(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112710380 A(43)申请公布日 2021.04.27
(21)申请号 202011491113.8(22)申请日 2020.12.17
(71)申请人 湖南长城海盾光纤科技有限公司
地址 410205 湖南省长沙市长沙高新开发
区尖山路39号中电软件园总部大楼A076号(72)发明人 马耀远 石福权 龙冬冬 杨然哲
陶令 高才 伯依晨 陈高 (74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所(普
通合伙) 43114
代理人 胡喜舟(51)Int.Cl.
G01H 9/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图3页
(54)发明名称
深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器及制作方法(57)摘要
本发明公开了一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器及制作方法，其中中继器包括水上装置和水下装置；水上装置包括供电设备和光发射设备，水下装置包括耐压舱体及设置于耐压舱体内的取电模块、模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块；供电设备与取电模块连接，模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块均与取电模块连接；模拟光信号放大器一端与光发射设备连接；解调模块、数字通信模块、数字光信号放大器依次连接，数字光信号放大器的另一端用于连接上位机。信号噪声小，可实现大规模离岸2000km光纤水听器岸基预警探测系统建设，可大幅度降低岸基光纤水听器预警系统大规模组网成本。
CN 112710380 ACN 112710380 A
权 利 要 求 书
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1.一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，包括水上装置和水下装置；
所述水上装置包括供电设备和光发射设备，所述水下装置包括耐压舱体及设置于所述耐压舱体内的取电模块、模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块；
所述供电设备通过输电线与所述取电模块连接，所述模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块均与所述取电模块连接；所述模拟光信号放大器一端通过光纤与所述光发射设备连接，其另一端用于通过光纤连接水听器；所述解调模块、数字通信模块、数字光信号放大器依次连接，所述解调模块的另一端用于通过光纤连接水听器，所述数字光信号放大器的另一端用于通过光纤连接上位机。
2.根据权利要求1所述的深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，所
所述述耐压舱体包括内胆舱、内胆、两个器件舱、两个尾把，所述内胆设置于所述内胆舱内，
两个器件舱分设于所述内胆舱的两端，所述两个尾把分设于所述两个器件舱的外端；所述取电模块、模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块均设置于所述内胆内。
3.根据权利要求2所述的深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，所述器件舱与尾把之间还设置有密封端盖，所述内胆与所述内胆舱内壁之间填充有导热胶。
4.根据权利要求2所述的深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，所述尾把为锥形结构。
5.根据权利要求1所述的深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，所述供电设备采用电流1A恒流供电。
6.根据权利要求1所述的深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，所述光发射设备的发射端采用单波长输出，脉冲光输出光功率5±0.5dBm。
7.根据权利要求1所述的深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，所述取电模块包括两个5V电源模块和一个12V电源模块；所述两个5V电源模块分别与所述模拟光信号放大器和数字光信号放大器连接，所述12V电源模块与所述解调模块、数字通信模块连接。
8.根据权利要求1所述的深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，所述解调模块的功耗为150W，可解调数量为256基元，解调光路采用1波分16时分16空分的方案。
9.根据权利要求1所述的深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，其特征在于，所述数字通信模块为SFP光通信模块，且所述数字通信模块集成于所述解调模块的解调板卡上。
10.一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器制作方法，其特征在于，包括：将供电设备安装于岸站机房中，并连接光电复合缆的输电线；光发射设备安装于岸站机房中，并连接光电复合缆的传输光纤；将取电模块、模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块安装于内胆中；
然后将内胆放入耐压舱体内并固定；向耐压舱体内灌注一定量的液态导热胶，等待导热胶固化；
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权 利 要 求 书
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将光电复合缆安装到耐压舱体密封端盖上，并做好密封处理；将取电模块连接尾把中光电复合电缆的输电线，所述模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块均与所述取电模块连接；所述模拟光信号放大器一端连接尾把中光电复合电缆的传输光纤；所述解调模块、数字通信模块、数字光信号放大器依次连接，所述数字光信号放大器的另一端连接尾把中光电复合电缆的传输光纤；
将密封端盖安装到耐压舱体的两端，做好密封处理，完成数字中继器制作。
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说 明 书
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深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器及制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器及制作方法。
背景技术
[0002]光纤水听器是建立在光纤、光电子技术基础上的一种新型水声传感，其灵敏度高、响应频带宽、抗电磁干扰、耐恶劣环境、结构灵巧、易于遥测和构成大规模阵列等特点。[0003]声波是水下唯一能够远距离传播的能量辐射形式，水听器是利用声波对水下目标进行探测、定位和识别的传感器，可用于远距离军事目标探测。
[0004]2013年至2016年中国科学院声学研究所先后在海南省三亚市陵水布放多套256基元光纤岸基探测系统，目前系统运行相对稳定。2019年中科院声学所牵头开展了“500km岸基探测系统光纤水听器方案验证”，该系统中应用了华为的模拟中继放大设备，最终系统最大支撑阵列数量只达到8条。目前现有的系统都是将水听器设置于海中，通过光纤与地面设备连接，地面设备与水听器之间信号传递依赖模拟中继放大设备实现，限制了水听器的离岸距离，且信号噪声大，也无法实现大规模光纤水听器岸基预警探测系统建设。发明内容
[0005]本发明提供了一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器及制作方法，以解决现有的光纤水听器岸基预警探测系统无法大规模建设且距离受限的问题。[0006]第一方面，提供了一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，包括水上装置和水下装置；
[0007]所述水上装置包括供电设备和光发射设备，所述水下装置包括耐压舱体及设置于所述耐压舱体内的取电模块、模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块；
[0008]所述供电设备通过输电线与所述取电模块连接，所述模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块均与所述取电模块连接；所述模拟光信号放大器一端通过光纤与所述光发射设备连接，其另一端用于通过光纤连接水听器；所述解调模块、数字通信模块、数字光信号放大器依次连接，所述解调模块的另一端用于通过光纤连接水听器，所述数字光信号放大器的另一端用于通过光纤连接上位机。[0009]进一步地，所述耐压舱体包括内胆舱、内胆、两个器件舱、两个尾把，所述内胆设置于所述内胆舱内，所述两个器件舱分设于所述内胆舱的两端，所述两个尾把分设于所述两个器件舱的外端；所述取电模块、模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块均设置于所述内胆内。[0010]进一步地，所述器件舱与尾把之间还设置有密封端盖，所述内胆与所述内胆舱内壁之间填充有导热胶。导热胶可用来提升散热性能，保证内胆内部温度低于40℃且长期工作时温度稳定。
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说 明 书
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进一步地，所述尾把为锥形结构。
[0012]进一步地，所述供电设备采用电流1A恒流供电。[0013]进一步地，所述光发射设备的发射端采用单波长输出，脉冲光输出光功率5±0.5dBm。
[0014]进一步地，所述取电模块包括两个5V电源模块和一个12V电源模块；所述两个5V电源模块分别与所述模拟光信号放大器和数字光信号放大器连接，所述12V电源模块与所述解调模块、数字通信模块连接。[0015]进一步地，所述解调模块的功耗为150W，可解调数量为256基元，解调光路采用1波分16时分16空分的方案。[0016]进一步地，所述数字通信模块为SFP光通信模块，且所述数字通信模块集成于所述解调模块的解调板卡上。[0017]第二方面，提供了一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器制作方法，包括：
[0018]将供电设备安装于岸站机房中，并连接光电复合缆的输电线；[0019]光发射设备安装于岸站机房中，并连接光电复合缆的传输光纤；[0020]将取电模块、模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块安装于内胆中；
[0021]然后将内胆放入耐压舱体内并固定；[0022]向耐压舱体内灌注一定量的液态导热胶，等待导热胶固化；[0023]将光电复合缆安装到耐压舱体密封端盖上，并做好密封处理；[0024]将取电模块连接尾把中光电复合电缆的输电线，所述模拟光信号放大器、数字光信号放大器、解调模块、数字通信模块均与所述取电模块连接；所述模拟光信号放大器一端连接尾把中光电复合电缆的传输光纤；所述解调模块、数字通信模块、数字光信号放大器依次连接，所述数字光信号放大器的另一端连接尾把中光电复合电缆的传输光纤；[0025]将密封端盖安装到耐压舱体的两端，做好密封处理，完成数字中继器制作。[0026]有益效果
[0027]本发明提出了一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器及制作方法，具有如下优点：
[0028]1)该数字中继器通过一根光纤下行传输模拟光信号，一根光纤上行传输解调数据信号，可通过一对光纤实现多套光纤水听器岸基探测系统布放；
[0029]2)可实现所有级联光纤水听器岸基探测系统系统噪声均能优于‑90dB；[0030]3)150km跨距传输损耗约30dB，入纤功率约7dBm，进入中继器的功率约‑23dBm，足够满足系统放大要求，实现最大中继跨距≤150km；
[0031]4)满足离岸2000km(水深100m～4000m)光纤水听器岸基探测系统的应用需求；可用于组建离岸2000km(水深100m～4000m)光纤水听器岸基探测系统水下监听网，扩大我国海上防御纵深；
[0032]5)可大幅度降低岸基光纤水听器预警系统大规模组网时的成本；[0033]6)工艺技术经过海上试用验证，成熟可靠，适合量产。
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说 明 书
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附图说明
[0034]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本发明实施例提供的一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器结构示意图；
[0036]图2是本发明实施例提供的耐压舱体结构示意图；[0037]图3是本发明实施例提供的取电模块结构示意图；
[0038]图4是本发明实施例提供的解调模块及数字通信模块结构示意图；[0039]图5是本发明实施例提供的模拟光信号放大器、数字光信号放大器结构示意图；[0040]图6是本发明实施例提供的500km中继传输系统噪声测试结果示意图。
具体实施方式
[0041]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。[0042]如图1至图5所示，本发明实施例提供了一种深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器，包括水上装置01和水下装置02；
[0043]所述水上装置01包括供电设备1和光发射设备2，所述水下装置02包括耐压舱体3及设置于所述耐压舱体3内的取电模块5、模拟光信号放大器8、数字光信号放大器9、解调模块6、数字通信模块7；
[0044]所述供电设备1通过输电线与所述取电模块5连接，所述模拟光信号放大器8、数字光信号放大器9、解调模块6、数字通信模块7均与所述取电模块5连接；所述模拟光信号放大器8一端通过光纤与所述光发射设备2连接，其另一端用于通过光纤连接水听器；所述解调模块6、数字通信模块7、数字光信号放大器9依次连接，所述解调模块6的另一端用于通过光纤连接水听器，所述数字光信号放大器9的另一端用于通过光纤连接上位机。[0045]具体地，所述耐压舱体3包括内胆舱、内胆31、两个器件舱32、两个尾把34，所述内胆31设置于所述内胆舱内，所述两个器件舱32分设于所述内胆舱的两端，所述两个尾把34分设于所述两个器件舱32的外端；所述取电模块5、模拟光信号放大器8、数字光信号放大器9、解调模块6、数字通信模块7均设置于所述内胆31内。本实施例中，所述器件舱32与尾把34之间还设置有密封端盖33，输电线和光纤与内胆内的器件之间的连接点位于器件舱32内。所述内胆31与所述内胆舱内壁之间填充有导热胶，导热胶可用来提升散热性能，保证内胆内部温度低于40℃且长期工作时温度稳定；所述尾把34为锥形结构，锥形尾把用于保护耐压舱体内接头密封点不被弯折。[0046]本实施例中，所述供电设备1采用电流1A恒流供电。供电设备1作为供电端，电压随级联的中继器数量增加而增大。所述光发射设备2的发射端采用单波长输出，脉冲光输出光功率5±0.5dBm。所述取电模块5包括两个5V电源模块和一个12V电源模块；所述两个5V电源
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模块分别与所述模拟光信号放大器8和数字光信号放大器9连接，所述12V电源模块与所述解调模块6、数字通信模块7连接。所述解调模块6的功耗为150W，可解调数量为256基元，解调光路采用1波分16时分16空分的方案。所述数字通信模块7为SFP光通信模块，且所述数字通信模块7集成于所述解调模块6的解调板卡上。输电线和光纤可采用光电复合缆4。[0047]本实施例中的数字中继器可实现以下技术指标：系统噪声≤‑90dB；最大中继跨距≤150km；最大可处理基元数≥512；一对光纤最大级联中继数量≥32，通过一根光纤下行传输模拟光信号，一根光纤上行传输解调数据信号，可以实现两根光纤实现32套系统级联；光信噪比≥20dB；耐压舱体接口通过标注UJ标准连接，通过耐压舱体及其密封处理可实现耐静水压力≥40MPa。对于当前的岸基放大设备每一条子阵需要两根光纤，8条子阵是最大复用数量相比，以32套子阵为例，现有放大技术需要4条光电复合线缆64根光纤，本中继器只需要一条光纤复合两根光纤，可以大幅度降低组网成本。采用本发明提供的数字中继器进行500km中继传输系统噪声测试的结果如图6所示。
[0048]本发明的一个实施例提供了一种制作上述深远海光纤水听器岸基探测系统数字中继器的方法，包括：
[0049]将供电设备1安装于岸站机房中，并连接光电复合缆4的输电线；[0050]光发射设备2安装于岸站机房中，并连接光电复合缆4的传输光纤；[0051]将取电模块5、模拟光信号放大器8、数字光信号放大器9、解调模块6、数字通信模块7安装于内胆31中；
[0052]然后将内胆31放入耐压舱体3内并固定；[0053]向耐压舱体3内灌注一定量的液态导热胶，等待导热胶固化；[0054]将光电复合缆4安装到密封端盖33上，并做好密封处理；[0055]将取电模块5连接尾把34中光电复合电缆4的输电线，所述模拟光信号放大器8、数字光信号放大器9、解调模块6、数字通信模块7均与所述取电模块5连接；所述模拟光信号放大器8一端连接尾把34中光电复合电缆4的传输光纤；所述解调模块6、数字通信模块7、数字光信号放大器9依次连接，所述数字光信号放大器9的另一端连接尾把34中光电复合电缆4的传输光纤；
[0056]将密封端盖33安装到耐压舱体3的两端，做好密封处理，完成数字中继器制作。[0057]可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。[0058]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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