中型锚系无线声呐浮标系统设计研究

李旭

摘要：设计了一种3m直径单点锚系声呐浮标。该浮标使用双备份无线通信链路，可在线进行系统操作，维护简单便捷。并搭载矢量水听器阵，使用低功耗电路进行水下声信号采集、存储与实时处理。系统锚系结构简单可靠，依靠光电滑环进行综合光电缆的扭力卸除。能源补给方面采用光电联合供电，海上值守时间长。整套浮标已在工程项目中得到实际应用。

关键词：声呐浮标；单点锚系；光电滑环；无线电远程控制

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0184-01

由于声呐浮标布放回收便捷、本体噪声对声信号接收影响小，是实现水下目标声信号采集处理较好的搭载平台，对于有长时间观测需求的场合，常使用锚系声呐浮标。本文介绍一种采用3m直径浮标体的声呐浮标，搭载矢量水听器阵，配备多种无线通信设备，使用轻铠装光电滑环缆实现水面和水下的通信通联，锚系结构相对简单，海上值班时间长，已通过海试验证。

1 系統组成

系统组成如图1 所示。选用3m直径圆盘型浮标体作为载体，单点锚系方式，水面浮标体搭载通信及信号处理设备，水下辅舱内搭载水声信号采集设备，二者之间使用光电滑环（缆）连接。系统使用北斗RDSS和无线电台两种通信方式，可同时与试验船和岸基控制中心通信。系统采用光电联合供电，延长值守时间。

2 锚系系统

系统锚系设计参数为：耐受风速≥64.6m/s，波高≥22.5m，流速≥196.2cm/s，典型海深300m。设计锚系长度配置为水深3倍，由图1中2～13组成，工作拉力≥50kN，破断力≥150kN。

水面浮标体和水下设备间采用光电滑环（缆）进行连接，由两个独立的光电滑环和光电复合缆组成，是电源和数据传输的载体。光电滑环可卸除水面浮标体漂移和旋转产生的扭力，其配置的2自由度俯仰横摇机构，可有效减轻接触点处的水平剪切力。光电复合缆为轻铠装缆，使用卡夫拉增强。整体抗拉力和破断力高于系统设计指标。

3 信号采集及处理

系统采集处理功能框图，如图2所示。控制板为管控单元，使用XC7K410T实现控制逻辑，控制外设电源通断和数据交互。数字处理板为处理单元，使用TMS320C6678+XC7VX690T作为处理器，通过SRIO与控制板交互，板上存储容量512GB，读写速度≥500Bps。采集板能够实时采集24路声信号，采样率5ksps～20ksps步进可调，24bit量化采集。所有电路板板配置上电检测模块，温度、电流电压检测模块，可通过系统显控界面实时监控和事后分析。

4 无线传输链路

浮标与控制中心进行数据交互和指令传递依靠无线通信。超出视距范围使用北斗RDSS短报文进行简单指令控制，最大通信频度为60秒，单次通信数据量72字节。视距通信使用电台进行精细控制，可进行在线系统维护，选用BreezeNET DS.11电台，数据速率最高可达到11Mbps，覆盖范围最大为50公里，使用时需保证通视。

5 结语

本文设计并实现了中型锚系声呐浮标无线链路使用视距和非视距互为备份，可在线进行系统操作，降低维护难度和失联风险。采用光电滑环（缆）简化锚系，利于布放和回收。系统连续值守时间长达1年。经过海上试验验证，系统工作稳定可靠，具有工程实用价值。

参考文献

[1]王军成.海洋资料浮标原理与工程[M].海洋出版社，2013，（11）25-38.

[2]刘超.海洋工程锚泊系统计算与分析[D].武汉：武汉理工大学，2007，（03）35-37.endprint