中型錨系無線聲吶浮標系統設計研究

李旭

摘要：設計了一種3m直徑單點錨系聲吶浮標。該浮標使用雙備份無線通信鏈路，可在線進行系統操作，維護簡單便捷。并搭載矢量水聽器陣，使用低功耗電路進行水下聲信號采集、存儲與實時處理。系統錨系結構簡單可靠，依靠光電滑環進行綜合光電纜的扭力卸除。能源補給方面采用光電聯合供電，海上值守時間長。整套浮標已在工程項目中得到實際應用。

關鍵詞：聲吶浮標；單點錨系；光電滑環；無線電遠程控制

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0184-01

由于聲吶浮標布放回收便捷、本體噪聲對聲信號接收影響小，是實現水下目標聲信號采集處理較好的搭載平臺，對于有長時間觀測需求的場合，常使用錨系聲吶浮標。本文介紹一種采用3m直徑浮標體的聲吶浮標，搭載矢量水聽器陣，配備多種無線通信設備，使用輕鎧裝光電滑環纜實現水面和水下的通信通聯，錨系結構相對簡單，海上值班時間長，已通過海試驗證。

1 系統組成

系統組成如圖1 所示。選用3m直徑圓盤型浮標體作為載體，單點錨系方式，水面浮標體搭載通信及信號處理設備，水下輔艙內搭載水聲信號采集設備，二者之間使用光電滑環（纜）連接。系統使用北斗RDSS和無線電臺兩種通信方式，可同時與試驗船和岸基控制中心通信。系統采用光電聯合供電，延長值守時間。

2 錨系系統

系統錨系設計參數為：耐受風速≥64.6m/s，波高≥22.5m，流速≥196.2cm/s，典型海深300m。設計錨系長度配置為水深3倍，由圖1中2～13組成，工作拉力≥50kN，破斷力≥150kN。

水面浮標體和水下設備間采用光電滑環（纜）進行連接，由兩個獨立的光電滑環和光電復合纜組成，是電源和數據傳輸的載體。光電滑環可卸除水面浮標體漂移和旋轉產生的扭力，其配置的2自由度俯仰橫搖機構，可有效減輕接觸點處的水平剪切力。光電復合纜為輕鎧裝纜，使用卡夫拉增強。整體抗拉力和破斷力高于系統設計指標。

3 信號采集及處理

系統采集處理功能框圖，如圖2所示。控制板為管控單元，使用XC7K410T實現控制邏輯，控制外設電源通斷和數據交互。數字處理板為處理單元，使用TMS320C6678+XC7VX690T作為處理器，通過SRIO與控制板交互，板上存儲容量512GB，讀寫速度≥500Bps。采集板能夠實時采集24路聲信號，采樣率5ksps～20ksps步進可調，24bit量化采集。所有電路板板配置上電檢測模塊，溫度、電流電壓檢測模塊，可通過系統顯控界面實時監控和事后分析。

4 無線傳輸鏈路

浮標與控制中心進行數據交互和指令傳遞依靠無線通信。超出視距范圍使用北斗RDSS短報文進行簡單指令控制，最大通信頻度為60秒，單次通信數據量72字節。視距通信使用電臺進行精細控制，可進行在線系統維護，選用BreezeNET DS.11電臺，數據速率最高可達到11Mbps，覆蓋范圍最大為50公里，使用時需保證通視。

5 結語

本文設計并實現了中型錨系聲吶浮標無線鏈路使用視距和非視距互為備份，可在線進行系統操作，降低維護難度和失聯風險。采用光電滑環（纜）簡化錨系，利于布放和回收。系統連續值守時間長達1年。經過海上試驗驗證，系統工作穩定可靠，具有工程實用價值。

參考文獻

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