一种自主式水下电磁信号测量装置及测量方法与流程

本发明属于水下探测领域，特别涉及该领域中的一种自主式水下电磁环境噪声及电磁信号测量装置及测量方法。

背景技术：

目前对于水下电磁信号测量的设备和测量方法可以分为两大类，一类是一个配置有电极和磁棒的坐底式装置，使用方法是分布投放，定期回收；另一类是潜标系留在浮标下面的装置，由测量船拖曳至测量点或载至测量点并投放后，进行定点测量。

专利申请200610080789.1中公开了“一种海底平面波电磁场探测装置及测量方法”，这种装置是一个海洋潜标，包括浮力部件、提升部件、声控释放部件、重力牵引部件、安全保护部件、信号检测部件、数据采集部件和机械固定部件。这些设备的使用方式是坐底式测量，一次测量活动，就需要一次投放和回收，所有测量数据均需回收后才可获得。

这种潜标装置具有以下缺点：坐底工作，每一台设备一次只能进行一个收测点的测量，对大范围海区进行测量时，需要布放多台设备或对一台设备多次回收和投放，工作量极大。每次的测量结果只有回收后才可以得到，周期长，时效性差；同时，由于潜标不可能百分百成功回收，因此，有的测量数据将永远无法得到。舱内放置电池容量有限，当潜标电池消耗完毕后，其信号测量工作即结束，无法实现长期连续测量。不能实时监控潜标下水后的工作状态。

公示期的一个类似专利为“一种水下电磁信号测量的装置”，这种装置包括四个部分：水下潜标、水面浮标、测控终端和拖曳装置。这种装置需由测量船拖曳或载至测量点后，潜标系留于浮标下面进行测量。这种装置可以将测量数据实时传输至测控终端，并能实时监控潜标下水后的状态。但这种装置也具有以下几个缺点：投放复杂。设备投放时，需要用吊车将设备整体吊起，投放入水，要求投放地水深至少为5米，吊车起吊高度至少为8米。这对码头和作业船都提出了极高的要求，特别是给寻找合适的作业船带来了很大困难，很多远海测量工作仅仅因为找不到合适的作业船而被迫取消。转场测量试验复杂。每次转场测量，均需要用船将设备回收投放一次，耗时耗力。测控终端与浮标的通讯距离只有几公里，无法做到更远距离监控。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种带有太阳能供电系统且具有自主航行能力的自主式水下电磁信号测量装置及远程控制下自主航行转场测量的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种自主式水下电磁信号测量装置，其改进之处在于：包括自主航行船和测控终端，在自主航行船的甲板上安装通信天线并铺设太阳能电池板，在船体上设有与船底外相通的月池，在月池内安装缠绕铠装电缆的绞车，在铠装电缆上悬挂电磁传感器，在船舱内安装控制器，该控制器通过电源管理模块与太阳能电池板电连接，通过电磁信号接收机与电磁传感器电连接，此外控制器还分别与高速无线网桥、通信天线和存储器电连接，并可通过高速无线网桥或通信天线与测控终端通信。

进一步的，所述通信天线为卫星通信天线。

进一步的，所述月池设在船体中央。

进一步的，所述绞车安装在月池中间。

进一步的，所述绞车为小型绞车。

进一步的，所述存储器为大容量存储器。

进一步的，自主航行船控制器通过高速无线网桥与测控终端进行近距离无线通信，通过通信天线与测控终端进行远距离卫星通信。

进一步的，自主航行船控制器与测控终端间的通信方式为应答式。

一种测量方法，使用上述自主式水下电磁信号测量装置，其改进之处在于，包括如下步骤：

(1)投放：近海试验时，直接在码头投放自主航行船；远海试验时，先利用船只将装置运至指定水域后再投放自主航行船，投放时，用吊车将自主航行船投掷入海，测控终端遥控自主航行船航行至预定水域后，停止航行；

(2)测量作业及数据存取：

测量作业时，绞车下放铠装电缆，使电磁传感器下沉至水下指定深度，开始信号测量；

测量作业可以自动连续进行，也可由测控终端控制进行，所有的原始测量数据均存储于船舱内的存储器中，存储器的存储内容除电磁信号原始测量数据外，还包括自主航行船的状态参数信息；少量、急需的数据，测控终端可通过近距离无线通信或卫星通信读取，而完整的大量数据需待装置回收后，用近距离无线通信读取；

(3)回收：

回收时，测控终端发送回收指令，先用绞车回卷铠装电缆使水下电磁传感器上浮到月池中，自主航行船再根据指令靠近船只或码头，最后吊车吊回。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的测量装置及测量方法具有以下有益效果：

(1)便于转场。由于具备自主航行功能，因此，在转场时，不需要回收或拖曳，只需要向自主航行船发送指令，即可使其自主转场至下一个测量水域。

(2)便于投放。电磁信号接收机及其它电气设备均置于船舱内，小型绞车和电磁传感器置于自主航行船月池中，设备整体高度大大降低，也就降低了投放吊车的吊臂高度要求；同时，不倒翁的特性，允许在投放过程中，不需要始终保持竖直，大大降低了对作业船只的要求，也使投放过程变得更加简单。

(3)具备卫星通信功能，与测控终端之间的通信联络不受位置限制。并可以实时掌握设备状态，避免无效数据甚至未开机工作等情况的发生。

(4)时效性强，对于需要紧急处理的测量数据，无需耗时的回收工作即可通过近距离无线通信获得。

(5)大面积的太阳能电池板，满足长期观测时的供电需求。

附图说明

图1是本发明测量装置的组成示意图；

图2是本发明测量装置的电气组成框图；

图3a是本发明测量装置中自主航行船在投放与回收状态下的机械机构组成框图；

图3b是本发明测量装置中自主航行船在作业状态下的机械机构组成框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本实施例公开了一种自主式水下电磁信号测量装置，如图1所示，包括自主航行船和测控终端，在自主航行船的甲板上安装通信天线5并铺设太阳能电池板6，如图3a所示，在船体1上设有与船底外相通的月池2，在月池内安装缠绕铠装电缆的绞车3，在铠装电缆上悬挂电磁传感器4，如图2所示，在船舱内安装控制器，该控制器通过电源管理模块与太阳能电池板电连接，通过电磁信号接收机与电磁传感器电连接，此外控制器还分别与高速无线网桥、通信天线和存储器电连接，并可通过高速无线网桥或通信天线与测控终端通信。

在本实施例中，所述通信天线为卫星通信天线。所述月池设在船体中央。所述绞车安装在月池中间。所述绞车为小型绞车。所述存储器为大容量存储器。自主航行船控制器通过高速无线网桥与测控终端进行近距离无线通信，通过通信天线与测控终端进行远距离卫星通信。自主航行船控制器与测控终端间的通信方式为应答式。自主航行船根据测控终端指令来选择通信方式，测控终端则根据相对位置情况和通信数据量选择合适的通信方式。在相距较远，无法进行高速近距离无线通信时，即通过卫星通信，此时，测控终端仅会对自主航行船进行一些位置信息或设备状态信息等的情况问询。

自主航行船与测控终端分别在水中和岸船上工作，并通过无线网桥和卫星进行通讯。自主航行船接收测控终端的指令，根据指令进行转场航行或漂浮作业，漂浮作业时完成电磁信号的采集、存储和传输以及设备状态参数的存储和传输等功能；测控终端主要用以实现对自主航行船工作状态的远程监视、定位、控制及测量数据接收。自主航行船不仅仅作为测量作业时的系留浮体，还具有自主航行的能力，可以根据测控终端的指令，在一次测量完成需转场时，自主航行至预定水域后，开启下一段的测量作业。自主航行船从外观上看就是一艘船，且重心在下，在水中具有不倒翁的特性。

本实施例还公开了一种测量方法，使用上述自主式水下电磁信号测量装置，包括如下步骤：

(1)投放：近海试验时，直接在码头投放自主航行船；远海试验时，先利用船只将装置运至指定水域后再投放自主航行船，投放时，用吊车将自主航行船投掷入海，测控终端遥控自主航行船航行至预定水域后，停止航行；

(2)测量作业及数据存取：

如图3b所示，测量作业时，绞车下放铠装电缆，使电磁传感器下沉至水下指定深度，开始信号测量；

测量作业可以自动连续进行，也可由测控终端控制进行，所有的原始测量数据均存储于船舱内的存储器中，存储器的存储内容除电磁信号原始测量数据外，还包括自主航行船的状态参数信息；少量、急需的数据，测控终端可通过近距离无线通信或卫星通信读取，而完整的大量数据需待装置回收后，用近距离无线通信读取；

(3)回收：

回收时，测控终端发送回收指令，如图3a所示，先用绞车回卷铠装电缆使水下电磁传感器上浮到月池中，自主航行船再根据指令靠近船只或码头，最后吊车吊回。