[发明专利]一种预置声呐传感器的海底真空管道及安装方法

说明书

本发明公开一种预置声呐传感器的海底真空管道及安装方法，包括至少两组固定安装在管墩顶部的管段，每组管段两端均预制有用于连接的法兰，管段上预置安装有多组声呐传感器，每组声呐传感器均包括用于接收和发射声波，并将接收到的声波转换成电信号，或者把电信号转换成声波发射出去的换能器和安装在管道内壁上且用于处理来自换能器电信号发送至中央处理器，以及接收并调制来自中央处理器电信号并发送至换能器的集成电路；每个换能器均通过嵌入式电路与集成电路连接；每组管段内均安装有用于换能器供电的供电线缆和用于换能器信号传输的信号传输线，供电线缆和信号传输线分别与集成电路连接。该方法具有优化安装工艺，降低成本，提高效益的优点。

技术领域

本发明属于海底真空管道交通以及水下声呐技术领域，具体涉及一种预置声呐传感器的海底真空管道及安装方法。

背景技术

电磁波在水中衰减很快，传播距离仅几十米，以致电磁波无法用于水下通讯。声波在水中衰减很小，于是，作为水下通讯技术的声呐(Sonar)应运而生。目前，声呐已经广泛应用于潜艇、鱼雷、水下潜航器、水下定位跟踪、海底测量、海洋探测等领域。

海底真空管道是一种即将实施的跨海越洋交通方式。基本形式为，在海床上修建管墩，然后通过水下施工方法，把真空管道管段按要求的精度架设在管墩上，再用水下密封连接方法把所有管道固定连接。海底环境对真空管道具有特殊优越性，海水可以为真空管道降温、提供恒温环境，还可为管道提供均匀浮力，抵消管道自身重力作用，降低结构强度要求，减少工程费用。海底真空管道将遍布全球各大洋海底，依托其建设海底声呐通讯网络，可望具备良好的经济效果和发展前景，也将成为各国海洋资源开发应用与角逐的前沿技术领域。

早期的声呐作用距离短，仅几公里。为了提高作用距离和探测精度，现代声呐的发展方向是：采用大功率、低频、大尺寸基阵、合成孔径和信号处理技术的声呐设备。

某大型潜艇的艇首球形声呐直径大约4.5m，马蹄形基阵长约15m，突破舰艇尺寸限制的拖曳阵声学模块段长达百米，工作频率低至数十Hz。拖曳线阵由一系列水声模块组成，阵中的传感器定位系统可以确定阵列位置、方向，通过波束补偿纠正线列阵在拖曳过程中的任何变形。

某潜艇轻型宽孔径基阵由6个安装在舰壳弦侧的基阵组成，采用光纤和激光技术把声学能量转换为电信号，能灵活地对同一潜艇声特征进行监测，提供实时的水下态势信息。其改进包括，使用空气橡胶声障板取代内部去藕器，减小艇内噪声对基阵的影响；使用轻型光纤电缆代替铜缆，向作战系统传送声呐数据，节省艇内空间；采用商用处理机代替军用计算机，方便升级维护。

大部分潜艇指挥台围壳后部安装低成本共形阵，其为模块化高频声呐，属于被动声呐平面阵，与主动声呐系统集成在一起，提高了潜艇在高密度航运浅海环境中感知和规避碰撞的能力。

某反潜直升机装备了改进的低频吊放声呐，具有更低的频率、更大的阵列合成孔径和更远的探测距离，最大工作深度550m，对10～200m深的海底进行探测时，三维图像分辩率可达3cm。

提高声呐系统性能是该技术领域不断追求的目标，最有效的方法是增大基阵合成孔径，但由于潜艇自身空间限制，增大基阵孔径只能采用共形阵。某型潜艇设计计划采用共形阵声呐，沿艇首表面部署平板阵，与艇两侧的弦侧阵连成一体，形成包裹全艇的大尺寸阵列，实现基阵有效孔径的最大化，减少探测盲区。目前比较成熟的有艇首共形阵、弦侧共形阵、指挥台围壳共形阵等局部共形阵。

某些国家正在研究适应艇壳的声呐阵，装备共形潜艇水声传感器和共形声速传感器，使其能全艇布置，改善侦听性能，进行全方位监控，克服目前侦听角度的限制。