[发明专利]一种Argo浮标及基于Argo浮标的海洋声学及环境参数协同观测方法

说明书

本发明涉及一种Argo浮标及基于Argo浮标的海洋声学及环境参数协同观测方法，属于海洋观测技术领域。本发明的Argo浮标包括液压蓄能器、声学接收器和声学发射器。在本发明中，Argo浮标集成了液压蓄能器、声学换能器，能够通过调节自身浮力控制所处水深位置，当两个及以上Argo浮标在不同位置悬停时，利用Argo浮标自身搭载的声学换能器进行相互之间的水声信号传输，实现不同海洋剖面水深位置的声学测量；利用两个Argo浮标的先探与跟随动作过程，规划海洋环境参数跃层区域内Argo浮标的运动轨迹，实现海洋环境参数跃层区域内的精细化观测，从而提高Argo浮标的数据测量质量和综合测量能力。

技术领域

本发明涉及一种Argo浮标及基于Argo浮标的海洋声学及环境参数协同观测方法，属于海洋观测技术领域。

背景技术

海洋中蕴含人类生存发展所需的各类资源，包括丰富的矿物、油气和海洋生物等。为满足探索不同深度海洋环境状况和动态监测海洋剖面参数的需求，海洋剖面浮标(即Argo浮标)应运而生。Argo浮标是一种可以自主实现上浮下潜运动并同时完成准实时数据监测与传输的海洋观测平台，它能够在预先设定深度的海洋水体之间进行上浮下潜运动，利用所携带的各类传感器监测并记录海洋剖面参数。当Argo浮标运行至海面时，通过卫星系统进行自身定位和海洋剖面数据传输。

目前，基于Argo浮标的海洋剖面参数观测技术主要聚焦于海洋剖面温度、盐度、深度等环境参数以及声速参数观测。中国专利文件CN109436208A公布了一种海洋剖面浮标，不仅具有浮力自适应调节、水下长时间工作的优点，而且还能够对海洋的环境参数和洋流流速进行测量，实现海水跃层参数和流速的准实时观测；中国专利文件CN109319052A公布了一种油囊式Argo浮标浮力精确控制方法及其实验装置，能够控制浮标在下潜和上浮的过程中保持匀速运动，从而保持相对稳定的垂直方向运动，使Argo浮标搭载的传感器有效捕捉海洋剖面参数，避免重要数据丢失。

声学换能器是能够将声能和电能进行相互转换的器件，是在海水中发射和接收声波的声学元件，其中，将声能转换为电能的换能器称为声学接收器或水听器，将电能转换为声能的换能器称为声学发射器。声学换能器是成熟的元件，如中国专利文件CN103400574A公布了一种收发共用型宽带拼镶圆环换能器及其制备方法，该种换能器具有电声转换效率高、收发性能优异等优点。

目前在位运行的Argo浮标大多采用独立观测模式，不具有水下交互式通信功能，且在现有公布的专利和文献中，尚未检索到针对两个及以上Argo浮标协同作业观测方法的研究，也少有关于水下声学探测Argo浮标的研究，使得Argo浮标的数据观测质量和应用领域受到限制，无法满足当前海洋声学及环境参数的观测需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种Argo浮标及基于Argo浮标的海洋声学及环境参数协同观测方法，Argo浮标中集成了液压蓄能器、声学换能器，能够通过调节自身浮力控制所处水深位置。当两个及以上Argo浮标在不同位置悬停时，利用Argo浮标自身搭载的声学换能器进行相互之间的水声信号传输，实现不同海洋剖面水深位置的声学测量；利用两个Argo浮标的先探与跟随动作过程，规划海洋环境参数跃层区域内Argo浮标的运动轨迹，实现海洋环境参数跃层区域内的精细化观测，从而提高Argo浮标的数据测量质量和综合测量能力。

本发明采用以下技术方案：

一种Argo浮标，包括耐压壳体，耐压壳体用于承受外部水压，保证Argo浮标内部零件与海水隔离，耐压壳体外部上方固定有通讯天线，用于与卫星传输数据，并通过卫星获得定位信息；耐压壳体外部还设置有浮力油囊和温盐深仪，温盐深仪用于采集海洋水体的温度、盐度和深度环境参数信息；所述耐压壳体内部设置有控制模块、储油油囊、液压浮力调节装置和电池，控制模块用于向液压浮力调节装置、声学发射器发送控制信号，并处理温盐深仪、声学接收器反馈的监测信息，液压浮力调节装置用于调节浮力油囊和储油油囊内部的液压油体积，从而改变Argo浮标的排水体积，调整Argo浮标的净浮力，实现Argo浮标的上浮下潜，电池用于为Argo浮标供电；