CN117227899B - 一种波浪滑翔机对空剖面观通仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种波浪滑翔机对空剖面观通仪，包括观测通讯单元和收放单元，观测通讯单元利用摄像元件能够全方位观察周边环境，并利用天线与外部设备通信连接，且观测通讯单元能够上升，加之，收放单元能够改变观测通讯单元与波浪滑翔机之间的间距，使得观测通讯单元能够实现升降，观测通讯单元升降，进一步增强了摄像元件对周边环境的观察效果，同时实现带动天线升降，有效避免因地球曲率和海面吸收等原因造成的电磁波的传输距离变短，从而在较长距离内实现多台波浪滑翔器的互联互通。本发明的波浪滑翔机对空剖面观通仪，观测通讯单元能够升降，可满足波浪滑翔机类的海洋表面平台在进行声学水下目标探测时排除水面目标干扰的需求。

Description

一种波浪滑翔机对空剖面观通仪

技术领域

本发明涉及海洋观测设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种波浪滑翔机对空剖面观通仪。

背景技术

波浪滑翔机是一种利用波浪能实现驱动的海上无人船，其具备局部海域精细化作业的功能。因其驱动力完全取决于波浪能，而波浪能的大小随海况不同，波浪滑翔机作为全被动驱动平台，其只能以较低航速进行作业，其航行速度一般为1-3节。相比于传统燃油或电力船舶作业而言，波浪滑翔机因航速而限制了作业效率。同时波浪滑翔器为小型平台，其载荷搭载能力和供电能力相比于传统燃油或电力船舶而言，也处于劣势。但是考虑到波浪滑翔机的成本低廉，可无人作业，通常考虑一次性投放多台设备开展集群作业，来弥补效率和功能上的不足。

目前，波浪滑翔机集群编队通常会使用10-20台套同时作业，两两台套之间的作用距离最大可达近100km。波浪滑翔机其船体长度通常为2m-3m，宽度0.6m-0.7m，载荷能力一般为10kg-20kg，考虑到运行稳定性，其天线架设高度一般不会超过2m。受地球曲率和海洋物理环境的影响，各台波浪滑翔机之间通过无线电台通讯的距离实测可有效通讯距离为2km左右，可通讯距离也很难大于5km。另外一种可实现的通讯方式是通过卫星端进行通讯，这样就使得距离数十公里的两台设备，需要分别同数百公里外的卫星通讯，通讯的实时性、经济性、可靠性以及通讯带宽等多方面都受到极大限制。

另外在波浪滑翔器机集群应用过程中，利用声学手段进行水下航行平台探测是常规应用。然而目前声学探测过程中，如何有效区分水面声源与水下声源，对小型平台而言难度较大。目前的解决方式主要有两种，一种是通过波浪滑翔机自身携带的摄像头、红外镜头等进行现场判断，但是受到地球曲率和设备功耗限制，该方式的作用距离很难超过5km，这一作用距离远远无法与声学探测距离相匹配，无法完全排除远距离的水面目标。另外一种方式是通过有人飞机或无人飞机排除水面目标存在的可能，从而判断该声源为水下目标。这类方式中有人或无人飞机耗费巨大，同时又因为没有停机空间，飞机必须要从岸边临时起飞过去，其时效性与续航能力也限制了该应用场景。

发明内容

本发明的目的是提供一种波浪滑翔机对空剖面观通仪，以解决上述现有技术存在的问题，使观通仪能够升降调整距离以实现全方位观察，同时带动天线升降，增强装置与外部设备的通信能力，在较长距离内实现多台波浪滑翔器的互联互通。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种波浪滑翔机对空剖面观通仪，包括：

观测通讯单元，所述观测通讯单元包括摄像元件和天线，所述摄像元件能够采集周边环境信息，所述观测通讯单元能够利用所述天线与外部设备通信连接；所述观测通讯单元能够上升至空中以采集周边环境信息；

收放单元，所述收放单元与波浪滑翔机相连，所述收放单元与所述观测通讯单元相连，所述收放单元能够改变所述观测通讯单元与所述波浪滑翔机之间的间距。

优选地，所述观测通讯单元还包括观通仪壳体，所述观通仪壳体的顶部具有观察窗，所述观察窗由透明材质制成，所述摄像元件包括摄像头和外设镜头，所述摄像头设置于所述观通仪壳体内并正对所述观察窗设置；所述外设镜头可滑动地与所述观通仪壳体相连，所述外设镜头能够绕所述观通仪壳体的轴线做圆周运动；所述天线与所述观通仪壳体相连。

优选地，所述观测通讯单元还包括电池包、驱动器和主轴，所述主轴可转动地设置于所述观通仪壳体内，所述驱动器的输出端与所述主轴相连，所述主轴利用传动机构与所述外设镜头相连，所述电池包与所述驱动器电连接。

优选地，所述传动机构包括主动齿轮、传动齿轮和内齿齿轮，所述主动齿轮与所述主轴相连，所述主动齿轮与所述传动齿轮相啮合，所述传动齿轮以及所述内齿齿轮可转动地设置于所述观通仪壳体内，所述传动齿轮与所述内齿齿轮相啮合，所述内齿齿轮与所述观通仪壳体同轴设置，所述外设镜头与所述内齿齿轮相连。

优选地，所述观测通讯单元还包括用于为所述电池包充电的随动充电线圈，所述随动充电线圈与所述电池包相连；

所述主轴远离所述传动机构的一端还设置有紧固元件，所述紧固元件能够固定所述主轴、所述电池包、所述随动充电线圈以及所述传动机构的位置。

优选地，所述观通仪壳体具有滑动环槽，所述外设镜头可滑动地设置于所述滑动环槽内，且所述外设镜头穿过所述滑动环槽与所述内齿齿轮相连。

优选地，所述外设镜头的数量为多个，所述外设镜头绕所述观测通讯单元的轴线周向均布；

所述天线的数量为多组，所述天线绕所述观测通讯单元的轴线周向均布。

优选地，所述观测通讯单元的内腔中填充有上升介质，所述上升介质为氢气。

优选地，所述收放单元包括连接光缆和绞盘，所述连接光缆的一端与所述观测通讯单元相连，所述连接光缆的另一端与所述波浪滑翔机相连，所述绞盘设置于所述波浪滑翔机的水面船体上，所述绞盘具有滚筒，且能够使所述连接光缆缠绕在所述滚筒上。

优选地，所述收放单元还包括观通仪支架，所述观通仪支架设置于所述水面船体上，所述观通仪支架为锥筒状结构，所述绞盘设置于所述观通仪支架的内腔中，所述观测通讯单元的一端能够伸入所述观通仪支架内；

所述观通仪支架内还设置有固定充电线圈，用于为所述观测通讯单元充电。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的波浪滑翔机对空剖面观通仪，包括观测通讯单元和收放单元，其中，观测通讯单元包括摄像元件和天线，摄像元件能够采集周边环境信息，观测通讯单元能够利用天线与外部设备通信连接；观测通讯单元能够上升至空中以采集周边环境信息；观测通讯单元能够上升至空中以采集周边环境信息；收放单元与波浪滑翔机相连，收放单元与观测通讯单元相连，收放单元能够改变观测通讯单元与波浪滑翔机之间的间距。

本发明的波浪滑翔机对空剖面观通仪，包括观测通讯单元和收放单元，观测通讯单元利用摄像元件能够全方位观察周边环境，并利用天线与外部设备通信连接，且观测通讯单元能够上升，加之，收放单元能够改变观测通讯单元与波浪滑翔机之间的间距，使得观测通讯单元能够实现升降，观测通讯单元升降，进一步增强了摄像元件对周边环境的观察效果，同时实现带动天线升降，有效避免因地球曲率和海面吸收等原因造成的电磁波的传输距离变短，从而在较长距离内实现多台波浪滑翔器的互联互通。本发明的波浪滑翔机对空剖面观通仪，可直接由波浪滑翔机自身携带，观测通讯单元能够升降，可满足波浪滑翔机类的海洋表面平台在进行声学水下目标探测时排除水面目标干扰的需求，有效的弥补当前波浪滑翔机借助其他空基手段进行水面目标排除的不足。

附图说明

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。

图1为本发明实施例所公开的波浪滑翔机对空剖面观通仪的结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的波浪滑翔机对空剖面观通仪的观测通讯单元的剖切示意图；

图3为本发明实施例所公开的波浪滑翔机对空剖面观通仪的剖切示意图；

图4为本发明实施例所公开的波浪滑翔机对空剖面观通仪的摄像元件监控角度全覆盖的示意图；

图5为本发明实施例所公开的波浪滑翔机对空剖面观通仪的观测通讯单元的运动示意图；

图6为本发明实施例所公开的波浪滑翔机对空剖面观通仪的多台设备交互示意图。

其中，100为观测通讯单元，200为收放单元，300为水面船体，400为水下牵引机，500为脐带缆；

1为天线，2为观通仪壳体，3为观察窗，4为摄像头，5为外设镜头，6为电池包，7为驱动器，8为主轴，9为主动齿轮，10为传动齿轮，11为随动充电线圈，12为紧固元件，13为滑动环槽，14为连接光缆，15为绞盘，16为隔离架，17为滚筒，18为观通仪支架，19为固定充电线圈，20为内齿齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种波浪滑翔机对空剖面观通仪，以解决上述现有技术存在的问题，使观通仪能够升降调整距离以实现全方位观察，同时带动天线升降，增强装置与外部设备的通信能力，在较长距离内实现多台波浪滑翔器的互联互通。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种波浪滑翔机对空剖面观通仪，包括观测通讯单元100和收放单元200，其中，观测通讯单元100包括摄像元件和天线1，摄像元件能够采集周边环境信息，观测通讯单元100能够利用天线1与外部设备通信连接；观测通讯单元100能够上升至空中以采集周边环境信息；观测通讯单元100能够上升至空中以采集周边环境信息；收放单元200与波浪滑翔机相连，收放单元200与观测通讯单元100相连，收放单元200能够改变观测通讯单元100与波浪滑翔机之间的间距。

本发明的波浪滑翔机对空剖面观通仪，包括观测通讯单元100和收放单元200，观测通讯单元100利用摄像元件能够全方位观察周边环境，并利用天线1与外部设备通信连接，且观测通讯单元100能够上升，加之，收放单元200能够改变观测通讯单元100与波浪滑翔机之间的间距，使得观测通讯单元100能够实现升降，观测通讯单元100升降，进一步增强了摄像元件对周边环境的观察效果，同时实现带动天线1升降，有效避免因地球曲率和海面吸收等原因造成的电磁波的传输距离变短，从而在较长距离内实现多台波浪滑翔器的互联互通。本发明的波浪滑翔机对空剖面观通仪，可直接由波浪滑翔机自身携带，观测通讯单元100能够升降，可满足波浪滑翔机类的海洋表面平台在进行声学水下目标探测时排除水面目标干扰的需求，有效的弥补当前波浪滑翔机借助其他空基手段进行水面目标排除的不足。

具体地，观测通讯单元100还包括观通仪壳体2，观通仪壳体2的顶部具有观察窗3，观察窗3由透明材质制成，摄像元件包括摄像头4和外设镜头5，摄像头4设置于观通仪壳体2内并正对观察窗3设置，在确保摄像头4能够进行观察的同时，利用观察窗3保护摄像头4；外设镜头5可滑动地与观通仪壳体2相连，外设镜头5能够绕观通仪壳体2的轴线做圆周运动，观通仪壳体2的轴线平行于竖直方向，外设镜头5与摄像头4相配合，从而全方位观察周边水面环境和船只信息；天线1与观通仪壳体2相连。

其中，观测通讯单元100还包括电池包6、驱动器7和主轴8，主轴8可转动地设置于观通仪壳体2内，驱动器7的输出端与主轴8相连，主轴8利用传动机构与外设镜头5相连，电池包6与驱动器7电连接，驱动器7利用主轴8带动外设镜头5转动，实现全方位观测，电池包6为驱动器7提供了电力来源。在本发明的其他具体实施方式中，还可以将外设镜头5设置为可调结构，以调整外设镜头5的俯仰角度，以进一步摄像元件对周边环境的观察效果。在实际应用中，摄像元件可内置电源，或将摄像元件与电池包6相连，使电池包6作为电力来源。此处还需要解释说明的是，在实际应用中，观测通讯单元100设置控制元件，摄像元件、天线1、驱动器7、电池包6等均与控制元件相连，提高观测通讯单元100的可控程度，方便观测通讯单元100与外部设备的通讯连接，设置控制元件以及控制器等属于本领域技术人员的惯用手段，因此此处不再赘述。

在本具体实施方式中，传动机构包括主动齿轮9、传动齿轮10和内齿齿轮20，主动齿轮9与主轴8相连，主动齿轮9与传动齿轮10相啮合，传动齿轮10以及内齿齿轮20可转动地设置于观通仪壳体2内，传动齿轮10与内齿齿轮20相啮合，内齿齿轮20与观通仪壳体2同轴设置，外设镜头5与内齿齿轮20相连，传动机构采用齿轮传动方式，结构紧凑占用空间小，传动稳定可靠，提高了外设镜头5的运动可靠性。在本发明的其他具体实施方式中，传动机构还可以采用其他传动结构，例如带传动、链条传动等方式。

需要说明的是，观测通讯单元100还包括用于为电池包6充电的随动充电线圈11，随动充电线圈11与电池包6相连，以保证观测通讯单元100的续航能力。

另外，主轴8远离传动机构的一端还设置有紧固元件12，紧固元件12能够固定主轴8、电池包6、随动充电线圈11以及传动机构的位置，避免零部件错位滑动，保证观测通讯单元100的结构强度和稳定性。

为了进一步提高外设镜头5的转动稳定性，观通仪壳体2具有滑动环槽13，外设镜头5可滑动地设置于滑动环槽13内，滑动环槽13为外设镜头5转动提供了导向，保证了外设镜头5的运动精确度，且外设镜头5穿过滑动环槽13与内齿齿轮20相连，在实际应用中，可在滑动环槽13处设置密封元件，避免外部杂质进入观通仪壳体2内。

在本具体实施方式中，外设镜头5的数量为多个，外设镜头5绕观测通讯单元100的轴线周向均布，进一步增强全方位观察效果。

相应地，天线1的数量也设置为多组，天线1绕观测通讯单元100的轴线周向均布向各个方向发射或接收电磁波。在本具体实施方式中，外设镜头5和天线1均设置四组，在实际应用中，还可以根据观测通讯单元100的规格以及观测需要调整外设镜头5和天线1的数量以及分布，以满足不同的工况，提高观测通讯单元100的灵活适应性。

更具体地，观测通讯单元100的内腔中填充有上升介质，上升介质为氢气，使得观测通讯单元100自身具备向上升的能力，加之与收放单元200相配合实现升降。在本发明的其他具体实施方式中，观测通讯单元100可单独设置螺旋桨等机构使其能够上升，还可以采用其他较空气密度小的上升介质。另外，还需要说明的是，观测通讯单元100的内腔可设置单独的、用于容纳上升介质的仓体，或直接将上升介质填充于观通仪壳体2内，使上升介质充满观通仪壳体2内零部件的空隙间，需注意避免上升介质影响损坏零部件，另外，可在滑动环槽13周边设置密封环或密封垫片，避免介质由滑动环槽13处泄漏。

在本具体实施方式中，观测通讯单元100的轴线截面为T形，观测通讯单元100的顶部为圆盘状结构。

更具体地，波浪滑翔机包括水面船体300和水下牵引机400，水面船体300利用脐带缆500与水下牵引机400相连。收放单元200包括连接光缆14和绞盘15，连接光缆14的一端与观测通讯单元100相连，连接光缆14的另一端与波浪滑翔机相连，从而实现观测通讯单元100将采集信息传递至波浪滑翔机，绞盘15利用隔离架16设置于波浪滑翔机的水面船体300上，绞盘15具有滚筒17，且能够使连接光缆14缠绕在滚筒17上，绞盘15利用滚筒17收卷连接光缆14时，使观测通讯单元100下降，当绞盘15放松连接光缆14时，观测通讯单元100在自身上升力作用下升高。

在观测通讯单元100不工作时，收放单元200控制观测通讯单元100下降，为了支撑观测通讯单元100，收放单元200还包括观通仪支架18，观通仪支架18设置于水面船体300上，观通仪支架18为锥筒状结构，绞盘15设置于观通仪支架18的内腔中，观测通讯单元100的一端能够伸入观通仪支架18内，当观测通讯单元100不工作时，收放单元200控制观测通讯单元100下降，直至其下端伸入观通仪支架18内，对观测通讯单元100提供稳定支撑。

另外，观通仪支架18内还设置有固定充电线圈19，用于为观测通讯单元100充电，当观测通讯单元100下降伸入观通仪支架18内时，浮动充电线圈伸入固定充电线圈19内，二者相配合为观测通讯单元100充电，为后续工作做准备。

本发明的波浪滑翔机对空剖面观通仪，观测通讯单元100像风筝一样，通过连接光缆14与波浪滑翔机相连，并利用收放单元200控制连接光缆14的收放卷绕，实现对观测通讯单元100升降的控制。常规数据采集模式下，观测通讯单元100不工作，降落在收放单元200的观通仪支架18的孔内；观测模式下，观测通讯单元100会在自身升力作用下起飞，可对周围同构波浪滑翔器进行数据通信，详见图6，也可进行海洋水面安全观测，监视水面目标异常。波浪滑翔器作为观通仪的运行载体。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种波浪滑翔机对空剖面观通仪，其特征在于，包括：

观测通讯单元，所述观测通讯单元包括摄像元件和天线，所述摄像元件能够采集周边环境信息，所述观测通讯单元能够利用所述天线与外部设备通信连接；所述观测通讯单元能够上升至空中以采集周边环境信息；

收放单元，所述收放单元与波浪滑翔机相连，所述收放单元与所述观测通讯单元相连，所述收放单元能够改变所述观测通讯单元与所述波浪滑翔机之间的间距；

所述观测通讯单元还包括观通仪壳体，所述观通仪壳体的顶部具有观察窗，所述观察窗由透明材质制成，所述摄像元件包括摄像头和外设镜头，所述摄像头设置于所述观通仪壳体内并正对所述观察窗设置；所述外设镜头可滑动地与所述观通仪壳体相连，所述外设镜头能够绕所述观通仪壳体的轴线做圆周运动；所述天线与所述观通仪壳体相连；所述观测通讯单元还包括电池包、驱动器和主轴，所述主轴可转动地设置于所述观通仪壳体内，所述驱动器的输出端与所述主轴相连，所述主轴利用传动机构与所述外设镜头相连，所述电池包与所述驱动器电连接；

所述传动机构包括主动齿轮、传动齿轮和内齿齿轮，所述主动齿轮与所述主轴相连，所述主动齿轮与所述传动齿轮相啮合，所述传动齿轮以及所述内齿齿轮可转动地设置于所述观通仪壳体内，所述传动齿轮与所述内齿齿轮相啮合，所述内齿齿轮与所述观通仪壳体同轴设置，所述外设镜头与所述内齿齿轮相连。

2.根据权利要求1所述的波浪滑翔机对空剖面观通仪，其特征在于：所述观测通讯单元还包括用于为所述电池包充电的随动充电线圈，所述随动充电线圈与所述电池包相连；

所述主轴远离所述传动机构的一端还设置有紧固元件，所述紧固元件能够固定所述主轴、所述电池包、所述随动充电线圈以及所述传动机构的位置。

3.根据权利要求1所述的波浪滑翔机对空剖面观通仪，其特征在于：所述观通仪壳体具有滑动环槽，所述外设镜头可滑动地设置于所述滑动环槽内，且所述外设镜头穿过所述滑动环槽与所述内齿齿轮相连。

4.根据权利要求1所述的波浪滑翔机对空剖面观通仪，其特征在于：所述外设镜头的数量为多个，所述外设镜头绕所述观测通讯单元的轴线周向均布；

所述天线的数量为多组，所述天线绕所述观测通讯单元的轴线周向均布。

5.根据权利要求1-4任一项所述的波浪滑翔机对空剖面观通仪，其特征在于：所述观测通讯单元的内腔中填充有上升介质，所述上升介质为氢气。

6.根据权利要求1-4任一项所述的波浪滑翔机对空剖面观通仪，其特征在于：所述收放单元包括连接光缆和绞盘，所述连接光缆的一端与所述观测通讯单元相连，所述连接光缆的另一端与所述波浪滑翔机相连，所述绞盘设置于所述波浪滑翔机的水面船体上，所述绞盘具有滚筒，且能够使所述连接光缆缠绕在所述滚筒上。

7.根据权利要求6所述的波浪滑翔机对空剖面观通仪，其特征在于：所述收放单元还包括观通仪支架，所述观通仪支架设置于所述水面船体上，所述观通仪支架为锥筒状结构，所述绞盘设置于所述观通仪支架的内腔中，所述观测通讯单元的一端能够伸入所述观通仪支架内；

所述观通仪支架内还设置有固定充电线圈，用于为所述观测通讯单元充电。