水下声学滑翔机研讨停顿及关键技术

水下声学滑翔机研讨停顿及关键技术

* 来源 : * 作者 : admin * 发表时间 : 2020-03-13 * 浏览 : 0

水下声学滑翔机研讨停顿及关键技术

摘要

水下声学滑翔机具有大航程、长航时、高荫蔽性及低本钱的特性, 是用于水下挪动目的探测、海洋水文环境精密化丈量的优势平台, 在全球海洋平安与环境观测体系建立中发挥着重要作用。文章细致梳理了国内外水下声学滑翔机研讨停顿, 简述其系统组成和功用; 讨论了水下声学滑翔机设计及范围化应用触及的平台减振降噪、自主控制、多模混合推进、声学传感器设计及应用、目的属性自主判别, 以及平安布放与回收等关键技术。文中研讨可为国内同类水下无人探测配备的系统开发提供参考。

 

  

水下无人平台自主探测技术是水下无人平台完成任务任务的重要保证, 在军事国防范畴占有无足轻重的位置, 其研讨内容触及水下无人平台构造与水动力、水下定位与导航、任务自顺应规划、自主控制、数据传输与通讯、动力推进、任务载荷、目的自主探测与跟踪、目的属性自主判别及共性根底技术等范畴, 是当前国际研讨的前沿热点。水下声学滑翔机属于水下无人平台自主探测研讨范畴, 其在环境观测型水下滑翔机技术根底上, 综合思索了平台电磁兼容性及声学特性, 搭载声学传感器及信号处置系统, 具备海洋环境噪声采集、水声信号采集、声纹记载、数据处置及上浮通讯等功用, 可用于完成敏感海域或拒止区域挪动目的自主探测、跟踪、属性判别和信息回传等任务。

 水下声学滑翔机研讨现状 

1.1  国外研讨现状

国外在水下滑翔机集成声学传感器方面起步较早, 且成果显著, 尤以美国最为突出。

      201057, 葡萄牙科研工作者在西安定洋劳盆地(Lau basin)北部布放搭载水听器的Slocum水下声学滑翔机(见图1), 用于监测西马塔(West Mata)的海下火山, 记载了随间隔变化的声波振幅, 证明了地质变化将使该地域噪声程度上升。实验结果标明, 水下声学滑翔机用于水声监测的效果能够与水下自主水听器相媲美[1]; 20135, 葡萄牙阿尔加维大学又在葡萄牙海岸布放了搭载SR-1水听器的Slocum用于探测水下噪声, 结果标明, 其可对水下噪声进行时间和空间尺度上的有效探测[2]

搭载水听器的Slocum

美国研制的Seaglider水下声学滑翔机尾部舱段集成了5 Hz~30 kHz全向声压水听器(见图2), 并配有数据采集与存储设备, 声学设备动态范围120 dB、本底噪声低至34 dB20068,科研人员在加利福尼亚州蒙特利湾布放了3Sea-glider水下声学滑翔机, 共获取401个剖面、107小时的声学数据, 采集到了蓝鲸、座头鲸和抹香鲸的叫声。此次实验飞行时间达40, 飞行里程达200 km, 获得了较好的实验效果[3]

2  搭载水听器的Seaglider

ANT公司在美国海军研讨办公室的赞助下研制的一款浅海声学滑翔机ANT Littoral Glider (见图3), 搭载有Reson公司的 TC-4033型水听器和Wilcoxon的矢量水听器, 其共同的设计特别合适在近海工作。在6年的研制周期内, ANT公司共为美国海军制造了18ANT Littoral Glider, 累积作业4 500小时[4]

3  ANT公司的浅海滑翔机

美国斯克里普斯海洋研讨所海洋物理实验室和华盛顿大学应用物理实验室协作设计的翼身交融水下声学滑翔机 (XRayZRay, 见图4)[5], 采用翼身交融构造, 可完成翼展程度间隔最大化和功率耗费最小化, 最大限度地进步其探测和定位才能。该滑翔机应用共同的翼身交融设计可取得较快的水下飞行速度, 使升力面积最大且增加了内部体积, 可用于携带战术有关的声学传感器, 使其合适于戒备和其他遥测任务[6]ZRay的两机翼前缘中装置了127元水听器阵列, 水听器工作频带10 Hz~15 kHz, 阵列信号输出到1个实时检测/定位和记载系统; 该水下声学滑翔机同时搭载有矢量水听器, 频率为20 Hz ~2 kHz。除此以外, ZRay还尝试拖曳132元拖曳线列阵, 该阵列由安定洋空间和海军作战系统中心设计和建造, 并将装备1个来自伍兹霍尔海洋研讨所的3通道低(10 Hz~7.5 kHz)、中(100 Hz ~ 50 kHz)、高(1 kHz~160 kHz)频数字监控自主检测分类系统。

 

4  XrayZray水下声学滑翔器

该水下声学滑翔机能够以1~3 kn的航速续航6个月, 其设计初衷是用来跟踪和自动辨认海洋哺乳动物[7], 目前已应用于圣地亚哥海底被动声学自主监测海洋哺乳动物项目(passive acoustic autonomous monitoring of marine mammals program)。由于其优良的声学探测性能, ZRay还可用来探测安静级柴电潜艇, 是美军耐久性沿海海底监视网(persistent littoral undersea surveillance net- work, PlusNet)的一局部[8]

1.2  国内研讨现状

国内在水下滑翔机平台集成声学传感器方面根本与美国坚持同步。受国度“863”方案赞助, 2014 , 中国海洋大学和中科院声学所结合研制了一型声学滑翔机, 该型滑翔机的艏部舱段为声学探测舱, 电子系统位于滑翔机电子舱内, 二者经过电缆衔接, 已先后展开了消声水池、湖上及海上实验(见图5)

水下滑翔机海上实验

该型滑翔机系统最大工作深度1 500 m, 悬停或坐底时, 最低工作频率10 Hz; 滑翔时, 最低工作频率500 Hz。设计指标为: 在良好水文条件下, 对水下声源谱级不小于125 dB (@1 kHz)的目的, 单节点探测作用间隔不小于3 km[9]

西北工业大学基于飞翼滑翔机研发了搭载多元声压阵列的飞翼滑翔机声学探测系统, 并停止了湖上测试。哈尔滨工程大学应用“海燕”水下滑翔机共装载了4个声压水听器, 在滑翔机左翼、右翼、前导流罩和尾翼各装置1个水听器构成4元声学感知单元, 并在南海海域停止了海上实验, 应用73 Hz低频声源信号对系统的探测才能停止考证。实验期间, 水下声学滑翔机共完成17个剖面的性能测试, 其中滑翔机控制功用测试3个剖面, 噪声特性测试7个剖面, 低频声源信号探测才能测试7个剖面, 平台最大下潜深度1 000 m。经过对记载的噪声数据停止剖析标明, 该声学感知单元可有效接纳低频声源发射的噪声数据。

海军潜艇学院和天津大学经过对现有“海燕”水下滑翔机停止声学特性[10]及电磁兼容性优化设计和减振降噪处置[11], 集成矢量水听器探测单元及其信号处置设备, 设计水声信号处置机舱室, 研发了“海豚号”水下声学滑翔机原理样机[12](见图6), 该样机可自主完成水中目的噪声信息获取、自主探测、声学信号跟踪、目的属性自主判别及快速上浮, 整个流程无需人工干预, 初步具备对目的的自主探测能力。

本文由重庆水下作业采集
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