[发明专利]水下智能浮动观测装置及其控制系统

说明书

本发明提供了一种水下智能浮动观测装置，包括罩舱机构、调节机构、控制观测机构；所述调节机构、控制观测机构均设置在罩舱机构内；通过调节机构能够驱使罩舱机构实现上浮、下潜、纵向剖面潜入、横向剖面滑行中的任一种或任多种动作。本发明提供的水下智能浮动观测装置，还包括机翼组件(6)；所述机翼组件(6)包括机翼伸缩机构(601)、水平机翼(602)；所述罩舱机构，包括耐压舱(19)；所述耐压舱(19)侧部设置有水平机翼容纳槽；本发明要解决的问题是针对当前海洋观测装备工作时间短、工作范围狭窄，无法长期、连续按照预定轨迹进行航行精细观测这一技术难点，提供了一种水下智能浮动观测装置及对应的控制系统。

技术领域

本发明涉及一种海洋观测仪器，具体地，涉及一种水下智能浮动观测装置及其控制系统。

背景技术

深海大洋是地球气候系统的重要调节器，但也是目前认识极为有限的气候系统组分。深海大洋拥有巨大的资源与能源，其不同时间尺度的变化对整个地球生态环境、气候有着深远的影响。

1)深海大洋吸收了整个气候系统超过90％的热量盈余以及人类活动排放的CO₂，因此，深海大洋在地球气候系统中扮演着碳汇与热汇的双重角色，这从根本上减少了进入地球系统的净辐射，从而减缓了全球变暖的速率。

2)另一方面，深海大洋对热量与CO₂的吸收，导致了海洋物理、生物地球化学环境以及生态系统的巨大变化，包括极端气候事件的频繁发生、海平面上升、海洋酸化、海洋缺氧以及海洋生物资源、海底天然气水合物资源变化等。

因此，揭示深海大洋物理-生物地球化学-生态系统过程变化以及相互作用机制，认识全球变暖对深海大洋环境影响的时空分布特征及机理，对于预测深海大洋环境及气候变化，把握深海大洋资源变动具有重大的科学意义。为满足对深海大洋长期连续的、高时空覆盖率的多学科综合观测，实现深海大洋变化的“透明性”，各类海洋移动观测平台或观测类智能浮动观测装置应用而生。

目前应用于海洋移动观测平台的技术主要包括：ROV、AUV、Glider、Argo浮标等。

ROV通过脐带缆与水面上的上位机控制台相连，通过大功率矢量推进器实现机器人的下潜上浮和前后左右全方位精准移动。机器人可挂载水下相机和各类传感器，传感器采集的数据和视频等信息可通过脐带缆传送至控制台，从而实现水下机器人的实时监控、对工作的周围环境的观测。另外还可通过搭载的水下作业设备，如机械手、采样设备等实现对水下目标的对靶精确作业。当然，整个观测和作业过程都需要人工进行操作或干预。

AUV是新一代水下机器人，通过自带的浮力驱动系统或者推进器动力推进实现下潜上浮，并且通过推进系统实现精确自主航行，在航行过程中可实现对海洋环境参数的采集。由于其外挂推进器，因此其工作时观测的机动性较高；且其控制依靠微处理器，配合各类导航模块及传感器，可实现全自主航行，因此成为完成各种水下任务的重要工具。另外，AUV具有活动范围不受电缆限制，隐蔽性好等特点，因此其应用范围较广。例如，民用领域，可用于铺设管线、海底考察、数据收集等；军用领域则可用于侦察、布雷、扫雷、援潜和救生等。由于无缆水下机器人等优点，所以从60年代中期起，工业界和军方开始对无缆水下机器人发生兴趣。

Underwater Glider内部有浮力驱动系统和姿态调整系统，通过浮力驱动系统实现对滑翔机的浮力调整，从而实现滑翔机的下潜和上浮运动。配合姿态调整系统，通过改变整体重心的前后位置实现对滑翔机俯仰角的调节，从而实现滑翔机水下锯齿形剖面运动路线。由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，因此具有效率高、续航力大(可达上千公里)的特点。虽然水下滑翔机的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围和低噪声海洋探索的需要。