0011]所述氣象六要素測量單元用于測量海面氣壓、濕度、溫度、降雨、風速和風向，置于浮標頂端，為海上專用氣象站，耐腐蝕和海浪沖擊，防水等級IPX8。
[0012]所述氣象六要素記錄單元用于實時記錄氣象六要素測量單元傳輸的數據，置于浮標的水下電子艙內，與所述氣象六要素測量單元用電纜連接以傳輸測量數據。
[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，置于浮標頂端，為海上專用天線，耐腐蝕和海浪沖擊，防水等級IPX8。
[0014]所述AIS記錄單元用于實時記錄AIS信息，AIS記錄單元置于浮標的水下電子艙內，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，置于浮標的水下電子艙內，分別與所述氣象六要素測量單元和記錄單元、AIS接收和記錄單元連接以進行供電；所述電源可采用鋰電池。
[0016]所述浮標單元為氣象六要素測量單元和記錄單元、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，浮標單元均為柱形設計，以減緩海浪沖擊阻力。在浮標單元與水下固定裝置(水下錨系裝置)之間可設有釋放器。
[0017]所述自伸縮纜繩用于連接浮標單元、釋放器及其水下固定裝置，該固定裝置為潛標，所述自伸縮纜繩置于浮標下方，體型輕細，但擁有2.5倍彈力和18噸高強度拉力可自動伸縮纜繩，為海洋浮/潛標專用彈性纜繩。
[0018]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0019]I)可以全天候、全海況下使用。自伸縮纜繩提供了足夠強度的拉力和彈力，可以抵御臺風等惡劣海況帶來的沖擊，這是現有浮標和船載設備所不能提供的，并且該纜繩十分精致輕巧，便于布放回收。
[0020]2)面向海洋環境噪聲源數據采集的集成式浮標。目前還沒有面向海洋環境噪聲源的浮標裝置，本發明提供的集成式浮標同時采集海面氣象和海面船只引起的海洋環境噪聲，具有比現有技術手段獲取數據精確、噪聲測量期間全時空覆蓋的優點，并且所采集數據不僅能用于海洋環境噪聲的同步監測和建模，也可用于海洋環境衛星和AIS衛星的精度評估和驗證。
[0021]3)本發明浮標結構簡單輕巧、成本低廉，并且所用設備均為接收裝置，所用材料可重復循環利用，對周圍電磁場和環境無污染干擾。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明實施例的總體結構示意圖。
[0023]圖2是本發明實施例浮標單元結構組成示意圖。
[0024]圖3是本發明實施例在海洋中的工作狀態示意圖。
[0025]圖4是本發明實施例的電路工作流程圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0027]參見圖1?4，本發明實施例設有氣象六要素測量單元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、浮標單元3和自伸縮纜繩4;所述浮標單元3設有支撐管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;氣象六要素測量單元I和船舶信息接收天線2位于浮標單元3的支撐管31頂端，氣象六要素測量單元I和船舶信息接收天線2通過電纜連接相應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