一种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器制造技术

本发明专利技术公开了一种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器，主要包括主体结构、坐底机构、柱塞泵及压力传感器、水平位移修正机构、主控/信号处理模块、电能供给及电源管理模块、测量传感器、卫星通信模块、水声通信模块，柱塞泵机构改变油囊体积，调节浮力。航行至海底坐底环配合控制系统稳定坐底，多台滑翔器通过水声通信模块组网进行数据共享和协同控制。本发明专利技术设计可通过船载快速布放，可打捞回收，可进行剖面测量，可在滑翔过程中实现运动轨迹调整，可进行坐底或定点悬浮隐蔽监测，可进行水声通信组网，实现长期、连续和立体监测，可扩展搭载其它传感器，实现功能扩展。

A local autonomous monitoring and profile measuring glider

The present invention discloses a fixed area submerged floating autonomous monitoring and profile measuring glider, which mainly includes main body structure, bottom setting mechanism, plunger pump and pressure sensor, horizontal displacement correction mechanism, main control / signal processing module, power supply and power management module, measurement sensor, satellite communication module and underwater acoustic communication module. The plunger pump mechanism changes the volume of the oil bag and adjusts buoyancy. Navigation to the seabed seabed loop with the control system to stabilize seabed, multiple gliders through underwater acoustic communication module networking for data sharing and cooperative control. The design can be quickly distributed by ship, can be salvaged and recovered, can carry out profile measurement, can realize motion trajectory adjustment in the process of gliding, can carry on the bottom or fixed suspension hidden monitoring, can carry on the underwater acoustic communication network, realize long-term, continuous and three-dimensional monitoring, can spread other sensors and realize function expansion. Exhibition.

【技术实现步骤摘要】
一种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器
本专利技术涉及海洋
，具体涉及一种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器。
技术介绍
海洋环境监测是海洋科学研究与资源开发的基础，对我们认识海洋、监视预报海洋环境、监控海洋交通、了解海洋生物、开发利用海洋资源等具有重要意义；获取特定海域敌方潜艇、水下探测器等目标特征信息，对丰富我军海洋情报信息、实现区域预警系统具有重要意义。目前用于海洋环境监测和海洋情报信息获取的设备主要有浮标/潜标系统、滑翔机、海底固定观测系统、海洋调查船、水下移动平台、水下剖面仪等，但现有设备不能同时兼顾灵活布放使用、数据及时传输、漂流位移修正、多台组网监测等功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器。本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的：这种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器，主要包括主体结构、坐底机构、柱塞泵及压力传感器、水平位移修正机构、主控/信号处理模块、电能供给及电源管理模块、测量传感器、卫星通信模块、水声通信模块，柱塞泵机构改变油囊体积，调节浮力，实现水底、水面垂直往复运动，重心调节系统调整航行姿态调整，自动修正因海流冲击导致的位置偏移，航行过程中可进行海洋背景噪声和温深剖面测量。航行至海底坐底环配合控制系统稳定坐底，坐底后可进行自主探测和目标信息记录，也可根据控制命令，在固定深度附近悬浮工作，探测到敏感信息后可立即浮出水面，通过卫星通信将数据发送至接收站。多台滑翔器通过水声通信模块组网进行数据共享和协同控制，定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器头部安装有天线、水听器、电路板、温度传感器、声学Modem、姿态传感器。所述主体结构由密封腔体、导流罩、侧翼、尾翼组成，主体结构采用硬铝材料加工，外部附体采用PC、碳纤维等透声材料加工，主体结构具有流体力学特性，密封腔体具有深水耐压特性。所述坐底机构由坐底环、高度计、应急释放机构组成，坐底环由硬铝加工，与尾翼配合进行结构支撑，强度和尺寸满足稳定坐底要求。启动坐底功能后，可利用高度计实时测量滑翔器距海底距离，在接近海底时具有减速功能，减小滑翔器与海底的冲击，坐底工作时不会因洋流的冲击而倾倒，坐底环采用环形结构设计，可有效减少泥沙粘附，应急情况下可抛载坐底机构，实现紧急上浮。所述柱塞泵及压力传感器由位移传感器、减速电机及制动器、限位开关、轴承、滚珠丝杠、柱塞缸、柱塞、压力传感器、可变体积油囊组成。通过改变油囊体积进行浮力调节，实现滑翔器在海底、海面的垂直往复运动，柱塞泵采用滚珠丝杠结构和自锁装置，可防止大深度条件下液压油泄露和反冲，实现对浮力调节的精确控制。所述水平位移修正机构由重心调节系统与电池、控制电路、轴向运动电机、径向运动电机、姿态传感器组成，重心调节系统与电池为一体化设计，由两个独立的扇形部分组成。该滑翔器浮出水面时，通过卫星通信模块获取自身位置信息，通过表面漂流距离估算海流信息；水中滑翔过程中通过三维姿态传感器感知滑翔过程中自身运动参数，估算海流信息；对位置信息、海流信息、运动信息等进行综合处理，为位移修正运动算法提供控制参数。水平位移修正机构具备三个自由度，根据参数输入可完成滑翔器俯仰角、横滚角调节，配合偏航角控制算法，实现位移修正。所述主控/信号处理模块，是滑翔器的控制中枢，包括滑翔运动控制、组网通信控制、悬浮/坐底控制、卫星通信控制、应急自救控制，集成剖面测量和自主检测等信号处理算法，采用低功耗硬件和软件设计方法。所述卫星通信模块分为控制部分和天线部分，集成北斗一代定位和短消息通信功能，北斗二代、GPS定位功能，天线部分将北斗收发天线、GPS接收天线进行集成设计，外观为球形，体积不大于300ml，耐受水压不小于2000米。所述水声通信模块采用小体积、高效率溢流环式收发一体换能器，采用非相干处理的跳频频移键控(FH-FSK)通信体制联合纠错码技术，采用分簇式网络拓扑结构，网络被划分为一到多个簇，簇头节点主要负责簇间数据的转发、协调和管理。由于簇头节点可以人为设定或网络自主选举产生，分簇式结构具有很强的抗毁性，同时该网络拓扑结构具有很好的扩充性，网络规模不受限制，可实现多台设备监测数据、控制指令、工作状态、位置信息等共享。本专利技术的有益效果为：1、该设备可通过船载快速布放，工作寿命结束后可打捞回收。2、该设备可在水底、水面往复运动，进行剖面测量，获取海洋环境信息。3、该设备可在滑翔过程中实现运动轨迹调整，实现在固定海域位置附近工作。4、该设备可进行坐底或定点悬浮隐蔽监测，探测到目标后可立即浮出水面告警，可作为区域水下预警系统的一种有效实现手段。5、多台设备可进行水声通信组网，实现长期、连续和立体监测。6、该设备平台可扩展搭载其它传感器，实现功能扩展。附图说明图1是本专利技术的组成示意图。图2是本专利技术的工作原理示意图。图3是本专利技术的周期工作示意图。附图标记说明：天线1、导流罩2、水听器3、电路板4、密封腔体5、重心调节系统与电池6、尾翼7、坐底环8、温度传感器9、声学Modem10、姿态传感器11、侧翼12、柱塞泵及压力传感器13、高度计14、卫星通信1-1、卫星1-2、地面接收站1-3、数据处理中心1-4、悬浮工作1-5、目标1-6、水声通信1-7、坐底工作1-8、表面漂流2-1、下潜测量2-2、坐底2-3、上浮修正与测量2-4。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做详细的介绍：如附图所示，这种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器，主要包括主体结构、坐底机构、柱塞泵及压力传感器13、水平位移修正机构、主控/信号处理模块、电能供给及电源管理模块、测量传感器、卫星通信模块、水声通信模块，柱塞泵机构改变油囊体积，调节浮力，实现水底、水面垂直往复运动，重心调节系统调整航行姿态调整，自动修正因海流冲击导致的位置偏移，航行过程中可进行海洋背景噪声和温深剖面测量。航行至海底坐底环8配合控制系统稳定坐底，坐底后可进行自主探测和目标信息记录，也可根据控制命令，在固定深度附近悬浮工作，探测到敏感信息后可立即浮出水面，通过卫星通信将数据发送至接收站。多台滑翔器通过水声通信模块组网进行数据共享和协同控制，定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器头部安装有天线1、水听器3、电路板4、温度传感器9、声学Modem10、姿态传感器11。所述主体结构由密封腔体5、导流罩2、侧翼12、尾翼7组成，主体结构采用硬铝材料加工，外部附体采用PC、碳纤维等透声材料加工，主体结构具有流体力学特性，密封腔体5具有深水耐压特性。所述坐底机构由坐底环8、高度计14、应急释放机构组成，坐底环8由硬铝加工，与尾翼配合进行结构支撑，强度和尺寸满足稳定坐底要求。启动坐底功能后，可利用高度计14实时测量滑翔器距海底距离，在接近海底时具有减速功能，减小滑翔器与海底的冲击，坐底工作时不会因洋流的冲击而倾倒，坐底环8采用环形结构设计，可有效减少泥沙粘附，应急情况下可抛载坐底机构，实现紧急上浮。所述柱塞泵及压力传感器13由位移传感器、减速电机及制动器、限位开关、轴承、滚珠丝杠、柱塞缸、柱塞、压力传感器、可变体积油囊组成。通过改变油囊体积进行浮力调节，实现滑翔器在海底、海面的垂直往复运动，柱塞泵采用滚珠丝杠结构和自锁装置，可防止大深度条件下液压油泄露和反冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器，其特征在于：主要包括主体结构、坐底机构、柱塞泵及压力传感器(13)、水平位移修正机构、主控/信号处理模块、电能供给及电源管理模块、测量传感器、卫星通信模块、水声通信模块，柱塞泵机构改变油囊体积，重心调节系统调整航行姿态调整，坐底环(8)配合控制系统稳定坐底，多台滑翔器通过水声通信模块组网进行数据共享和协同控制，此定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器头部安装有天线(1)、水听器(3)、电路板(4)、温度传感器(9)、声学Modem(10)、姿态传感器(11)。

【技术特征摘要】
1.一种定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器，其特征在于：主要包括主体结构、坐底机构、柱塞泵及压力传感器(13)、水平位移修正机构、主控/信号处理模块、电能供给及电源管理模块、测量传感器、卫星通信模块、水声通信模块，柱塞泵机构改变油囊体积，重心调节系统调整航行姿态调整，坐底环(8)配合控制系统稳定坐底，多台滑翔器通过水声通信模块组网进行数据共享和协同控制，此定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器头部安装有天线(1)、水听器(3)、电路板(4)、温度传感器(9)、声学Modem(10)、姿态传感器(11)。2.根据权利要求1所述的定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器，其特征在于：所述主体结构由密封腔体(5)、导流罩(2)、侧翼(12)、尾翼(7)组成，主体结构具有流体力学特性，密封腔体(5)具有深水耐压特性。3.根据权利要求1所述的定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器，其特征在于：所述坐底机构由坐底环(8)、高度计(14)、应急释放机构组成，坐底环(8)强度和尺寸满足稳定坐底要求，坐底环(8)采用环形结构设计。4.根据权利要求1所述的定域沉浮自主监测与剖面测量滑翔器，其特征在于：所述柱塞泵及压力传感器(13)由位移传感器、减速电机及制动器、限位开关、轴承、滚珠丝杠、柱塞缸、柱塞、压力传感器、可变体积油囊组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁立超，赵海潮，熊育信，颜世龙，唐照建，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33