【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋探测，尤其涉及一种用于获取海流剖面的水下滑翔机及数据处理方法。
技术介绍
1、海流是海水的一种常见运动形式，指的是海水大规模且相对稳定的流动。海水在空间中进行三维运动，既有水平方向上的运动，也有垂直方向上的运动。海流对全球气候变化、海洋工程、设施破坏、海岸侵蚀以及生物迁徙等方面都具有重要影响。
2、随着水下滑翔机技术的发展和成熟，水下滑翔机作为一种新型传感器搭载平台，已广泛应用于海洋现场观测、环境保护和科学研究中。水下滑翔机通过改变净浮力和调节姿态角来产生推进力，依靠一对固定机翼进行运动。其能源消耗极小，可以在海洋中进行锯齿形剖面运动，具有低功耗、长续航的工作特点。
3、水下滑翔机通过集成流速传感器能够获取海流信息，但这些信息是相对于滑翔机平台的相对速度，并非海流的绝对速度。如何基于水下滑翔机的运动信息和流速剖面观测数据，获取精准的绝对剖面流速，是一个有待深入研究的科学问题。
4、因此，设计和研发用于获取精准海流剖面的水下滑翔机及其数据处理方法，以获取高分辨率、广覆盖域和多参数化的海洋流场数据，对于推动海洋科学研究和获取海洋数据具有深远的意义。目前，这一领域还缺乏相应的解决方案，因此亟需补充相关技术。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种旨在解决现有技术中无法通过水下滑翔机精确获取海流绝对剖面流速的问题的用于获取海流剖面的水下滑翔机及数据处理方法。
2、本专利技术是这样实现的，一种用于海流剖
3、在上述技术方案中，优选的，所述流速剖面获取单元包括前导流罩和副导流罩，所述多普勒流速剖面仪、海流计和温盐深传感器安装于所述前导流罩中。
4、在上述技术方案中，优选的，包括主连接架，所述主连接架固定于耐压单元的前部；所述声学多普勒流速剖面仪通过声学多普勒流速剖面仪压紧板和声学多普勒流速剖面仪连接架安装于主连接架；所述的温盐深传感器通过温盐深传感器固定架和温盐深传感器连接架安装于主连接架；所述海流计通过海流计固定架、海流计连接架安装于主连接架；主连接架通过温盐深传感器泵固定架、温盐深传感器泵连接架安装温盐深传感器泵。
5、本专利技术的水下滑翔机在头部集成了流速剖面获取单元，该单元包含声学多普勒流速剖面仪、海流计和温盐深传感器，可以进行长时间、大范围的流速剖面获取。这一集成设计使水下滑翔机能够全面、持续地收集海洋环境参数。通过集成流速传感器，滑翔机可以获取海流信息，但传统方法只能测得相对于滑翔机平台的相对速度，无法获取海流的绝对速度。本专利技术通过结合滑翔机的运动信息与流速剖面观测数据，实现了精准的海流剖面获取，解决了现有技术中的这一问题。另外具有以下的具体优点和效果包括：
6、1、多参数集成：集成了声学多普勒流速剖面仪、海流计和温盐深传感器，能够获取多种关键海洋参数，实现全面的环境监测。
7、2、长时序、大范围观测：具备长时间续航能力，能够在广泛海域内进行持续观测，获取长时序、大范围的流速剖面数据。
8、3、低功耗设计：通过改变净浮力和调节姿态角来产生推进力，能源消耗极小，使其适合长时间的海洋观测任务。
9、4、高分辨率数据获取：通过先进的传感器和数据处理技术，能够获取高分辨率的流速剖面数据，提供详细的海流信息。
10、5、绝对速度获取：解决了传统技术只能获取相对速度的局限，通过综合分析滑翔机运动信息与流速剖面观测数据，实现了海流绝对速度的精准测量。
11、6、推动海洋科学研究：能够提供高质量的海洋流场数据，对气候研究、海洋工程、环境保护等领域具有重要意义，推动了海洋科学研究的发展。
12、7、广泛应用：适用于海洋现场观测、环境监测和科学研究等多个领域，扩展了水下滑翔机的应用范围。
13、8、可靠性与精度：本专利技术提高了流速数据的精度和可靠性，减少了测量误差，为科学研究和工程应用提供了更加准确的数据支持。
14、总体而言，本专利技术的水下滑翔机通过其集成的先进传感器和创新的数据处理方法，实现了对海流剖面的高效、精准获取，具有低功耗、长续航、多参数化等显著优点，极大地推动了海洋科学研究和数据获取的能力。
15、本专利技术的第二目的，提出用于获取海流剖面的水下滑翔机的数据处理方法，包括以下的步骤：
16、对所述流速剖面获取单元的原始数据进行预处理并得到处理后数据；在所述流速剖面获取单元进行绝对流速剖面获取的过程中，依据水下滑翔机的运动轨迹及其所处外部环境构建误差模型；将误差模型、外部环境因素以及水下滑翔机自身特性作为额外约束加入反演矩阵；通过自适应权重调整策略，动态调整各个额外约束对应的影响因子的权重，优化误差模型；将处理后数据及优化后的误差模型的参数带入反演算法，进行精准海流剖面获取。
17、在上述技术方案中，优选的，所述的预处理包括对原始数据的粗差判别、阈值筛选以及数据平滑；所述阈值筛选包括速度筛选、回波强度筛选以及相关性筛选；数据平滑采用滑动滤波器减少原始数据中的随机波动和噪声。
18、在上述技术方案中，优选的，所述误差模型包括数学模型误差及系统误差，系统误差包括姿态误差、流速计算误差以及声速计算误差。
19、在上述技术方案中，优选的，所述的反演矩阵的额外约束包括深度平均流约束、姿态误差校正约束、声速误差约束、数据平滑约束以及水下滑翔机轴向速度约束，其中每一项额外约束具有对应的影响因子并具有特定权重。
20、在上述技术方案中，优选的，所述的自适应权重调整策略包括初始化权重、迭代优化、终止迭代判断和最优化影响因子权重的输出，其中迭代优化方法采用粒子群优化算法。
21、在上述技术方案中，优选的，所述的反演算法的输入值为处理后数据、反演矩阵的额外约束、优化后的影响因子权重。
22、本专利技术的绝对流速反演方法通过综合考虑可能的误差来源，进行详细的理论分析和误差处理，显著提高了海流绝对流速的测量精度。以下是本方法的所有优点和效果：
23、1、全面误差分析：本专利技术对绝对流速反演方法中的可能误差来源进行了全面的理论分析。详细讨论了模型误差中存在的过多约束和参数不足时的影响，并提出了规避这些误差的方法。
24、2、系统误差定量分析：通过误差传递公式，对系统误差中的姿态误差、流量误差和声速误差的来源和特性进行了定量分析。这样能够更精确地了解各类误差对反演结果的影响，有助于提高数据的准确性。
25、3、误差模型与外部环境因素结合：将误差模型、外部环境因素和水下滑翔机的轴向速度作为额外约束的一部分，加入反演矩阵中。这种方法减少了反演算法过程中的误差因素，使求解过程更加受控，从而提高了反演结果的精度。
26、4、自适应权重调整策略：提出了自适应权重调整策略，根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于海流剖面获取的水下滑翔机，包括耐压单元、尾部单元和流速剖面获取单元，其特征在于：所述流速剖面获取单元包括声学多普勒流速剖面仪、海流计和温盐深传感器。
2.根据权利要求1所述的用于海流剖面获取的水下滑翔机，其特征在于：所述流速剖面获取单元包括前导流罩和副导流罩，所述多普勒流速剖面仪、海流计和温盐深传感器安装于所述前导流罩中。
3.根据权利要求2所述的用于海流剖面获取的水下滑翔机，其特征在于：包括主连接架，所述主连接架固定于耐压单元的前部；所述声学多普勒流速剖面仪通过声学多普勒流速剖面仪压紧板和声学多普勒流速剖面仪连接架安装于主连接架；所述的温盐深传感器通过温盐深传感器固定架和温盐深传感器连接架安装于主连接架；所述海流计通过海流计固定架、海流计连接架安装于主连接架；主连接架通过温盐深传感器泵固定架、温盐深传感器泵连接架安装温盐深传感器泵。
4.一种用于获取海流剖面的权利要求1-3任意所述的水下滑翔机的数据处理方法，包括以下的步骤：
5.根据权利要求4所述的用于获取海流剖面的水下滑翔机的数据处理方法，其特征在于：所述的预处理包
6.根据权利要求4所述的用于获取海流剖面的水下滑翔机的数据处理方法，其特征在于：所述误差模型包括数学模型误差及系统误差，系统误差包括姿态误差、流速计算误差以及声速计算误差。
7.根据权利要求4所述的用于获取海流剖面的水下滑翔机的数据处理方法，其特征在于：所述的反演矩阵的额外约束包括深度平均流约束、姿态误差校正约束、声速误差约束、数据平滑约束以及水下滑翔机轴向速度约束，其中每一项额外约束具有对应的影响因子并具有特定权重。
8.根据权利要求4所述的用于获取海流剖面的水下滑翔机的数据处理方法，其特征在于：所述的自适应权重调整策略包括初始化权重、迭代优化、终止迭代判断和最优化影响因子权重的输出，其中迭代优化方法采用粒子群优化算法。
9.根据权利要求4所述的用于获取海流剖面的水下滑翔机的数据处理方法，其特征在于：所述的反演算法的输入值为处理后数据、反演矩阵的额外约束、优化后的影响因子权重。
...【技术特征摘要】
1.一种用于海流剖面获取的水下滑翔机，包括耐压单元、尾部单元和流速剖面获取单元，其特征在于：所述流速剖面获取单元包括声学多普勒流速剖面仪、海流计和温盐深传感器。
2.根据权利要求1所述的用于海流剖面获取的水下滑翔机，其特征在于：所述流速剖面获取单元包括前导流罩和副导流罩，所述多普勒流速剖面仪、海流计和温盐深传感器安装于所述前导流罩中。
3.根据权利要求2所述的用于海流剖面获取的水下滑翔机，其特征在于：包括主连接架，所述主连接架固定于耐压单元的前部；所述声学多普勒流速剖面仪通过声学多普勒流速剖面仪压紧板和声学多普勒流速剖面仪连接架安装于主连接架；所述的温盐深传感器通过温盐深传感器固定架和温盐深传感器连接架安装于主连接架；所述海流计通过海流计固定架、海流计连接架安装于主连接架；主连接架通过温盐深传感器泵固定架、温盐深传感器泵连接架安装温盐深传感器泵。
4.一种用于获取海流剖面的权利要求1-3任意所述的水下滑翔机的数据处理方法，包括以下的步骤：
5.根据权利要求4所述的用于获取海流剖面的水下滑翔机的数据处理方法，其特征在于：所述的预处理包...
【专利技术属性】
技术研发人员：马伟，陈昊东，王延辉，牛文栋，王鹏，孙通帅，杨明，杨绍琼，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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