[实用新型]一种浅海区海底高精度重力测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种浅海区海底高精度重力测量系统，具体涉及0～200m水深海底高精度重力测量系统，属于重力测量领域。

背景技术

目前，浅海区海底高精度重力测量系统仅利用GPS进行水上平面定位，未能进行水下平面定位，重力仪在水中由于受海流冲击会发生偏移，水深越深，偏移越大，定位精度越差。本单位曾公开了中国专利文件“一种超浅海域海底高精度重力测量系统，申请号201620485470.6”，提供了一种超浅海域海底高精度重力测量系统，但该方案仅适用于50米以内的超浅海域高精度重力勘探，当水深超过50米时，其定位精度不能满足重力规范不大于±10米的精度要求。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种浅海区海底高精度重力测量系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种浅海区海底高精度重力测量系统，包括工作船、海底重力仪系统和导航系统；

海底重力仪系统包括船上操控系统、重力仪，船上操控系统位于工作船上，船上操控系统通过通讯电缆与重力仪连接；重力仪在工作时沉入海底；

导航系统包括GPS系统、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统，GPS系统的定位精度较差，所以GPS系统用于对工作船进行行驶导航，将浅海重力测点理论平面坐标输入到GPS系统中后，引导工作船到达重力测量点位；星站卫星差分系统的定位精度高，但导航功能差，星站卫星差分系统用于进行水上三维定位，超短基线声学定位系统用于进行水下三维定位；

工作船上设有供电装置和绞车，供电装置通过供电电缆与船上操控系统、绞车、星站卫星差分系统和超短基线声学定位系统连接。

根据本实用新型优选的，超短基线声学定位系统包括光纤惯性导航系统、声学换能器和声学应答器，光纤惯性导航系统、声学换能器位于工作船上，声学应答器位于重力仪上。

进一步优选的，声学换能器位于工作船船头底部。以缩短与重力仪的距离，实现重力仪与超短基线声学定位系统联为一体。

进一步优选的，光纤惯性导航系统通过通讯电缆与星站卫星差分系统、声学换能器连接。

进一步优选的，声学应答器位于重力仪上方的中心轴线上。增加水下三维定位的精确度。

声学换能器发射声波信号至声学应答器，声学应答器接在收到讯问信号后，发射区别于讯问信号的响应信号回到声学换能器，响应信号经由通讯电缆经数据采集处理，依据测量声学应答器的距离和方位，解算出声学应答器相对于船载声学换能器三维空间海底位置的坐标，最后通过相对位置和声学换能器的GPS坐标换算出声学应答器的大地坐标，以达到实时定位的目的。使用星站卫星差分系统进行水上三维定位，并结合超短基线声学定位系统进行海底重力测点三维定位，定位精度可满足高精度重力测量规范要求。

根据本实用新型优选的，重力仪包括调平装置、密封仓、配重框架，配重框架置于重力仪外侧，船上操控系统通过通讯电缆与调平装置、密封仓连接。

海底重力仪必须在水平状态下才能正确测量读数，重力仪沉入海底后需先进行调平工作。重力仪内置调平装置，可在坡度小于25°的倾斜状态下对重力仪进行调平操作，保证重力仪处在水平状态下读数。海底重力仪调平装置主要由垂直相交的X、Y两个方向伺服电机组成，工作时，X方向伺服电机先将重力仪调至X方向水平状态，然后Y方向伺服电机将重力仪调至Y方向水平状态，调平装置将重力仪调平至±20弧秒内，从而保证重力仪总体达到水平状态。

密封仓的作用主要有2方面：⑴.隔绝海水对重力仪电子元件及电路的浸泡；⑵.克服海水流动对重力仪灵敏系统的振动干扰，从而形成稳定的重力测量系统。密封仓由上、下两个半球型密封罩通过支撑环连接为球型，球体直径80cm，密封罩及支撑环为合金材质，具防海水腐蚀能力。上、下两密封罩间垫有O型橡胶密封圈，以保证在浅海海域(200m水深内)不漏水。

在密封仓外部设计了配重框架，为了减小重力仪受海流的冲击影响，配重框架为不锈钢管材料，可根据海流大小在框架底部增加配重，以提高重力仪测量稳定性。

船上操控系统通过通讯电缆与重力仪核心内各感应器连接，实现在船上对海底重力仪进行各项遥控操作，主要有：⑴海底重力仪通电后，船上操控系统自动对重力仪进行加热，以保证重力仪石英弹簧灵敏系统处于恒温状态下正常测量读数。⑵实现对海底重力仪进行调平操作及测量读数。测量过程中可实时监测海底重力仪X、Y方向倾斜情况和读数情况，从而监控测量数据质量。⑶为了检查密封仓是否漏水，船上操控系统实时进行密封仓漏水监测，当密封仓漏水时操控系统发出报警信号，以便及时进行处理。