[發明專利]基于波浪能推動的自主航行觀測平臺控制系統

有效

• 申請號: 201410252834.1
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN103984348B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 劉頡;楊逍;呂九紅;路亞娟;張華勇;孫秀軍;張選明
• 申請（專利權）人: 國家海洋技術中心
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司12101
• 代理人: 崔立增

技術領域

本發明涉及海洋移動觀測平臺控制系統，特別是涉及基于波浪能推動的自主航行觀測平臺控制系統。

背景技術

隨著探索海洋步伐的加快，人們越來越認識到占地球75％面積的海洋必將成為人類生存和發展的新領域，將對人類發展和社會進步起到重要作用。近年來，海洋移動觀測平臺得到廣泛應用，出現了許多新技術和新產品。基于波浪能推動的自主航行觀測平臺從2005年誕生至今，得到迅猛發展。基于波浪能推動的自主航行觀測平臺是一款新型海洋環境監測平臺，它利用波浪起伏直接轉換為前向推進，采用太陽能為系統能源，通過搭載各種類型科學傳感器，完成長時間全球海洋巡航調查作業。基于波浪能推動的自主航行觀測平臺為人類觀察和了解世界海洋開辟了嶄新的途徑，實現了大尺度、長時序的海洋調查，與傳統的調查方式相比節約了大量人力、物力和財力，而且可實現對惡劣環境和敏感區域的調查。

基于波浪能推動的自主航行觀測平臺發展趨勢朝著實用化、綜合技術體系化方向發展，且功能日益完善。基于波浪能推動的自主航行觀測平臺的最大技術挑戰來自可靠性和自主性。

現有的基于波浪能推動的自主航行觀測平臺控制系統由嵌入式控制器、導航裝置、定位裝置、通信裝置、太陽能發電裝置、調向裝置和測量裝置組成。由于基于波浪能推動的自主航行觀測平臺工作時間長、作業距離遠，海洋環境復雜多變且惡劣，系統的可靠性顯得尤為重要，現有的觀測平臺由單一控制系統組成，觀測平臺任何裝置出現故障都可能無法完成任務，造成無可挽回的損失，這也成為制約現有技術發展的主要因素。

發明內容

針對基于波浪能推動的自主航行觀測平臺工作時間長、距離遠、環境復雜、可靠性要求高等問題，本發明推出一種新的基于波浪能推動的自主航行觀測平臺控制系統，由在線監控裝置、控制系統A、控制系統B和三組獨立的太陽能發電裝置組成。控制系統A和控制系統B分別擁有：嵌入式控制器、導航裝置、定位裝置、通信裝置、調向裝置、平臺內部狀態監測裝置和測量裝置，三組發電裝置分別給在線監控裝置、控制系統A和控制系統B供電。正常情況下，以控制系統A為主工作，完成觀測平臺的導航、定位、通信、傳感器測量工作；控制系統B處于熱備份狀態，控制系統B只有嵌入式控制器、平臺內部狀態監測裝置和測量裝置工作，其它部分不工作，控制系統B將傳感器測量的特征數據和狀態信息通過串口傳送到控制系統A，由控制系統A匯總后發送到岸基監控系統；在線監控裝置監控并協調控制系統A和控制系統B的工作，定時獲取控制系統A和控制系統B的狀態信息，當發現哪個系統工作異常后，可對該系統實施重新上電操作，使系統恢復正常工作；如果控制系統A出現異常且不可恢復，在線監控裝置可以切換主備系統，保障系統工作正常；控制系統定時將觀測平臺的狀態信息傳到岸基監控系統，以便岸上人員進行遠程控制和管理，發現問題及時處理。通過以上措施可提高觀測平臺的可靠性。

基于波浪能推動的自主航行觀測平臺由舟型浮體、水下滑行裝置組成，舟型浮體和水下滑行裝置通過臍帶纜連接，觀測平臺與岸基監控系統通過無線通信裝置通信，觀測平臺可響應岸基監控系統的命令，同時將測量數據的特征值和平臺的狀態信息發送到岸基監控系統。

舟型浮體分為前艙、中艙和后艙。前艙、中艙和后艙分別獨立密封，前艙、中艙和后艙各安裝一組太陽能發電裝置，由三組太陽能發電裝置獨立供電，前艙、中艙和后艙的連線通過水密接插件連接。

舟型浮體前端和后端分別安裝避雷針，防止直擊雷，直擊雷具有電壓高、電流大的特點，其破壞性極大，一般使用避雷針可以達到防雷效果。

舵機安裝在水下滑行裝置的尾部，觀測平臺的控制系統可通過調向裝置調整水下滑行裝置舵機的方向，實現觀測平臺的方向調整。

前艙安裝控制系統A和太陽能發電裝置A。太陽能發電裝置A安裝在前艙表面，控制系統A安裝在前艙艙內上部。太陽能發電裝置A為控制系統A提供電源，在線監控裝置通過電磁繼電器控制工作電源的上電、掉電。控制系統A與在線監控裝置通過水密電纜連接。

中艙安裝在線監控裝置和太陽能發電裝置C。太陽能發電裝置C安裝在中艙表面，在線監控裝置安裝在中艙艙內上部。太陽能發電裝置C為在線監控裝置提供電源。

后艙安裝控制系統B和太陽能發電裝置B。太陽能發電裝置B安裝在后艙表面，控制系統B安裝在后艙艙內上部。太陽能發電裝置B為控制系統B提供電源，在線監控裝置通過電磁繼電器控制工作電源的上電、掉電。控制系統B與在線監控裝置的連線通過水密電纜連接。