CN110116785A - 可定位沉浮式海洋探测装置及其探测定位平台定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可定位沉浮式海洋探测装置及其探测定位平台定位方法，具体包括抓底锚、探测定位平台和快速上浮机构，所述抓底锚布置在深水中，在所述抓底锚上安装有声定位信标，所述抓底锚通过复合索与探测定位平台相连接，所述快速上浮机构通过导线复合缆与探测定位平台相连接。本发明所述的可定位海洋资源快速探测装置，通过在探测定位平台上布设若干个水听器单元，探测定位平台的上部和下部分别连接快速上浮机构和带有声定位信标的抓底锚，利用三种方式对探测定位平台位置进行综合精确定位，而且快速上浮机构能快速上浮，及时回传信息后返回原来位置，重复使用，可及时、精确、经济的提供深海探测数据。

Description

可定位沉浮式海洋探测装置及其探测定位平台定位方法

技术领域

本发明属于海洋探测技术领域，特别是涉及一种可定位沉浮式海洋探测装置及其探测定位平台定位方法。

背景技术

我国是一个海洋大国，加强对海洋环境和海洋资源信息的监测，对于发掘海洋的宝贵资源具有重大的战略意义。目前我国在深海大洋探测技术的研究热度并不是很显著，这极大限制了我国对海洋领域的全面了解及对海洋资源的充分利用。

目前，海洋领域的探测平台主要集中在浮标、水下机器人等各类技术上，而在上述的诸多探测设备中，浮标是目前人类获取海洋环境信息的重要技术装备之一，尤其在深海海洋观测中正发挥越来越大的作用。这类浮标特点在于：用其独特的组成结构，进行探测收集海洋信息，再通过各类手段读取出浮标探测的信息，具有隐蔽性、抗人为损坏性强，使用灵活、操作方便等特点，深海浮标为海洋资源和环境研究提供了重要技术支撑。

在目前来看，海洋领域主要面临的问题有：(1)大多数深海测量浮标悬浮在海中，随海洋洋流漂移，只能对某一区域进行概略性探测，很难实现对具体位置海洋资源的探测；(2)大多数海洋测量浮标，须等到将浮标收回时才能够获取探测信息，或者浮标上浮速度很慢，一般在0.1m/s左右，很难及时回传深海探测信息。例如：在探测深海鱼群时，不能及时回传信息就会失去捕捞时机。

发明内容

为解决海洋探测领域中的上述问题，重点本发明提供了一种可定位沉浮式海洋探测装置，该装置能够对测量点进行精确定位，并能快速上浮，及时回传信息后返回原来位置，重复使用，可及时、精确、经济的提供深海探测数据。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种可定位沉浮式海洋探测装置，具体包括抓底锚、探测定位平台和快速上浮机构，所述抓底锚布置在深水中，在所述抓底锚上安装有声定位信，所述抓底锚通过复合索与探测定位平台相连接，所述快速上浮机构通过导线复合缆与探测定位平台相连接。

作为本发明实施例的优选，所述探测定位平台内固定连接有第一浮力舱，在所述第一浮力舱内安装有绞机，所述绞机与导线复合缆相连接，在所述探测定位平台上安装有电磁传感器、流速传感器和流向传感器。

作为本发明实施例的优选，在所述探测定位平台的底部中间位置设有锚索舱，所述锚索舱的底部与复合索固定连接。

作为本发明实施例的优选，在所述探测定位平台的下部设有若干个水听器单元，若干个所述水听器单元在所述锚索舱的两侧均匀分布，在所述锚索舱的底部也设有水听器单元。

作为本发明实施例的优选，所述快速上浮机构包括壳体，在所述壳体内设有第二浮力舱，在所述壳体的顶部和底部分别设置有通信天线和动力推进器。

作为本发明实施例的优选，在所述壳体内还设有控制模块、数据存储模块、电源模块，所述第二浮力舱与控制模块、数据存储模块、电源模块相隔离。

作为本发明实施例的优选，在所述第二浮力舱的内壁上设有水压传感器和流速测定仪。

作为本发明实施例的优选，在所述壳体的底部两侧分别安装有稳定板，所述稳定板分别置于动力推进器的两侧。

本发明实施例还提供一种对探测定位平台的精确定位方法，具体包括以下步骤：

(1)声定位信标发出声信号，由海上测量船接收到声信号后，确定抓底锚的位置；

(2)以抓底锚为坐标原点，建立坐标系；

(3)声定位信标发声，探测定位平台下部的水听器单元接收，计算得到探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₁，y₁，z₁)；

根据流速传感器和流向传感器的测量数据，计算得到探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₂，y₂，z₂)；

根据快速上浮机构(3)出水后的定位信息及上浮过程测量的流速数据，得到上浮起始点，即探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₃，y₃，z₃)；

(4)将上述三组数据，利用下述公式，得到探测定位平台相对于抓底锚的位置坐标(x，y，z)

即得到探测定位平台在海洋中的精确位置。

本发明具有以下有益效果:

1、本发明所述的可定位海洋资源快速探测装置，通过在探测定位平台上布设若干个水听器单元，探测定位平台的上部和下部分别连接快速上浮机构和带有声定位信标的抓底锚，利用三种方式对探测定位平台位置进行综合精确定位，而且快速上浮机构能快速上浮，及时回传信息后返回原来位置，重复使用，可及时、精确、经济的提供深海探测数据。

2、本发明快速上浮机构能够实现快速低噪音上浮，使得大深度探测参数能够及时回传，提高了时效性，保证了隐蔽性；快速上浮装置可以返回，重复使用，提高了经济效益。

附图说明

图1为本发明可定位沉浮式海洋探测装置的结构示意图。

图2为本发明所述的快速上浮机构的结构示意图。

图3为本发明可定位沉浮式海洋探测装置上浮至海面的示意图；

图4为本发明可定位沉浮式海洋探测装置牵引返回的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-抓底锚；2-探测定位平台；3-快速上浮机构；4-声定位信标；5-复合索6-导线复合缆；7-第一浮力舱；8-绞机；9-电磁传感器；10-流速传感器11-流向传感器；12-锚索舱；13-水听器单元；14-壳体；15-第二浮力舱；16-通信天线；17-动力推进器；18-控制模块；19-数据存储模块；20-电源模块；21-水压传感器；22-流速测定仪；23-稳定板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参见图1至3所示，本发明实施例提供一种可定位沉浮式海洋探测装置，具体包括抓底锚1、探测定位平台2和快速上浮机构3，其中，抓底锚1布置在深水中，在所述抓底锚1上安装有声定位信标4，所述抓底锚1通过复合索5与探测定位平台2相连接。通过抓底锚1及复合索5系留在水中，复合索5既可以实现系留作用，也可以实现信号的传输。在本实施例中。将抓底锚1上安装声定位信标4，放置到深水中后，声定位信标4发出声信号，由海上测量船接收到声信号后，可确定抓底锚1的位置，之后声定位信标4停止发声。其中，快速上浮机构3通过导线复合缆6与探测定位平台2相连接。通过快速上浮机构3实现大深度探测参数能够及时回传，提高了时效性，保证了隐蔽性，快速上浮装置可以返回，重复使用，提高了效益。

参见图1所示，在本实施例中，探测定位平台2作为快速上浮机构3和抓底锚1的母坞停留在水中。在探测定位平台2内固定连接有第一浮力舱7，通过第一浮力舱7调整探测定位平台2在水中的位置。在所述第一浮力舱7内安装有绞机8，所述绞机8与导线复合缆6相连接。其中，导线复合缆6既可以实现快速上浮机构3在探测定位平台上的系留作用，也可以实现信号的传输。通过绞机8可以实现对快速上浮机构3的释放和回收。参见图3至4所示，当探测定位平台2测量完毕后，启动绞机8将快速上浮机构3释放，快速上浮机构3快速上浮至海面，接收信息完成后在绞机8的牵引下，快速上浮机构3返回母坞(即探测定位平台2)，进入下一次测量状态。

参见图1所示，在本实施例中，在探测定位平台2上安装有电磁传感器9、流速传感器10和流向传感器11。在探测定位平台2的底部中间位置设有锚索舱12，所述锚索舱12的底部与复合索5固定连接。在探测定位平台2的下部设有若干个水听器单元13，若干个所述水听器单元13在所述锚索舱12的两侧均匀分布，在所述锚索舱12的底部也设有水听器单元13。在本实施例中，通过在探测定位平台2和锚索舱12上均安装水听器单元13，可以通过水听器单元13接收声定位信标4的发声，计算得到探测定位平台2相对于抓底锚1的位置。探测定位平台上带有浮力舱，具有正浮力，通过电磁传感器9、水听器单元13等传感装置用于探测海洋资源测量数据存储在数据存储模块中，流速传感器10和流向传感器11用于测量探测定位平台2所在位置流速、流向。

参见图1至2所示，在本实施例中，所述快速上浮机构1包括壳体14，在壳体14内设有第二浮力舱15，在壳体14的顶部和底部(理解为头部和尾部)分别设置有通信天线16和动力推进器17。在本实施例中，所述快速上浮机构1的壳体14外形呈流线型，在其尾部的动力推进器17及第二浮力舱15浮力的共同作用下，实现快速上浮机构1的快速上浮，其中，壳体14采用消音减阻复合材质制成，可减小上浮过程的阻力及噪声，在壳体14的内部还设有控制模块18、数据存储模块19、电源模块20，其中，第二浮力舱15与控制模块18、数据存储模块19、电源模块20相隔离。电源模块20为整个快速上浮机构1提供动力，数据存储模块19将在海洋中的测量的各类型参数进行存储，控制模块18用于对第二浮力舱15和动力推进器17的大小进行和参数进行实时监测和控制。在第二浮力舱15的内壁上设有水压传感器21和流速测定仪22，水压传感器21和流速测定仪22用于测量快速上浮机构1的水压和流速。在所述壳体14的底部两侧分别安装有稳定板23，所述稳定板23分别置于动力推进器17的两侧。在本实施例中，在动力推进器17的两侧个对称设有2个稳定板23可增加上浮稳定性，使得快速上浮机构1的上浮速度达到1米/秒以上，上浮过程辐射噪声小于95分贝。

当然，在上述的实施方式中，并不对上述探测定位平台2的形状等形式进行具体的限定，具体可以为圆柱桶型的，还可以为各类形状，但是只要有按照上述技术方案实施的器件即可，并且对其中各个部件的设置位置也不做具体的限定，各个部分所设置安装的位置只要能够满足上述的功能即可。在具体的设置上，本领域皆有相关的实施方式，其中探测定位平台上安置的传感器类型可以为多类，并且类型可以结合检测参数类型的不同而不同，其具体的传感器类型有温盐深传感器、水压传感器、水下二氧化碳传感器等多种传感器类型，上述传感器的类型为现有深海探测领域中比较常见的传感器，其设置方式可以在探测定位平台舱内，或者是依据传感器探测的要求将上述传感器设置在探测定位平台的外侧与海洋环境充分接触，通过固定的方式实现传感器的设置，总之，上述类型传感器可进行合适的排布，具体在此不再赘述。

基于上面所描述的可定位沉浮式海洋探测装置的结构，本发明还提供一种对探测定位平台的精确定位方法具体如下：

抓底锚1放置到水中后，声定位信标4发出声信号，由海上测量船接收到声信号后即可确定抓底锚1的位置，之后声定位信标4停止发声。

以抓底锚1为坐标原点，建立坐标系。探测定位平台下半部分，安装有5个水听器单元，需要时，在控制机构作用下，声定位信标发声，由海上测量船接收到声信号后，计算得到探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₁，y₁，z₁)；根据流速、流向传感器的测量数据，计算得到探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₂，y₂，z₂)；根据快速上浮装置出水后的定位信息及上浮过程测量的流速数据，得到上浮起始点，即探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₃，y₃，z₃)；最后，结合上述三组数据，利用下述公式，得到探测定位平台相对于抓底锚的位置坐标(x，y，z)

由于抓底锚的位置已确定，就可以精确确定探测定位平台在海洋中的位置。本发明所述的可定位海洋资源快速探测装置，通过在探测定位平台上布设若干个水听器单元，探测定位平台的上部和下部分别连接快速上浮机构和带有声定位信标的抓底锚，利用三种方式对探测定位平台位置进行综合精确定位，而且快速上浮机构能快速上浮，及时回传信息后返回原来位置，重复使用，可及时、精确、经济的提供深海探测数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可定位沉浮式海洋探测装置，其特征在于：包括抓底锚(1)、探测定位平台(2)和快速上浮机构(3)，所述抓底锚(1)布置在深水中，在所述抓底锚(1)上安装有声定位信标(4)，所述抓底锚(1)通过复合索(5)与探测定位平台(2)相连接，所述快速上浮机构(3)通过导线复合缆(6)与探测定位平台(2)相连接。

2.根据权利要求1所述一种可定位沉浮式海洋探测装置，其特征在于：所述探测定位平台(2)内固定连接有第一浮力舱(7)，在所述第一浮力舱(7)内安装有绞机(8)，所述绞机(8)与导线复合缆(6)相连接，在所述探测定位平台(2)上安装有电磁传感器(9)、流速传感器(10)和流向传感器(11)。

3.根据权利要求1所述一种可定位沉浮式海洋探测装置，其特征在于：在所述探测定位平台(2)的底部中间位置设有锚索舱(12)，所述锚索舱(12)的底部与复合索(5)固定连接。

4.根据权利要求3所述一种可定位沉浮式海洋探测装置，其特征在于：在所述探测定位平台(2)的下部设有若干个水听器单元(13)，若干个所述水听器单元(13)在所述锚索舱(12)的两侧均匀分布，在所述锚索舱(12)的底部也设有水听器单元(13)。

5.根据权利要求1所述一种可定位沉浮式海洋探测装置，其特征在于：所述快速上浮机构(1)包括壳体(14)，在所述壳体(14)内设有第二浮力舱(15)，在所述壳体(14)的顶部和底部分别设置有通信天线(16)和动力推进器(17)。

6.根据权利要求5所述一种可定位沉浮式海洋探测装置，其特征在于：在所述壳体(14)内还设有控制模块(18)、数据存储模块(19)、电源模块(20)，所述第二浮力舱(15)与控制模块(18)、数据存储模块(19)、电源模块(20)相隔离。

7.根据权利要求1所述一种可定位沉浮式海洋探测装置，其特征在于：在所述第二浮力舱(15)的内壁上设有水压传感器(21)和流速测定仪(22)。

8.根据权利要求1所述一种可定位沉浮式海洋探测装置，其特征在于：在所述壳体(14)的底部两侧分别安装有稳定板(23)，所述稳定板(23)分别置于动力推进器(17)的两侧。

9.一种对探测定位平台的精确定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)声定位信标发出声信号，由海上测量船接收到声信号后，确定抓底锚的位置；

(2)以抓底锚为坐标原点，建立坐标系；

(3)声定位信标发声，探测定位平台下部的水听器单元接收，计算得到探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₁，y₁，z₁)；

根据流速传感器和流向传感器的测量数据，计算得到探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₂，y₂，z₂)；

根据快速上浮机构(3)出水后的定位信息及上浮过程测量的流速数据，得到上浮起始点，即探测定位平台相对于抓底锚的位置(x₃，y₃，z₃)；

(4)将上述三组数据，利用下述公式，得到探测定位平台相对于抓底锚的位置坐标(x，y，z)

即得到探测定位平台在海洋中的精确位置。