[发明专利]空中、水面和水下多栖航行器及其控制方法

说明书

本发明提供了一种空中、水面和水下多栖航行器及其控制方法，可通过岸基或船舶甲板进行飞行式布放和回收，具有空中飞行控制、定位、指定海域水面降落、自主水面巡航、自主水下航行和飞行返航的功能，可搭载两栖光学观测和水下物理化学传感器进行探测。海空多栖航行器将拓展当前自主水下观测系统和无人机在海洋观测采样应用中各自的局限，满足对特定海区同时进行空中、水面和水下的探测需求。

技术领域

本发明涉及海空多栖航行器，具体地，涉及空中、水面和水下多栖航行器及其控制方法。

背景技术

1、海洋移动观测系统研究现状。

目前国际上用于海洋移动观测的系统主要包括Argo，Glider，AUV等。1995年以来，美国先后研制出Slocum、Seaglider和Spray等多种水下滑翔机。此外，日本、法国、加拿大、新加坡等国家都开展了与水下滑翔机相关的研究工作。相对于水下滑翔机，AUV具有更好的机动性能，但是续航时间较短，目前国际上比较具有代表性AUV包括Bluefin，Remus，Hugin等。最近10年，在国家863计划以及其它部门计划的支持下，我国正大力发展Glider和AUV技术研究。目前国内开展水下航行器的研究主要有中国科学院沈阳自动化所、天津大学、西北工业大学、哈尔滨工程大学、浙江大学、中国海洋大学和上海交通大学等单位。基本掌握了Argo、Glider、AUV的核心技术，并开发出相应的产品，在相当大的程度上填补了国内的技术空白。然而各种传统的潜水器等海洋移动观测系统是水下运载平台，其主要功能是实现水下的观测、探测和作业，无法在同一平台上实现空中、水面和水下的探测，有些系统需要复杂的水面支持系统进行吊放和回收。实际上，在海洋科学、工程和军事需求中，要对特定海区同时进行空中、水面和水下的探测，如：边界流、上升流、涡旋、锋面等高时空变率海洋现象的空中观测，赤潮和石油泄漏等事件的水面监测以及水下水体剖面的物理化学参数及目标的探测。

2、海洋无人机应用现状

目前世界海洋大国都已经将无人机作为海洋监管的重要技术手段之一，海洋监测管理工作主要集中在海洋资源环境监测、海域动态监管、海洋维权执法、海洋突发情况应急响应等方面。美国于2002年提出了海岸警备队“深水计划”，通过采购包括各型无人机等各种装备与系统，提高应对海上威胁的能力。目前美国海岸警卫队根据近海和中远海不同监测范围、常规巡查和应急监测等不同应用场景，统一规划了岸基和船基两大类无人机系统，开展海上专属经济区海域空中影像采集、船舶与浮标等监测数据收集、应急条件下无人机进行海上石油平台溢油监测和海上搜救等。除美国外，欧洲海上安全局与欧洲航天局共同利用AR5“生命射线”无人机进行海上监视系统试验。将在大西洋和地中海等不同的场景下验证AR5无人机执行海上搜救、油污监测等任务的能力。

国内863计划在“十五”期间就设立了“无人机海洋遥感监测技术”课题，开展无人机海洋遥感监测领域的研究。近年来随着无人机系统技术能力的提高，以及海洋动态监测领域的现实需求，无人机在我国海洋遥感监测应用中进入了快速发展时期。国家海洋局、海事局、渔业局等海洋职能部门均在着手部署无人机海洋监视监测试点工作，通过引入灵活性和应急监测能力更强的无人机系统作为传统海洋监测手段的有效补充。无人机作为一种新的海洋遥感监测平台，飞行操作相对简单，智能化程度高，可按预定航线自主飞行、摄像，实时提供遥感监测数据和低空视频，成为空间数据获取的重要手段，但同样它的功能也有限，无法对特定海域进行水面和水下的探测和采样。

3、海空两栖潜水器研究现状