[发明专利]一种深海Argo浮标能耗参数灵敏度分析方法

说明书

本发明公开一种深海Argo浮标能耗参数灵敏度分析方法，包括确定深海Argo浮标单剖面工作流程及各子系统运行状态；建立深海Argo浮标在垂直面内的稳态运行模型；建立深海Argo浮标单剖面能耗模型；确定常量参数和非常量参数；确定进行灵敏度分析的参数及分布方式和进行能耗参数灵敏度分析等步骤。本方案通过建立深海Argo浮标的单剖面能耗模型，并基于Sobol’全局灵敏度分析方法计算单剖面能耗参数的一阶灵敏度系数和总灵敏度系数，得到各参数对浮标单剖面能耗的影响程度，为设计人员在前期浮标设计中提高浮标续航能力提供基础和参考，并为后期优化指明方向，对于其他类似欠驱动水下航行器的能耗优化也具有一定的指导意义。

技术领域

本发明属于深海浮标的能耗控制技术领域，具体涉及一种深海Argo浮标能耗参数灵敏度分析方法。

背景技术

Argo浮标是一种可以在海洋中自由漂移，以净浮力为驱动力完成下潜、上浮剖面运动，并基于搭载的传感器采集海水温度、电导率(盐度)和压力等参数的自主水下航行器。Argo浮标具有能耗低，续航能力强，探测范围广，原理简单，噪声低等优点，已成为一种重要的海洋观测平台。

深海Argo浮标将Argo剖面浮标的探测范围扩大到海底，并能准确测量深海区域海水参数的变化。与其他自主水下航行器一样，深海Argo浮标的性能也受到能源问题的制约。Ifremer开发的新型深海Deep-Arvor剖面浮标将当前作业深度延伸至4000米，海上试验的结果表明，浮标可以以每两天为一个剖面周期工作9个月。深海Argo剖面浮标的能量来源于携带的一次性或可充电电池。由于深海Argo浮标的体积和有效搭载能力有限，导致携带的电池数量有限，限制了深海Argo浮标的工作时间，且其工作环境复杂，更换电池或进行充电极为不便，低功耗技术已成为自主水下航行器的研究热点。因此，有必要提出一种深海Argo浮标能耗参数灵敏度分析方法，在深海Argo浮标的设计优化过程中，分析决定浮标单剖面能耗的主要参数，降低浮标剖面运动的功耗，提高深海Argo浮标的续航能力。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的缺陷，提出一种深海Argo浮标能耗参数灵敏度分析方法，基于得到的各参数对浮标单剖面能耗的影响程度，为前期浮标设计中降低浮标能耗、提高浮标续航能力提供基础和参考，并为后期优化指明优化方向。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种深海Argo浮标能耗参数灵敏度分析方法，包括以下步骤：

步骤1、确定深海Argo浮标单剖面工作流程及对应各子系统的运行状态；

步骤2、建立深海Argo浮标在垂直面内的稳态运行模型，即基于动量定理和动力学定律，确定深海Argo浮标在垂直面的平衡方程；

步骤3、建立深海Argo浮标单剖面能耗模型：建立浮力调节系统能耗模型、通讯和定位单元能耗模型以及传感器与主控板的总功耗模型，并将其综合得到浮标单剖面能耗模型；

步骤4、根据所构建的浮标单剖面能耗模型确定常量参数和非常量参数；

步骤5、根据步骤4确定的常量参数和非常量参数确定进行灵敏度分析的参数及分布方式；

步骤6、基于所构建的单剖面能耗模型和所确定的参数进行能耗参数灵敏度分析。

进一步的，所述步骤1中，单剖面工作流程包括数据传输与定位阶段、准备下潜阶段、下潜阶段、准备上浮阶段、上浮阶段以及准备下一个剖面运动阶段；Argo浮标各子系统包括浮力调节系统、通讯和定位单元、主控板、全程开启传感器以及深度控制传感器，各子系统的运行状态包括开启和关闭两种状态：

数据传输与定位阶段：浮力调节系统关闭，通讯和定位单元开启，主控板开启，全程开启传感器关闭，深度控制传感器关闭；

准备下潜阶段：浮力调节系统开启，通讯和定位单元关闭，主控板开启，全程开启传感器开启，深度控制传感器关闭；