海洋水下声探测信号的分类与分析

水下声探测是外国调查船和水下文物盗捞船进行非法调查和探测的主要技术手段,根据信号的主要声特征,对海洋水下声探测信号进行分类,分为宽带中、低频信号和窄带高频信号.在福建兴化湾海域采集了浅地层剖面仪信号、电火花声源信号、侧扫声纳信号和单频测深信号4种代表性的海洋水下声探测信号,根据声特征分析给出了对应的分类,其中:浅地层剖面仪信号为信号类型确定的中、低频信号;电火花声源信号为宽带脉冲中、低频信号;侧扫声纳信号和单频测深信号为窄带高频信号.通过对4种实测声探测数据的分析研究,给出了对应类型的海洋水下声探测信号的分析、提取方法,其中:信号类型确定的中低信号和窄带高频信号在初步的时、频分析基础上,可通过带通滤波提取;宽带脉冲中、低频信号在初步的时、频分析基础上,可尝试通过小波尺度相关滤波的方法提取.结合已知的水下声探测信号的主要声特征,实现对采集的海洋水下声探测信号的识别.     

具有运动补偿高精度海洋气象多参数模拟仪的研制

针对船舶气象仪的综合检查过程中检测周期长、人工排查效率低以及传统的自动气象站传感器信号模拟器的模拟精度低,没有相关运动补偿算法导致此类系统不适应海洋船舶应用环境的问题,对气象要素传感器的高精度信号采样电路、信号输出、软件滤波和运动补偿等方面进行了研究。通过分析传感器和船舶气象仪的原理,设计了各个气象参数的采样电路、信号模拟电路、触摸屏、GPS和电子罗盘采样与模拟电路,并在近海测试过程中进行了运动补偿模型测试,并基于STM32微控制器进行了该仪器的系统检测实验。研究测试结果表明：该系统具有低功耗、高可靠性、高精度的特点,能应用于海上环境,同时具有对船舶实时定位、气象要素实时模拟和采集、运动补偿多项功能。并且本系统精度在运动补偿后,系统测量方差为0.019 3 m/s,精度提高至接近真实值,均符合《海洋调查规范第3部分：海洋气象观测》的标准。     

湍流剖面仪系统动力学分析与实验研究

文章开发了采集海洋湍流数据的一种新型湍流剖面仪。应用动力学方法分析了系统运动特性,并设计开发了原理样机,包括:微尺度流信号放大处理电路,并扩展了FLA SH存储器(K 9f2808U 0C)保存测量结果,及RS232传输协议的数据通信电路设计。此系统可获得海洋垂直剖面2 mm尺度的剪切流速度数据。湖试实验结果表明此湍流剖面测量仪性能良好,可以满足微结构流测量要求。     

一种海洋参数现场监测通用设备的设计

海洋监测数据的有效采集、存储、处理和显示、输出及控制操作,是自动化海洋参数现场监测系统都需要设计和开发的重要内容.提出了一种海洋参数现场监测通用数据采集处理设备的设计方法.设备可以提供多路模拟量、数字量、脉冲量和串口信号形式的海洋监测信息自动采集,现场的大容量信息存储、实时信息显示、键盘输入操作和便捷打印输出,以及滞后...     

船载风控大容量气溶胶采集系统的开发和应用

在"我国近海环境综合调查与评价"的海洋气溶胶调查研究中,开发研制了新型船载风控大容量气溶胶采集系统。该系统由风向风速控制器、大容量采样器、自动控制器和抗风防雨防腐蚀箱体等组成。经过海上2 a 4个季度的海洋环境作业,表明该系统具有的大容量采集海洋空气体积,满足海洋气溶胶的微量组分的检出要求;具有的风速风向控制系统,能有效避免所采集的大气气溶胶样品受到船上发动机排出烟尘污染的影响。该系统还具防海水降雨、防腐蚀、结构牢固、流量稳定及抗风能力强等优点。系统采用单片机控制信号的采集、处理和显示,配有温度和压力补偿编程设定以及断电保护、自动修复等功能。海洋现场使用表明,该系统设计合理、数据可靠、灵敏度高,可满足海上大容量气溶胶采样要求。     

两步SVD在极低频电场透地通信中的应用

在极低频电场透地通信中,通常同步采集 2 个互相垂直的电场水平分量。当收发距较大时,采集获得的电场数据往往具有较小的信噪比,接收信号严重受到噪声的干扰,所传递的信息不清晰甚至错误。因此,当在极低频电场透地通信数据信噪比较低时,需要对其进行滤波处理,压制噪声成分,提高数据的质量。提出了一种两步奇异值分解滤波方法,该方法第 1 步压制极低频电场透地通信数据中较强的噪声,第 2 步在第 1 步的基础上继续压制数据中残留的噪声。将该方法应用到某湖上极低频电场透地通信数据中,处理结果表明,该方法可以有效改善各接收点电场数据的质量,极大地提高了数据的信噪比。     

主动声探测信号的捕获与回波重构电路设计

针对主动声探测脉冲偶发、短时、超声、单频、大动态的特点,传统的微弱信号采集电路已不能满足对其探测捕获的需求。提出了一种多级放大多路同步采集的电路系统,对预处理的信号进行多级放大。 由 DSP 同时对多级输出信号进行采集与识别,将采集的某路合适信号进行分析并重构回波。该方法有效地提高了系统的实时性,满足实际情况下对主动探测脉冲的捕获与分析重构。     

基于最小二乘法与RBF神经网络的溶解氧检测系统设计

为克服温度对溶解氧传感器的影响,对极谱型溶解氧检测系统的溶解氧电极激励源、高精度信号采样、软件标定和温度补偿等方面进行研究。通过对极谱型溶解氧传感器工作原理进行分析,设计了极谱型溶解氧传感器检测电路;根据溶解氧电极的温度特性,设计了基于NTC(负温度系数)热敏电阻的硬件温度补偿电路,并利用最小二乘法及RBF神经网络构建了软件温度补偿模型。利用饱和蒸馏水进行温度补偿实验,结果表明:经温度补偿后,该溶解氧检测系统的相对误差及采样波动均在1%以内,大大减小了传感器的非线性误差,测量精度和稳定性均可满足应用要求。     

海洋站自动测报系统设计原理

海洋站自动测报系统不仅大大减轻了观测人员的繁琐的劳动,而且提高了观测水平。由于计算机的运用,使观测结果精度提高;采样周期的缩短,使异常海洋现象的资料能以收集;程控测量还使以前人工无法实现的观测成为现实。海洋站自动测报系统既要完成对海洋水文气象传感器的信号采集、预处理并计算出相应的物理量,同时还要以多种介质存贮和不同形式的输出,并且按标准编码自动发报。因此系统的可靠性精确性是设计的关键。本文对用硬件设计与软件编程提高可靠性进行了讨论,提出了对传感器信号预处理的设想,并做了初步尝试.     

激光雷达微弱信号检测电路设计

激光雷达回波信号通常十分微弱,远距离信号的信噪比尤其低.而一般的激光雷达信号前置放大器还存在与实际激光雷达参数不匹配的问题,使用效果不理想.文中采用光电倍增管前置放大电路的工作原理,进行噪声分析;结合实际的激光雷达参数,设计1种大带宽,增益稳定的光电倍增管前置放大电路.实验结果表明该电路在提供信号增益的同时能有效的削弱高频噪声,提高激光雷达的信噪比.     

基于多传感器融合的波浪谱数据获取与传输方法研究

波浪谱分析是研究随机波浪、构建波浪模型、计算海浪要素的主要方法,也是海洋工程设计、波浪能应用研究等的重要依据。目前对于现场波浪数据的获取仅局限于波浪特征参数和部分频段数据,为了获取准确有效的波浪谱信息,提出微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)测波传感器相结合的波浪谱数据获取方法以及利用北斗短报文数据传输的通信方式。综合考虑波浪谱数据特点和北斗短报文通信能力,波浪谱数据选用半精度数据类型编码并设计了相应的数据传输格式。现场海试结果表明该方法对于全波谱数据计算和传输较为准确,有效波高、峰值周期、平均波向和方向扩展的准确率相比于单独GPS传感器计算结果分别提升了12.5%(0.1m)、5%(0.2s)、8%(13°)和13%(8°),为海浪观测资料获取提供了新方法和新思路,可以进一步满足海洋多要素研究和对完整频谱分析的实际应用需求。     

海洋牧场环境要素自动采集系统的设计

设计了一种适用于海洋牧场环境要素的自动采集方法,可同步观测牧场海域气象数据与水质数据,并实现各类数据的分类与存储。结果表明,获取数据数值符合海洋牧场水质要素时间序列的变化规律,能为海洋牧场防灾减灾预警提供有效的数据支持。     

光学浮标控制系统硬件设计

以光学浮标为控制对象, 以工作稳定、低功耗为目的, 设计海上工作控制硬件。采用嵌入式PC/104 CPU主板和以单片机为核心多功能板组合, 由PC/104 CPU主板完成采集数据、保存数据、通讯等工作, 多功能板实现计数、I/O控制、A/D转换、定时等功能。单片机结合日历时钟和电源总开关组成二级“看门狗”, 实现了海洋光学浮标控制系统无人值守、全天候、全过程独立工作。     

感应耦合技术在海洋声学同步测量中的应用

海洋声场环境研究需要对不同深度的海洋声学环境要素进行同步测量,而感应耦合数据传输技术可实现多个单通道水声测量仪之间的同步采集和记录。文中阐述了感应耦合数据传输技术的特点及其在海洋声学环境同步测量中的应用,介绍了一种利用感应耦合数据传输技术实现数据同步测量的声学浮标系统,详细描述了系统的方案设计、结构组成及感应耦合部分的关键技术。实验水池测试表明,该系统工作稳定可靠,数据同步性好,具有良好的应用前景。     

直浸式直流无刷电机在深海液压源中应用研究

通过对深海环境下直流电机一些特殊要求的分析,阐述了直浸式直流无刷电机的基本构成。利用电机内部充油平衡海水压力的自动补偿技术解决了其在深水中工作所遇到的高压、密封和工作水深等困难,增强了电机在深海环境下的适用性。同时提出一种简单可靠的深海电机密封结构。经过试验验证了理论设计的合理性。     

Kirchhoff向下延拓法在海洋合成多道地震走时反演中的应用*

海洋多道地震数据建模和成像是获取洋壳速度和构造信息的重要手段。海水层的存在使得多道地震拖缆接收到的折射波走时信息仅仅存在于较远的炮检距, 近炮检距被强振幅海底反射波覆盖, 制约了走时数据拾取和反演效果。本文基于波动方程的Kirchhoff积分法, 成功实现了多道地震数据向下延拓, 获取到了更大炮检距区间的初至折射波走时拾取, 并将其应用于洋中脊新生洋壳2A/2B层的合成多道地震数据走时反演。比较向下延拓前后的走时拾取范围及走时反演结果表明, 向下延拓法能够保持地震波场的运动学和动力学特征不变, 在共炮集数据的更大炮检距范围内进行初至折射走时拾取, 从而增加反演的数据选择和浅层射线覆盖, 反演结果能更加准确地分辨出洋壳2A/2B层界面, 并得到更高的分辨率和更准确的速度结构剖面。     

用于深海极端环境下的pH电极制备方法改进

pH值是表征深海热液环境以及扩散流区域溶液化学性能的基本参数,因此原位精确获取溶液pH值是很多海洋科学研究者关注的问题。以前试制的电化学原位传感器IrOx电极,在实际海试中虽然对海底异常信号有响应,但由于信号漂移问题,电极只能用于定性地发现异常。基于熔融碳酸锂氧化金属原理,提出了改进传统熔融碳酸锂法,并设计了强制空气对流和碳酸锂添加过氧化钠两种制备方法。通过实验室的性能测试以及相应的表面扫描电镜测试表明,用改进的方法制得的电极,校正曲线均符合能斯特定律。用强制空气对流和混合碳酸锂/过氧化钠法制得的电极,其性能均明显优于传统熔融碳酸锂法。可推断,在熔融碳酸锂氧化贵金属铱的过程中,氧含量的充分与否是影响IrOx电极的性能和表面形态的重要因素,其中性能最优的是混合碳酸锂/过氧化钠法制得的电极。该类电极具有如下优点:重复性好;在大跨度pH溶液之间的响应快速稳定,长时间连续监测的漂移小于5 mV;同一批次所制备电极性能几乎相同;使用寿命长等。因此,该pH电极可用于深海的原位探测。该工作为进一步制备高性能的IrOx电极奠定了坚实的基础。