[发明专利]基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网

说明书

技术领域

本发明涉及移动海洋观测网技术领域，具体是一种以智能浮标和多台智能潜水器为观测节点，实现“大气-海面-海中-海底”高精度、高效率、立体化海洋调查的基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网。

背景技术

海洋占地球表面70%以上，海洋-大气的物质和能量的交换、洋流的变迁、温盐分布均在全球气候变化中起着重要的调节器作用;海洋申蕴含着海洋油气资源、多金属结核、富钴锰结核、可燃冰资源、热液矿藏等大量矿产资源，具有巨大的经济价值;海底地形、声速变换紧密关系到水下战场环境，关系到国家、人民安全。可见，海洋调查是关系到国家经济发展、社会进步、国防安全的重要工作。

浮标(Buoys)是一种重要的海洋观测手段，具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力，并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。海洋浮标研制于20世纪40-50年代，60年代在海洋调查中开始试使用，70年代中期技术趋于成熟进入实用阶段。浮标根据是否被锚定分为锚定浮标(Moored buoys)和漂流浮标(Drifting buoys)。目前，美国、俄罗斯、加拿大、英国、法国、西德、日本、挪威、荷兰、和澳大利亚等十多个国家研制和使用的锚泊浮标有200多个，漂流浮标1000多个。其中，部分先进的漂流浮标增加了浮力调节单元，实现垂直方向的自动升降采样，被称为自动升降浮标。然而，在水平方向依然没有控制能力，只能随波逐流。

潜水器(Underwater vehicle)是另外一种先进的海洋观测手段，具有水下观察、水下作业和水下航行能力，可代替潜水员执行更深海域的水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务。1554年意大利人塔尔奇利亚发明制造了木质球形潜水器;1717年英国人哈雷设计了第一款有价值的潜水器，用于探寻沉船宝物，但是没有动力的，须由管子和绳索与水面上的母船保持联系;20世纪50年代以后，出现了各种以科学考察为目的的自航深潜器;1960年，美国利用新研制的深潜器首次下潜马里亚纳海沟(下潜深度10916米);1953年，第一艘无人遥控潜水器问世;1980年法国“逆戟鲸”号无人深潜器下潜6000米;1997年日本Kaiko号无人潜水器首次下潜到10911万米深的马里亚纳海沟底部。潜水器已完成多种科学研究及救生、修理、寻找、探查、摄影等工作，如“阿尔文"号曾找到过落入地中海的氢弹和“泰坦尼克"号沉船，墨西哥湾漏油事件的抢险救援中大量使用无人潜水器。然而，由于潜水器航速低，作业效率低、作业成本高、水下定位精度差、定位依赖于母船或专门设置的海底基站，且与水面(或陆地)终端的实时通讯困难。

海洋观测(Ocean Observation)是基于卫星、飞机、调查船、浮标、潜水器、声学设备手段的，水下调查装备的定位精度差、通讯的实时性差一直是主要技术瓶颈，从而导致调查效率低、调查成本高、暂时无法实现对大范围海域时间、空间上的连续、智能观测，这对于我们了解海洋、开发海洋是非常不利的。

发明内容

针对现有技术中存在的浮标在运动控制能力方面的不足以及潜水器在水下定位和通讯方面的困难，提供了一种基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，该移动海洋观测网具备小型水平推进器和浮力调节器的智能浮标(Autonomous Buoy)和具备水平、垂直运动能力的小型智能潜水器(Autonomous Underwater Vehicle)，针对现有海洋观测网络中建立基于多台智能浮标和多台智能潜水器的海洋观测网络，通过节点间通讯提高水下节点定位精度和系统的调查效率。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，包括智能浮标系统、智能潜水器系统以及陆地数据终端系统3，所述智能浮标系统和智能潜水器系统分别通过由定位卫星9和通讯卫星10组成的卫星系统与陆地数据终端系统3相连接，其中，智能浮标系统用于完成海面至浅海域的自治升沉调查，智能潜水器系统用于完成海面至海底的自治潜航调查。

所述智能浮标系统包括若干个智能浮标1，其中，每一个智能浮标1均包括：浮标卫星定位天线11、浮标卫星通讯天线12、浮标无线通讯天线13、浮标天线安装支架14、浮标本体15、浮标水密接插件16、浮标电子舱17、浮标推进器系统18、浮标第一通讯换能器19、浮标第一定位换能器20、浮标换能器安装支架21、浮标用户传感器以及浮标控制系统;其中：

所述浮标本体15为圆形球体，其内部设有存储空间，方便上浮下沉及水平运动，浮标本体材料需采用耐腐耐碰撞的金属材料;