基本介紹
- 中文名：網位儀
- 外文名：netsonde
- 屬性：電子助漁裝備
- 套用：測定拖網網口的高度
- 作用：提高捕撈的經擠效益，等
- 功能：前視掃描、網位掃描、俯仰探測等
分類,無纜網位儀,有纜網位儀,水下聲探頭,功能及系統組成,關鍵技術,
分類
世界上使用的遠洋捕撈電子助漁設備網位儀，按與捕撈船的數據傳輸方式不同，可分為2類：一類為無纜網位儀，通過水聲通信以無線傳輸的方式將網位儀獲取數據信息傳送給捕撈船終端進行顯示；另一類為有纜網位儀，通過專用水下電纜以有線傳輸的方式實現網位儀與捕撈船終端之間的信息傳輸。
無纜網位儀
無纜網位儀的研製廠家以日本FURUNO公司為代表，典型的產品有CN24系列產品。由於受到水聲通信頻寬小和水下信道不穩定的制約，該類網位儀與捕撈船之間的通信速率較低，傳輸的數據量小，且易丟失數據。因此該類網位儀只具有垂直掃描功能可探測網口相對於海面、海底的位置，可部分顯示網口形狀及網口附近的魚群信息，可測量網口水溫，功能相對簡單。產品及工作示意如圖1所示。
圖1
有纜網位儀
有纜網位儀的生產廠家以美國WESMAR公司和挪威SIMRAD公司為代表，典型的產品主要有WESMAR的TCS ( TCS380, TCS770, TCS780)等系列產品、SIMRAD的FS70、以及日本FURUNO的TS-331 A型網位儀。由於該類產品可通過水下電纜實現與捕撈船的高速通信，不受傳輸信息量的限制，一般功能都十分齊全。其主要特點為：
（1）遠距離高速通信。大於2000米的高速有纜通信，保證水下聲學探頭數據高速實時傳輸。
（2）友好的界面。前視、環視，垂直聲納信息分屏同時顯示，網位儀的參數設定與姿態溫度深度感測器信息也一併顯示，用戶可通過滑鼠的點擊與拖動即可完成所有操作。
（3）良好的網點陣圖像。網位掃描扇區可達360度，使得網口在轉向時無需進行調節仍可顯示網口的完整圖像，同時用戶可自行調節顯示對比度，使網點陣圖像顯示達到最佳。
（4）靈活的參數設定。可根據作業環境實時調整發射時間間隔，發射脈寬和盲區等參數，使水下聲探頭工作狀態達到最佳狀態。
（5）漁獲告警。當魚獲感測器觸發時，揚聲器發出與感測器序號相對應的聲響，操作人員可立即知道哪個感測器被觸發。
水下聲探頭
水下聲學探頭是網位儀的核心組成部分。水下聲學探頭具有前視、網位、垂直掃描功能，可測量網口所在位置的深度及周圍海水的溫度，其電子系統對信號進行解算處理並能通過乙太網電纜將解算結果傳輸至數據處理及顯控部分進行顯示。
圖2
（1）網位掃描。置於水下探頭頭部，實現360°網位掃描成像，採用收
放分置工作模式。通過預成多波束實現360°全向覆蓋。工作頻率為180 kHz，對應的接收波束寬度分別為4° X 30°。
1）為了提高發射聲源級，採用了多弧形發射陣，每個弧形發射陣的波束角為36°X 30°。
圖3
2）圓環接收陣包括60通道，為了實現接收波束角4° X 30°，採用12通道作接收波束形成。
基陣結構如圖2所示，相控波束圖如下圖3所示。
（2）前視掃描。置於水下探頭頭部，採用收發合置工作模式：換能器向前發射聲波並接受來自前方目標的回波(主要是拖網網口前方的魚群和網板信息)。
（3）垂直掃描。置於水下探頭頭部，採用收發合置工作模式：換能器向上和向下發射聲波並接受垂直方向上的目標回波(主要是拖網網口上下的魚群和海底信息)。同時，可根據接收到的海底回波信息，解算出海底相對於拖網下綱的距離，在小於設定值後給出觸底報警信號。
圖4 聲學探頭組成結構示意圖
（4）感測器單元。感測器單元安裝深、溫度感測器，用於測量拖網網口的深度和溫度信息，處理後通過電纜傳箱至數據處理及顯控部分進行顯示。感測器單元集成到水下探頭的頭部。
4個部分集成框圖如圖4所示。
功能及系統組成
網位儀的功能包括：探測拖網網口形狀；探測網口前面魚群及網板位置；監視網口魚群入網景象測量魚網相對於海底距離，給出觸底報警信號，測量網具深度及海水溫度。
圖5
網位儀系統構成如圖5所示。主要包括數據處理及顯控、供電/數據傳翰和水下聲學探頭3個部分，其中水下聲學探頭部分用以實現網位掃描、前視掃描和垂直掃描探測，同時獲取環境參數(溫度、深度等)功能;供電/數據傳翰部分一端通過乙太網連線水下探頭，另一端連線數據及顯控單元，實現水面數據處理及顯控單元和水下探頭之間的數據交換，同時負責水下探頭供電;數據處理及顯控部分實現對水下探頭的操控和圖像、拖網環境數據的實時顯示。
關鍵技術
遠洋助漁網位儀工作在水下數百米甚至上千米，以聲成像的方式實時檢測拖網網口姿態信息，以及深度和水溫等海洋環境信息，同時應具有良好的耐壓和密封設計。該項研究涉及到的關鍵技術主要有：
（1）預成多波束技術。為滿足小型化的要求，便於實船套用，要求網位儀的聲換能器基陣孔徑很小(在10~20 cm之間)，以如此小的陣列孔徑形成最窄波束寬度只有4°的波束圖具有難度。同時，由於必須實現360°波束掃描，這就要求預形成的波束數量很多(
90個)，如何實現窄波束的準確配置是一個必須解決的關鍵技術。
（2）水下弱聲信號檢測技術。海洋聲場環境極為複雜，具有很強的背景噪聲，且存在海洋混響、聲線彎曲等特殊現象。加之，拖網網口上綱浮子與下綱網墜體積很小，回波信號極為微弱，很容易被海洋背景噪聲所淹沒，特別是在網口附近存在魚群的情況下，網口目標回波極易被魚群回波信號淹沒，導致無法觀測網口的形狀和姿態，造成網位儀失效。因此，如何實現水下微弱聲信號的檢測特別是拖網網口回波信號的檢查也是關鍵技術之一。
（3）超大水深聲基陣設計技術。由於聲換能器基陣無法安裝在殼體內部，必須暴露在海水中發射和接受聲波信號，這就要求聲換能器基陣必須能夠承受100大氣壓以上的海水壓力；同時，為了獲得良好的波束指向性和減小測量誤差，要求各陣元具有很好的幅相一致性和精確的安裝位置。
