[發(fā)明專利]小型水下自主航行觀測平臺觀測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210443621.8
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN102914296A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉頡;梁捷;楊逍;呂九紅;路亞娟;江民;張曉娟
• 申請（專利權(quán)）人: 國家海洋技術(shù)中心
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01C7/00
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 崔立增

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋觀測方法，特別是涉及利用小型水下自主航行觀測平臺的觀測方法。

背景技術(shù)

隨著探索海洋步伐的加快，人們越來越認(rèn)識到占地球75％面積的海洋必將成為人類生存和發(fā)展的新領(lǐng)域，將對人類發(fā)展和社會進(jìn)步起到重要作用。然而由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，至今人們對海洋的認(rèn)識依然非常有限，目前人們獲取海洋數(shù)據(jù)的方法也是有限的。小型水下自主航行觀測平臺技術(shù)是海洋環(huán)境觀測的一種高新技術(shù),是當(dāng)前和今后一段時間內(nèi)國內(nèi)外研究開發(fā)的技術(shù)熱點(diǎn)，是海洋技術(shù)開發(fā)的最前沿與制高點(diǎn)。水下自主航行觀測平臺主要用于無人、大范圍、長時間的水下環(huán)境觀測，以及海洋工程方面的現(xiàn)場接近觀測，觀測的要素包括物理學(xué)參數(shù)、海洋地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)參數(shù)、海洋化學(xué)參數(shù)、海洋生物學(xué)參數(shù)等。

水下自主航行觀測平臺的主要特點(diǎn)是能夠根據(jù)觀測任務(wù)的需要，搭載所需要的觀測儀器和設(shè)備，在設(shè)定的航線上自主航行，獲得的數(shù)據(jù)通過有效的通訊手段（衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)）傳送到用戶。觀測平臺作用距離在幾十到上百公里。

水下自主航行觀測平臺是一個復(fù)雜的無人系統(tǒng)，用以代替人類進(jìn)行海下的復(fù)雜、艱苦的工作，現(xiàn)有的水下自主航行觀測平臺涉及的關(guān)鍵技術(shù)較多，在研發(fā)的過程中主要關(guān)注觀測平臺技術(shù)的本身，觀測平臺的測量方法以及測量數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用考慮較少。

現(xiàn)有水下自主航行觀測平臺主要是在設(shè)定的航線上自主航行，航行姿態(tài)無特殊的要求，在觀測平臺水面水平航行或水中水平航行的過程中利用搭載的儀器和設(shè)備測量海洋數(shù)據(jù)。

但是，現(xiàn)有自主航行觀測平臺的觀測方法不符合海洋觀測規(guī)范的要求，無法獲得特定海區(qū)的溫鹽垂直剖面資料，無法獲得特定海區(qū)的長期和連續(xù)潮、流特征信息。對航行姿態(tài)無特殊的要求，導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，數(shù)據(jù)無法達(dá)到規(guī)范化、實(shí)用化，影響水下自主航行觀測平臺作用的更大發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

針對小型水下自主航行觀測平臺觀測數(shù)據(jù)不符合海洋觀測規(guī)范的要求，測量的數(shù)據(jù)無法達(dá)到規(guī)范化、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較差等問題，本發(fā)明推出適用于水下自主航行觀測平臺的觀測方法，通過梯形剖面測量和坐底連續(xù)測量達(dá)到海洋觀測規(guī)范的要求，實(shí)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的規(guī)范化、實(shí)用化。

本發(fā)明涉及的小型水下自主航行觀測平臺觀測方法的技術(shù)步驟包括梯形剖面測量和坐底連續(xù)測量。梯形剖面測量在設(shè)定的航線上進(jìn)行，包括水面水平航行、下潛航行、水下水平航行、上浮航行測量，在航行過程中利用ADCP（聲學(xué)多普勒剖面儀）測量海流剖面和水深變化，利用CTD（溫深電導(dǎo)率傳感器）測量海水溫度和電導(dǎo)率剖面；坐底連續(xù)測量在設(shè)定的海區(qū)自動下沉到海底進(jìn)行，包括水面水平航行、坐底下沉、坐底觀測和釋放上浮測量，坐底觀測時間72小時，利用ADCP測量海流剖面，利用CTD測量海底處海水溫度和電導(dǎo)率，利用壓力傳感器測量潮位。完成設(shè)置的測量時間后，自動上浮，再以同樣的方式在返回過程中進(jìn)行測量。獲得的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信裝置傳送到甲板單元，甲板單元設(shè)置在釋放觀測平臺的母船上。

1、梯形剖面測量

在設(shè)定的航線上進(jìn)行的梯形剖面測量，包括水面水平航行階段、下潛航行階段、水下水平航行階段、上浮航行階段，在航行過程中利用ADCP測量海流剖面和水深變化，利用CTD測量海水溫度和電導(dǎo)率剖面。觀測平臺的航行體在下潛和上浮時的傾斜角控制在15°以內(nèi)，航行速度不超過2米/秒。ADCP的采樣率為1Hz,剖面層厚為2m；CTD的采樣率為16～24Hz。梯形剖面的多少和跨度可以根據(jù)用戶的需要而自行設(shè)置。

2、坐底連續(xù)測量

在設(shè)定的海區(qū)自動下沉到海底，進(jìn)行坐底連續(xù)測量，包括水面水平航行階段、坐底下沉階段、坐底觀測階段和釋放上浮階段，坐底時間72小時。利用ADCP測量海流剖面，利用CTD測量海底處海水溫度和電導(dǎo)率，利用壓力傳感器測量潮位。海流剖面測量時間間隔設(shè)置為15、30、60分鐘，剖面層厚為2m，最大剖面范圍100m，采樣率最大為1Hz，每次采集時間不小于60s。CTD的測量時間間隔為5分鐘，每次采集時間不小于60s，采樣率為16～24Hz。

本發(fā)明涉及的小型水下自主航行觀測平臺觀測方法，在走航過程中進(jìn)行梯形剖面測量，可以得到沿航跡線上海流和溫鹽深的梯形剖面數(shù)據(jù)和水深變化；在坐底連續(xù)測量中，可以獲得海流剖面、平均水深、海底處溫度、電導(dǎo)率、水位數(shù)據(jù)，根據(jù)這些連續(xù)數(shù)據(jù)可以分析當(dāng)?shù)氐某薄⒘髯兓卣鳌?/p>