[发明专利]一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及深水机器人技术领域，尤其涉及一种利用AUV（Autonomous Underwater Vehicle，自主水下机器人）自主检测海洋水文参数跃变层特征的装置和方法。

背景技术

AUV在水下自主航行执行作业任务，往往需要自行获知作业海域的声速、温度、电导率、盐度等水文参数跃变层特征。目前，AUV只能测量所在深度的水文参数，不能自主检测水文参数特征。传统方法是操作人员使用绞车、绳索等工具将温盐深测量仪系住，尾部加挂一个重物（石块或铁块），将温盐深测量仪从水面逐渐往水下吊放，直到操作人员感觉到重物达到海底，将温盐深测量仪向上收起；收回温盐深测量仪后，操作人员利用计算机下载温盐深测量仪记录的声速、温度、盐度、深度测量数据，采用目测或常规分析算法获得水文参数跃变层的数目及跃变层深度边界。这种数据后处理方法完全依靠人工操作完成，并且数据后处理方法具有很大的时间滞后性，不适用于AUV自主检测跃变层特征的需求。

发明内容

为了克服传统方法的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置与方法，实现AUV对海洋声速、温度、盐度跃变层的自主检测功能。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置，包括：

水文参数测量仪，探头安装于AUV壳体外部，连接控制计算机，用于实时测量AUV所处位置的水文数据；

供电控制开关，接收控制计算机送来的供电控制信号，连接水文参数测量仪的电源，用于控制水文参数测量仪的通断；

控制计算机，安装于AUV壳体内部，与水文参数测量仪通过数据通信线缆相连，通过该线缆实时采集和记录水文参数测量仪输出的测量数据，用于自动计算海水水文参数跃变层深度范围。

所述水文参数测量仪为温盐深测量仪，用于实时测量AUV所处位置的盐度、电导率、温度、深度、压强和声速。

所述水文参数测量仪为声速测量仪，用于实时测量AUV所处位置的声速、深度和压强。

所述水文参数测量仪的数据测量周期在0.01秒至2秒之间。

所述控制计算机按固定周期采集数据，周期在0.2秒～2秒之间。

一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的方法，包括以下步骤：

在AUV即将执行自动检测海洋水文参数跃变层特征任务时，控制计算机向供电控制开关发送水文参数测量仪通电信号；

水文参数测量仪开始工作后，AUV下潜，直到预定的最大深度，在AUV下潜过程中，控制计算机实时采集并记录水文参数测量仪输出的水文参数测量数据；

当AUV达到最大深度时，控制计算机向供电控制开关发送水文参数测量仪断电信号，水文参数测量仪停止工作；同时，控制计算机在记录的水文参数测量数据尾部标出测量结束标志；

控制计算机根据记录的水文参数测量数据，计算水文参数跃变层特征，输出计算结果。跃变层存在与否、跃变层数量、各个跃变层深度边界和跃变层厚度，

所述计算水文参数跃变层特征的计算方法包括以下三个步骤：

（1）判定有无跃变层：通过求取最大梯度值，并与垂直梯度法中的固定阈值比较，如果最大梯度值大于固定阈值，则存在跃层。

（2）检测跃变层分布：通过平均梯度值法检测跃变层分布。

（3）进行跃变层的剔除与合并。

所述步骤（1）具体为：

如果G_max>=Thr，则存在跃变层；否则，不存在；其中Thr=0.1，G_max通过以下方法求得