本發(fā)明涉及水聲測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種借助無(wú)人潛航器(uuv)輔助進(jìn)行水聲測(cè)量的裝置及其相關(guān)技術(shù)。所述裝置融合了uuv技術(shù)與水聲測(cè)量技術(shù)，涵蓋了水下航行器的控制、浮力調(diào)節(jié)、通信導(dǎo)航以及水聲信號(hào)采集等多方面，旨在為水聲測(cè)量工作提供更高效、便捷的解決方案。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的水聲測(cè)量工作中，所采用的測(cè)量裝置布放方式存在諸多弊端。其依賴(lài)輔船進(jìn)行布放操作，每個(gè)水聽(tīng)器都要連接浮球，這使得整個(gè)布放過(guò)程極為繁瑣，不僅耗費(fèi)大量時(shí)間，還需要投入較多人力。在實(shí)際操作時(shí)，調(diào)整測(cè)量裝置困難重重，調(diào)整精度也難以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響測(cè)量工作的效率和準(zhǔn)確性。而且，布放人員在極端情況下還可能面臨落水風(fēng)險(xiǎn)，威脅生命安全。當(dāng)測(cè)量工作結(jié)束后，回收水聲測(cè)量裝置的工作量幾乎與布放時(shí)相當(dāng)，進(jìn)一步增加了工作成本和難度。這些問(wèn)題長(zhǎng)期制約著水聲測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展，亟待一種新的技術(shù)方案來(lái)解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明一種uuv輔助式水聲測(cè)量裝置的核心目的是克服傳統(tǒng)水聲測(cè)量裝置的上述缺陷，提供一種uuv輔助式水聲測(cè)量裝置。通過(guò)將uuv應(yīng)用于水聲測(cè)量過(guò)程，大幅縮短水聲測(cè)量裝置布放與回收所需的時(shí)間，降低工作強(qiáng)度，減少人力投入。同時(shí)，利用uuv自動(dòng)調(diào)整浮力的特性，使其能夠適應(yīng)不同重量的水聲測(cè)量裝置，增強(qiáng)裝置的適用性。此外，借助uuv之間相互通信導(dǎo)航定位的功能，精確獲取水聲測(cè)量裝置的定位信息以及它們之間的距離，提高測(cè)量的精度和可靠性，從而推動(dòng)水聲測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用中的多樣化需求。

2、本發(fā)明所提供的uuv輔助式水聲測(cè)量裝置，是一套高度集成且功能完備的系統(tǒng)，主要包括uuv(無(wú)人潛航器)以及水聲測(cè)量裝置。

3、水聲測(cè)量裝置：

4、水聲測(cè)量裝置由具備高靈敏度和寬頻響應(yīng)特性的水聽(tīng)器構(gòu)成，能夠精準(zhǔn)感知并采集水下的各類(lèi)聲學(xué)信號(hào)，精確捕捉各種細(xì)微的水聲信息。測(cè)量結(jié)束后，水聽(tīng)器可根據(jù)實(shí)際需求選擇收回到uuv內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)和存儲(chǔ)，也可保持在外部狀態(tài)，方便后續(xù)連續(xù)測(cè)量或特定場(chǎng)景下的使用。

5、uuv(無(wú)人潛航器)：

6、作為整個(gè)裝置的核心載體，uuv采用一體化設(shè)計(jì)，具備卓越的水下航行性能，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量的關(guān)鍵所在。所述uuv內(nèi)部集成了多個(gè)重要功能模塊，包括吊放水聽(tīng)器裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、導(dǎo)航與控制模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊，共同保障測(cè)量工作的順利開(kāi)展。

7、吊放水聽(tīng)器裝置：

8、吊放水聽(tīng)器裝置設(shè)置于uuv內(nèi)部，與水聽(tīng)器緊密配合。吊放水聽(tīng)器裝置通過(guò)水密航空插頭與水聽(tīng)器可靠連接，承擔(dān)著收放水聽(tīng)器線(xiàn)纜的重要職責(zé)，能夠依據(jù)不同測(cè)量需求，精確調(diào)節(jié)水聽(tīng)器在水下的深度，確保水聽(tīng)器(5)處于最佳測(cè)量位置，適應(yīng)各種復(fù)雜的水下聲學(xué)測(cè)量環(huán)境。

9、動(dòng)力系統(tǒng)：

10、動(dòng)力系統(tǒng)是uuv能夠在水下穩(wěn)定運(yùn)行的動(dòng)力源泉。所述動(dòng)力系統(tǒng)包括安裝在uuv艉電機(jī)艙后方的螺旋槳，以及艉電機(jī)艙內(nèi)的電機(jī)，uuv底部的電池艙。電機(jī)作為動(dòng)力核心，通過(guò)軸系與螺旋槳相連，將電池艙提供的電能高效轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為uuv提供強(qiáng)大的前進(jìn)推力。uuv底部的電池艙內(nèi)配備采用先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的電池，不僅能為動(dòng)力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定供電，還為uuv上的其他設(shè)備提供充足電力，確保uuv在長(zhǎng)時(shí)間的水下作業(yè)中保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

11、導(dǎo)航與控制模塊：

12、導(dǎo)航與控制模塊負(fù)責(zé)uuv的航行方向和姿態(tài)控制，由舵、艏?jí)狠d水艙和艉壓載水艙組成。舵通過(guò)巧妙改變水流對(duì)uuv的作用力方向，實(shí)現(xiàn)uuv靈活轉(zhuǎn)向，確保其能準(zhǔn)確駛向指定測(cè)量區(qū)域。艏?jí)狠d水艙和艉壓載水艙則通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)整艙內(nèi)水量，改變uuv的重心和浮力分布。在搭載不同重量的水聽(tīng)器或處于不同水域環(huán)境時(shí)，uuv能夠自動(dòng)調(diào)整自身姿態(tài)，始終保持穩(wěn)定，為高精度的測(cè)量工作提供堅(jiān)實(shí)保障。

13、通信模塊：

14、通信模塊構(gòu)建了uuv與岸基控制之間穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)傳輸橋梁，由正浮力電纜和集成在艏綜合通訊系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通訊組成。正浮力電纜在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，利用自身正浮力特性，有效減少u(mài)uv在水下受到的拖拽力，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。無(wú)線(xiàn)通訊則賦予uuv在復(fù)雜水下環(huán)境中靈活的數(shù)據(jù)傳輸能力，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)與岸基控制的實(shí)時(shí)通信。這使得uuv能夠及時(shí)接收岸基控制指令，同時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)快速反饋給岸基，實(shí)現(xiàn)高效的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)交互。

15、數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊：

16、數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊集成于uuv內(nèi)部，是測(cè)量數(shù)據(jù)處理的核心環(huán)節(jié)。所述數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊對(duì)水聽(tīng)器采集到的原始測(cè)量數(shù)據(jù)依次進(jìn)行信號(hào)放大、濾波去除噪聲和干擾信號(hào)、數(shù)字化轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的處理，處理后的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊穩(wěn)定傳輸至岸基控制，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

17、本發(fā)明所提供的uuv輔助式水聲測(cè)量裝置的工作原理，如下：

18、本發(fā)明的uuv輔助式水聲測(cè)量裝置工作原理基于多模塊協(xié)同運(yùn)作，旨在克服傳統(tǒng)水聲測(cè)量裝置的弊端，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的測(cè)量。

19、uuv動(dòng)力與導(dǎo)航控制原理：

20、uuv的動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)將電池艙的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，為uuv提供前進(jìn)動(dòng)力。在導(dǎo)航與控制模塊中，舵依據(jù)控制指令改變水流對(duì)uuv的作用力方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。艏?jí)狠d水艙和艉壓載水艙通過(guò)調(diào)整水量，改變uuv的重心和浮力分布。當(dāng)搭載不同重量的水聽(tīng)器或處于不同水域時(shí)，uuv能自動(dòng)調(diào)節(jié)姿態(tài)，確保穩(wěn)定航行和測(cè)量，相比傳統(tǒng)方式，這種自主調(diào)節(jié)方式更靈活、高效，避免了復(fù)雜的人工操作和調(diào)整誤差。

21、浮力自適應(yīng)原理：

22、uuv具備自動(dòng)調(diào)整浮力的功能。在實(shí)際測(cè)量中，不同的水聲測(cè)量裝置重量各異，uuv通過(guò)感知負(fù)載重量，自動(dòng)控制艏、艉壓載水艙的水量。當(dāng)測(cè)量裝置較重時(shí)，增加壓載水，使uuv下沉并保持穩(wěn)定；反之，則減少壓載水，維持合適的浮力狀態(tài)。本發(fā)明的自適應(yīng)浮力調(diào)節(jié)機(jī)制使uuv能適應(yīng)多種測(cè)量裝置，拓展了裝置的應(yīng)用范圍，是對(duì)傳統(tǒng)固定浮力或復(fù)雜人工調(diào)節(jié)方式的重大改進(jìn)。

23、通信與數(shù)據(jù)傳輸原理：

24、通信模塊采用正浮力電纜和集成在艏綜合通訊系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通訊兩種方式。正浮力電纜在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，利用自身正浮力減少u(mài)uv水下拖拽力，保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。無(wú)線(xiàn)通訊則賦予uuv在復(fù)雜水下環(huán)境中的靈活通信能力，使其能在一定范圍內(nèi)與岸基控制實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)和指令。水聽(tīng)器采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊處理后，通過(guò)通信模塊傳輸至岸基，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸與遠(yuǎn)程控制，解決了傳統(tǒng)測(cè)量裝置通信不便、數(shù)據(jù)傳輸易受干擾的問(wèn)題。

25、水聲測(cè)量原理：

26、水聲測(cè)量裝置中的水聽(tīng)器利用高靈敏度和寬頻響應(yīng)特性采集水下聲學(xué)信號(hào)。吊放水聽(tīng)器裝置通過(guò)水密航空插頭與水聽(tīng)器連接，根據(jù)測(cè)量需求調(diào)整水聽(tīng)器的深度。采集到的信號(hào)經(jīng)吊放水聽(tīng)器裝置傳輸至uuv內(nèi)的數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊。數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊進(jìn)行信號(hào)放大、濾波和數(shù)字化處理，再通過(guò)通信模塊傳輸?shù)桨痘刂?，為后續(xù)分析提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，提高了測(cè)量的精度和可靠性。

27、本發(fā)明所提供的uuv輔助式水聲測(cè)量裝置的工作過(guò)程，如下：

28、準(zhǔn)備階段：

29、在測(cè)量前，工作人員將uuv充滿(mǎn)電，并檢查各部件連接情況。把水聽(tīng)器與吊放水聽(tīng)器裝置通過(guò)水密航空插頭連接好，檢測(cè)連接是否正常，確保uuv各系統(tǒng)，如動(dòng)力、導(dǎo)航、通信等功能正常運(yùn)行。這一過(guò)程相比傳統(tǒng)測(cè)量裝置的復(fù)雜準(zhǔn)備工作，更加簡(jiǎn)潔高效，減少了人力和時(shí)間成本。

30、布放階段：

31、將uuv投放在岸邊或者水面船上的水中，uuv自動(dòng)啟動(dòng)姿態(tài)調(diào)整程序，通過(guò)調(diào)節(jié)艏?jí)狠d水艙和艉壓載水艙內(nèi)的水量，使自身穩(wěn)定在水中。岸基控制通過(guò)通信模塊向uuv發(fā)送指令，uuv依據(jù)指令，利用導(dǎo)航與控制模塊，通過(guò)舵控制航行方向，螺旋槳推動(dòng)其向指定測(cè)量區(qū)域前進(jìn)。在航行過(guò)程中，uuv實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身狀態(tài)和環(huán)境信息，自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)以適應(yīng)水流、水深變化，快速、準(zhǔn)確地到達(dá)測(cè)量區(qū)域，避免了傳統(tǒng)布放方式中受天氣、海況影響大以及布放時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。

32、測(cè)量階段：

33、到達(dá)指定測(cè)量區(qū)域后，岸基控制發(fā)送指令，uuv通過(guò)吊放水聽(tīng)器裝置將水聽(tīng)器下放至指定深度。水聽(tīng)器開(kāi)始采集水下聲學(xué)信號(hào)，并將信號(hào)傳輸給吊放水聽(tīng)器裝置，再由其傳至uuv內(nèi)的數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊。數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和數(shù)字化處理后，通過(guò)通信模塊將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給岸基控制。在測(cè)量過(guò)程中，uuv利用自身的導(dǎo)航與控制模塊保持穩(wěn)定姿態(tài)，同時(shí)，若檢測(cè)到測(cè)量環(huán)境變化，如水流速度、方向改變，uuv通過(guò)自動(dòng)調(diào)整艏?jí)狠d水艙和艉壓載水艙水量，實(shí)現(xiàn)調(diào)整浮力和姿態(tài)，確保水聽(tīng)器穩(wěn)定測(cè)量，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

34、回收階段：

35、測(cè)量結(jié)束后，岸基控制發(fā)送回收指令。uuv可選擇將水聽(tīng)器收回到內(nèi)部，也可保持其在外部，然后依據(jù)指令返回指定位置，如碼頭、岸邊或船邊。到達(dá)回收點(diǎn)后，工作人員回收uuv及所攜帶的水聲測(cè)量裝置。整個(gè)回收過(guò)程操作簡(jiǎn)便，減少了傳統(tǒng)回收方式中大量的人力和時(shí)間投入，提高了工作效率。

36、有益效果

37、高效便捷：與傳統(tǒng)依賴(lài)輔船布放的水聲測(cè)量裝置相比，uuv輔助式水聲測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)了快速的布放與回收。準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，僅需連接水聽(tīng)器和檢查uuv系統(tǒng)；布放時(shí)uuv自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)駛向測(cè)量區(qū)域，不受天氣和海況過(guò)多干擾；回收時(shí)也能迅速返回指定位置。整個(gè)過(guò)程極大縮短了測(cè)量周期，提高了工作效率，減少了人力投入。

38、適應(yīng)性強(qiáng)：本發(fā)明中的uuv具備自動(dòng)調(diào)整浮力的功能，可依據(jù)搭載的水聲測(cè)量裝置重量以及所處水域環(huán)境，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)艏?jí)狠d水艙、艉壓載水艙水量，精準(zhǔn)控制浮力和姿態(tài)。這使其能適應(yīng)各種重量的測(cè)量設(shè)備，無(wú)論是輕型還是重型裝置，都能穩(wěn)定搭載并測(cè)量，拓展了應(yīng)用范圍，滿(mǎn)足多樣化測(cè)量需求。

39、測(cè)量精準(zhǔn)可靠：本發(fā)明的導(dǎo)航與控制模塊，使其能精確確定自身和測(cè)量裝置的位置，以及相互間的距離。水聽(tīng)器采集的信號(hào)經(jīng)uuv內(nèi)的數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊精細(xì)處理，再通過(guò)穩(wěn)定的通信模塊傳至岸基，減少了信號(hào)干擾和誤差，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為后續(xù)研究提供堅(jiān)實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

40、成本與風(fēng)險(xiǎn)降低：滿(mǎn)足本發(fā)明功能的uuv成本較低，且高效的工作模式減少了人力和設(shè)備損耗，降低了整體測(cè)量成本。同時(shí)，uuv輔助測(cè)量避免了人員直接參與危險(xiǎn)的布放操作，保障了人員安全，減少了安全隱患。