海洋矢量声场观测浮标与潜标系统

　　1 引言

　　海洋浮标与潜标系统，作为一种获取海洋环境信息的有效手段，其研制受到世界各国的关注。美国海军研制的被动声搜索型声纳浮标与潜标系统N/SSQ-53DIFAR 系列，可对目标产生的辐射噪声进行检测，并对目标方位进行估计[1]。法国、日本等国家联合研制的“热带海洋大气阵列(TAO)”锚泊浮标和潜标系统，布放于赤道附近的太平洋上，可对大洋水温与流速等参数进行测量和自存储[2]。

　　我国对海洋浮标与潜标技术的研究，比发达的海洋国家晚一些。上世纪80年代，国家海洋局研制的千米测流潜标与雷达信标机浮标组合系统取得了中国南海海域某处900m深、长达15天的定点海流数据[3]。

　　本文介绍的海洋矢量声场观测浮标与潜标系统，经由主控制台站，通过无线收发终端，完成对浮标和潜标的远程控制。利用单套浮标与潜标系统，即可完成对海洋矢量声场长期、定点、定深、连续的观测与记录。该浮标与潜标系统已在工程上得到实现，并通过了海试验证。

　　2 系统工作方式及通信协议

　　主控制台站安装于试验母船上，通过扩频电台与各浮标单体进行无线通信。各浮标单体由预先分配的互异的无线IP码段区隔，控制台站可无时隙的独立控制各浮标体。浮标由定深锚固定，锚定于海底。潜标由矢量传感器与电子舱构成，固定于浮标体下端的定深绳索上。通过三叉系留索转环与浮力配比保证其水下工作姿态[4]。浮标与潜标间由双向485串口电缆相连，主控台站通过浮标进行通信协议转换后完成与潜标的通信。系统整体工作状态示意图及各部名称见图1。

　　3 水面浮标系统

　　浮标系统主要由扩频电台、数字逻辑控制单元、网络串口转换器与电源4部分组成[5]，完成无线网络通信、通信协议转换与电源管理等功能。图2中给出浮标电子舱内部电路结构。

　　3.1 无线网桥通信单元

　　扩频通信由于其具有信息携带量大、抗干扰能力强等优点，广泛应用于各通信领域。在本系统中，浮标搭载的扩频无线通信设备是Breeze NET家族中的DS.11型直接序列扩频分体架构式无线单元。工作中心频率2.4GHz，带宽22MHz。数据率高达11Mbps，最大覆盖距离达50km。由于浮标与潜标系统在海上使用，对数据的安全性有很高要求。选用的Breeze NET DS.11安全特性优秀，利用IEEE802.11中的RC4加密算法，可有效地防止数据窃听和恶意入侵。

　　海上工作时，为使无线通信链路获得更大的稳定可靠性，在无线网桥前端加入Hyperlink AMP2401型功率放大器。其噪声指数仅为2.5dB，而天线端接收增益可达30dBm。