本發(fā)明涉及一種矢量傳感器單元，具體的說是一種可在水下監(jiān)聽網(wǎng)中使用，能夠同時獲取水下聲信號和海底振動信號的矢量傳感器單元。

背景技術(shù)：

水下監(jiān)聽網(wǎng)是由水下一系列探測節(jié)點組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般分為固定式和移動式兩種，主要用于軍事偵查，港口的航道警戒，海洋觀測等，具有非常重要的戰(zhàn)略價值。近年來，雖然我國正大力推進網(wǎng)絡(luò)化的水下警戒系統(tǒng)和海洋觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工作，但是與國外相比，我國構(gòu)建的水下網(wǎng)絡(luò)化對抗系統(tǒng)及其運行還存在一定的差距，構(gòu)建的系統(tǒng)主要位于我國近岸或近海、缺乏深遠海對抗能力，并且水下對抗網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護手段單一，深海隱蔽作業(yè)能力薄弱，一些制約水下網(wǎng)絡(luò)中心對抗技術(shù)發(fā)展的問題尚待解決。

典型的固定式水下監(jiān)聽網(wǎng)是由多個基于聲壓水聽器的聲學(xué)節(jié)點構(gòu)成，依靠水聽器直接測量探測節(jié)點上方水域目標的噪聲。深海固定式水下監(jiān)聽網(wǎng)可以利用深遠海的聲傳播特性，形成海底遠程立體探測通信網(wǎng)絡(luò)，對水下目標遠程探測與大范圍預(yù)警，并可以結(jié)合移動對抗節(jié)點，對水下作戰(zhàn)節(jié)點和平臺進行探測、偵察、定位。

隨著減震降噪技術(shù)的不斷發(fā)展，水下低噪聲目標越來越多，傳統(tǒng)的聲壓水聽器已不能很好地滿足水下監(jiān)測的需要。矢量水聽器是一種體積小且具有偶極子形指向性的聲接收器，低頻(1khz以下)聲接收性能優(yōu)異。與聲壓水聽器相比，其在探測距離、目標識別和定向方面均有提高，目前已經(jīng)在聲納浮標、潛標等噪聲測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在水下監(jiān)聽網(wǎng)中，由于受到安裝方式的限制，矢量水聽器一直沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。

雖然低頻聲波可以在海洋中遠距離傳播，但是在由遠海向近岸傳播過程中，由于海面和海底的反射作用，水體中的聲波能量衰減很快，直接影響了聲學(xué)探測節(jié)點的工作。由于海底的反射作用，聲場有很大一部分能量投射到海底介質(zhì)中，并通過地聲的方式向遠處傳播，因此對地聲信號的獲取和分析，對于目標的遠距離探測有著重要的意義。目前在海底固定式地聲探測中通常使用海底地震儀(us13109794，zl201110278604.9)，雖然這種傳感器能獲取海底三維振動信息和水體的聲壓信息，但是這種方法工作時間短，測量點少，因此獲取的信息量比較有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明基于水聲和地聲兩種遠程探測技術(shù)，提出一種用于水下監(jiān)聽網(wǎng)的矢量傳感器單元，該單元同時接收聲學(xué)和振動信號信息，利用多傳感器數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)水下目標的遠程探測、識別、定位和通信。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下方案：

一種用于水下監(jiān)聽網(wǎng)的矢量傳感器單元，包括用于水聲信號測量的矢量水聽器、用于地震信號測量的矢量檢波器及信號處理模塊，所述矢量水聽器及矢量檢波器均與信號處理模塊的輸入端連接，所述信號處理模塊的輸出端連接接駁盒。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進：

多個所述矢量傳感器單元的信號處理模塊通過主電纜組成鏈路網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)各信號處理模塊處理過的信號通過主電纜傳輸?shù)浇玉g盒，由接駁盒將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴弦粚泳W(wǎng)絡(luò)。

所述矢量水聽器采用環(huán)氧樹脂灌注成一個中性正浮力球體，八只聲壓水聽器均勻鑲嵌球體表面，六只壓電加速度計兩兩正交對稱放置球體幾何中心并相互位置利用安裝基座矯正固定，前置放大電路和集成磁羅經(jīng)傳感器位于球體內(nèi)部偏上位置，輸出信號經(jīng)過柔性復(fù)合電纜輸出。

所述矢量檢波器和信號處理模塊采用橡膠硫化安裝于水密盒內(nèi)，集成為主電纜的一部分；矢量檢波器與海底接觸，由一個聲壓水聽和三個電容加速度計組成；矢量檢波器的頭部為透聲橡膠罩，內(nèi)部安裝有壓電元件及壓電元件基座，壓電元件產(chǎn)生的電信號通過雙絞線接入信號處理模塊；三只電容加速度計相互正交地固定在安裝基座上，信號通過信號線接入信號處理模塊。

所述的矢量水聽器使用單只柔性復(fù)合電纜實現(xiàn)柔性懸掛。

所述的矢量水聽器使用的柔性復(fù)合電纜的另一頭為水密接插件，可實現(xiàn)水下濕插拔。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明使用矢量水聽器替代聲壓水聽器，在低頻探測方面具有更高的探測精度；矢量水聽器采用錨系海底的安裝方式，離底高度可根據(jù)不同海域的水聲環(huán)境進行調(diào)整，以獲取最佳探測條件；本發(fā)明引入地聲探測技術(shù)，增強水下遠程探測效果，有效地彌補單一探測方式的不足；本發(fā)明可用于海底石油勘探，海底聲學(xué)參數(shù)測量，海底地震與海嘯的監(jiān)測等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是矢量傳感器單元整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是矢量水聽器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3是矢量檢波器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、矢量水聽器；11、中性正浮力球體；12、聲壓水聽器；13、壓電加速度計；14、安裝基座；15、前置放大電路；16、柔性復(fù)合電纜；17、水密接插件；2、矢量檢波器；21、水密外殼；22、透聲橡膠層；23、壓電元件；24、雙絞信號線；25、安裝基座；26、電容加速度計；27、信號線；28、安裝基座；3、信號處理模塊；4、主電纜；5、接駁盒；6、海底；7、海面；31、調(diào)理模塊；32、數(shù)據(jù)采集模塊；33、通信模塊；34、控制模塊；35、接插件接口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。

如圖1所示，矢量傳感器單元包括一只矢量水聽器1，一只矢量檢波器2，和一個信號處理模塊3，如圖1所示。矢量水聽器1通過柔性復(fù)合電纜16另一端的水密接插件17與信號處理模塊3實現(xiàn)機械與電路上的連接，信號處理模塊3作為矢量檢波器2的一部分。多個矢量傳感器單元通過主電纜4組成鏈路網(wǎng)絡(luò)，工作時矢量傳感器單元將實時處理過的信號通過主電纜4將信號傳輸?shù)浇玉g盒5內(nèi)，然后由接駁盒5將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴弦粚泳W(wǎng)絡(luò)。接駁盒5作為矢量傳感器單元的供電與信息中轉(zhuǎn)設(shè)備。

矢量水聽器1結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個矢量水聽器1采用環(huán)氧樹脂灌注成一個中性正浮力球體11，以保證其水密性和耐壓性。八只聲壓水聽器12均勻鑲嵌球體表面，六只壓電加速度計13兩兩正交對稱放置球體幾何中心，相互位置利用安裝基座14矯正。前置放大電路15和集成磁羅經(jīng)傳感器位于球體內(nèi)部偏上位置，輸出信號經(jīng)過柔性復(fù)合電纜16輸出。

矢量檢波器2和信號處理模塊3采用橡膠硫化在水密盒21內(nèi)，集成為主電纜4的一部分，如圖3所示。矢量檢波器2由一個聲壓水聽22和三個電容加速度計26組成，直接和海底6部接觸。矢量檢波器2的頭部是一個透聲橡膠罩22，內(nèi)部安裝有壓電元件23及其基座25，壓電元件23產(chǎn)生的電信號通過雙絞線24接入信號處理模塊。三只電容加速度計26相互正交地固定在安裝基座28上，信號通過信號線27接入信號處理模塊。

信號處理模塊3用于對矢量單元中所有傳感器信號的處理、控制和傳輸。矢量水聽器1的輸出信號通過接插件接口35引入，矢量檢波器的輸出信號直接從水密盒21內(nèi)通過線纜引入。傳感器輸出信號首先進入信號調(diào)理模塊31進行放大濾波，控制器34用于增益控制；然后信號進入數(shù)據(jù)采集模塊32，完成信號從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，最后通過通信模塊33將信號送入主電纜4。

本發(fā)明可以對海洋中1khz以下低頻噪聲與振動信號進行有效的監(jiān)測，即使對于5～20hz范圍的次聲頻信號，也能發(fā)揮重要作用。其中根據(jù)任務(wù)需求，矢量水聽器可以布置在一千米左右的深海，充分利用深海聲道軸的聲傳播特性，實現(xiàn)目標的遠程預(yù)警，以及單向遠程通信；或者布置于二千米以下的深海，利用可靠聲路徑，實現(xiàn)大范圍的水下立體探測。結(jié)合地聲技術(shù)的探測方法，本發(fā)明將水聲用矢量水聽器與地震用矢量檢波器集成在一起，對海洋中的聲與振動兩種信號聯(lián)合分析，能得到更全面的水下信息。為了配合海底電纜的布放，矢量水聽器采用海底錨系的安裝方式，自身方位利用磁羅經(jīng)矯正。

在水下監(jiān)聽網(wǎng)的建設(shè)中，可先利用無人潛航器(uuv)進行海底主電纜鋪設(shè)，再使用水下遙控潛水器(rov)安裝矢量水聽器到相應(yīng)的探測節(jié)點，并負責(zé)后期的維護工作。

以上所舉實施例為本發(fā)明的較佳實施方式，僅用來方便說明本發(fā)明，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部改動或修飾的等效實施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。