[發明專利]基于智能浮標和智能潛水器的移動海洋觀測網

有效

• 申請號: 201310217230.9
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103310610B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 付斌;金莉萍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;B63B22/24;B63C11/52
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及移動海洋觀測網技術領域，具體是一種以智能浮標和多臺智能潛水器為觀測節點，實現“大氣-海面-海中-海底”高精度、高效率、立體化海洋調查的基于智能浮標和智能潛水器的移動海洋觀測網。

背景技術

海洋占地球表面70%以上，海洋-大氣的物質和能量的交換、洋流的變遷、溫鹽分布均在全球氣候變化中起著重要的調節器作用;海洋申蘊含著海洋油氣資源、多金屬結核、富鈷錳結核、可燃冰資源、熱液礦藏等大量礦產資源，具有巨大的經濟價值;海底地形、聲速變換緊密關系到水下戰場環境，關系到國家、人民安全。可見，海洋調查是關系到國家經濟發展、社會進步、國防安全的重要工作。

浮標(Buoys)是一種重要的海洋觀測手段，具有全天候、全天時穩定可靠的收集海洋環境資料的能力，并能實現數據的自動采集、自動標示和自動發送。海洋浮標研制于20世紀40-50年代，60年代在海洋調查中開始試使用，70年代中期技術趨于成熟進入實用階段。浮標根據是否被錨定分為錨定浮標(Moored buoys)和漂流浮標(Drifting buoys)。目前，美國、俄羅斯、加拿大、英國、法國、西德、日本、挪威、荷蘭、和澳大利亞等十多個國家研制和使用的錨泊浮標有200多個，漂流浮標1000多個。其中，部分先進的漂流浮標增加了浮力調節單元，實現垂直方向的自動升降采樣，被稱為自動升降浮標。然而，在水平方向依然沒有控制能力，只能隨波逐流。

潛水器(Underwater vehicle)是另外一種先進的海洋觀測手段，具有水下觀察、水下作業和水下航行能力，可代替潛水員執行更深海域的水下考察、海底勘探、海底開發和打撈、救生等任務。1554年意大利人塔爾奇利亞發明制造了木質球形潛水器;1717年英國人哈雷設計了第一款有價值的潛水器，用于探尋沉船寶物，但是沒有動力的，須由管子和繩索與水面上的母船保持聯系;20世紀50年代以后，出現了各種以科學考察為目的的自航深潛器;1960年，美國利用新研制的深潛器首次下潛馬里亞納海溝(下潛深度10916米);1953年，第一艘無人遙控潛水器問世;1980年法國“逆戟鯨”號無人深潛器下潛6000米;1997年日本Kaiko號無人潛水器首次下潛到10911萬米深的馬里亞納海溝底部。潛水器已完成多種科學研究及救生、修理、尋找、探查、攝影等工作，如“阿爾文"號曾找到過落入地中海的氫彈和“泰坦尼克"號沉船，墨西哥灣漏油事件的搶險救援中大量使用無人潛水器。然而，由于潛水器航速低，作業效率低、作業成本高、水下定位精度差、定位依賴于母船或專門設置的海底基站，且與水面(或陸地)終端的實時通訊困難。

海洋觀測(Ocean Observation)是基于衛星、飛機、調查船、浮標、潛水器、聲學設備手段的，水下調查裝備的定位精度差、通訊的實時性差一直是主要技術瓶頸，從而導致調查效率低、調查成本高、暫時無法實現對大范圍海域時間、空間上的連續、智能觀測，這對于我們了解海洋、開發海洋是非常不利的。

發明內容

針對現有技術中存在的浮標在運動控制能力方面的不足以及潛水器在水下定位和通訊方面的困難，提供了一種基于智能浮標和智能潛水器的移動海洋觀測網，該移動海洋觀測網具備小型水平推進器和浮力調節器的智能浮標(Autonomous Buoy)和具備水平、垂直運動能力的小型智能潛水器(Autonomous Underwater Vehicle)，針對現有海洋觀測網絡中建立基于多臺智能浮標和多臺智能潛水器的海洋觀測網絡，通過節點間通訊提高水下節點定位精度和系統的調查效率。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種基于智能浮標和智能潛水器的移動海洋觀測網，包括智能浮標系統、智能潛水器系統以及陸地數據終端系統3，所述智能浮標系統和智能潛水器系統分別通過由定位衛星9和通訊衛星10組成的衛星系統與陸地數據終端系統3相連接，其中，智能浮標系統用于完成海面至淺海域的自治升沉調查，智能潛水器系統用于完成海面至海底的自治潛航調查。

所述智能浮標系統包括若干個智能浮標1，其中，每一個智能浮標1均包括：浮標衛星定位天線11、浮標衛星通訊天線12、浮標無線通訊天線13、浮標天線安裝支架14、浮標本體15、浮標水密接插件16、浮標電子艙17、浮標推進器系統18、浮標第一通訊換能器19、浮標第一定位換能器20、浮標換能器安裝支架21、浮標用戶傳感器以及浮標控制系統;其中：

所述浮標本體15為圓形球體，其內部設有存儲空間，方便上浮下沉及水平運動，浮標本體材料需采用耐腐耐碰撞的金屬材料;