[发明专利]一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置与方法

说明书

本发明公开了深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置与方法。深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置包括封装在水密耐压舱内的三轴加速度传感器、三轴磁力传感器、三轴陀螺仪、时钟源、微处理器、存储器、压力传感器、GNSS接收器与电源模块等。本发明基于三轴加速度传感器、三轴磁力传感器与三轴陀螺仪推算运动轨迹，使用压力传感器进行误差阈值判断，获得缆系单点传感器空间运动轨迹。本发明的优点是安全稳定，成本低，并且可以重复使用，有效解决海洋科考中走航拖曳调查时，拖曳缆系单点传感器水下空间位置不能确定的缺陷，从而使各单点传感器数据能准确定位在三维立体被探测水体空间，达到水体参数立体探测的目标。

技术领域

本发明涉及海洋科考探测领域，尤其涉及一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置与方法。

背景技术

在海洋科学考察探测活动中，经常对海洋的水体各种属性参数进行测量，水体参数包括温度、盐度、水深、氧化还原电位、溶解氧、pH、CO₂、甲烷、叶绿素、浊度以及有效光合作用辐照等，以研究监测海洋水体物理化学特征。目前，各种海洋水体参数都有专门的独立物理化学传感器进行测量，根据研究目标不同，探测载体通常搭载其中几种或全部传感器进行测量，将获得的数据进行后处理分析。这类探测传感器的载体有两种布放作业模式，一种是定点布放的锚系潜标链或锚系浮标，可以较长时间对固定点位置的海水体参数进行测量，各传感器数据的空间位置与锚系位置相关，较容易获得；另一种方式是采用拖曳缆系挂传感器进行水体参数的探测。

其中，采用走航式拖曳缆系传感器进行快速测量的方式在大洋科考中普遍应用，主要是由于大洋科考中经常要用到多种不同的拖曳式深海探测载体，在使用深海拖曳探测载体时，在拖曳缆上同时系挂多个物理化学传感器，用来测量海洋水体参数是非常经济的，同时也为海底探测提供同步的水体参数记录，符合海洋探测的需要。但是由于传感器都是独立的，如常用的浊度传感器、氧化还原电位传感器以及甲烷传感器等，是分别系挂在拖曳缆上距离拖缆末端载体不同固定距离的位置，而拖缆在作业过程中经常随机摆动，缆系各传感器实际水下位置是在立体空间随机变化分布的。传感器数据在后处理中虽然时间可以同步，但是实际水体中的运动轨迹却无法确定，只能粗略当作一维与海底的垂直线上分布，所得结果的推演必然误差较大，这造成探测传感器只是探测到水体异常，而缺少对应的空间位置，造成二次探查时仍然难以确定异常的确切位置。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置与方法，克服海洋科考中走航拖曳调查时，拖曳缆系单点传感器水下空间位置不能确定的缺陷，提供一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置，能够准确获取传感器水下空间位置，从而使各单点传感器数据能准确定位在三维立体被探测水体空间，达到水体参数匹配空间位置的目标。本装置的使用方式是，将所述装置固定安装(固连)在传感器外壳上，所述装置与传感器通过水密电缆连接通讯或者不连接数据同步自容存储，作业完成后，通过计算机将空间运动轨迹数据导出。

本发明的应用情景的技术特点在于：(1)水下无GNSS(Global NavigationSatellite System)信号，不能提供惯导系统进更新修正位置；(2)在垂直方向上，使用压力传感器，为垂直方向运动误差阈值控制提供参数；(3)拖曳调查的重要特点之一，是一种低速的调查方法，并且拖曳探测时间较短，位置推算累积误差有限。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置，该装置包括封装在水密耐压舱内的三轴加速度传感器、三轴磁力传感器、三轴陀螺仪、时钟源、微处理器、存储器、压力数据接收器、GNSS接收器与电源模块，以及水密耐压舱外的压力传感器、GNSS天线、数据交换插头、电源充电插头、第一锁扣与第二锁扣；所述第一锁扣与第二锁扣用于将空间运动轨迹获取装置与拖曳缆连接固定。

进一步地，所述三轴加速度传感器信号端口、三轴磁力传感器信号端口和三轴陀螺仪信号端口均通过双绞线缆连接到微处理器。