[发明专利]可装载AUV适用于深冰下水域探测的穿冰探测器

说明书

可装载AUV适用于深冰下水域探测的穿冰探测器，包括穿冰探测器和AUV，穿冰探测器包括沿轴向依次固定相连的冰锚、尾舱、AUV收纳舱、传感器舱、热融钻头；AUV收纳舱的侧面设有AUV收纳舱舱门，AUV收纳舱舱门上安装有AUV收纳台，收纳台上安装有一限位盘，限位盘的周向安装有若干个对接锁定杆，对接锁定杆处于张开时，形成AUV对接口，对接锁定杆处于收合时，进行AUV锁定；AUV收纳台上安装有声纳旋转电机，声纳旋转电机上连接有声纳连接杆，声纳连接杆上竖直连接有声纳连接板，声纳连接板上装有声信标、第一USBL和第一声纳；AUV头部安装有一透光透声导流罩，导流罩内部安装有摄像头、第二USBL、第二声纳；AUV头部处有一与对接锁定杆配合锁定的环形凹口。

技术领域

本发明属于穿冰探测器技术领域，具体涉及一种可装载AUV适用于深冰下水域探测的穿冰探测器。

背景技术

在南极上千米厚的冰盖下方，存在大量的冰下湖。这些冰下湖很久以前就与外界隔绝，探测冰下湖为研究南极冰盖形成演变机理和极端环境生命提供可能性，具有重大的科学意义。在冰下湖的探测中，不能先钻孔至冰下湖，然后再通过现成的冰孔布放探测器，因为采用这样的方式外源性的物质就会污染冰下湖水，从而影响冰下湖探测的科学价值。为了避免外源性的物质污染冰下湖水，可以采用边钻进然后探测器后方边冻融的方式进行穿冰探测。

此外，表面具有冰层的外星球(如火星、木卫二、木卫三、土卫二等)，其厚厚的冰层下面可能存在冰下湖或者冰下海洋。探测这些星球的冰下水域，需要通过发射的着陆器来携带专用的探测器来实现。这样应用场景下的探测器，最好是自身可以穿透冰层，然后在到达冰下水域后可以进行原位探测，同时还可以释放可自主移动的自主水下航行器(AUV)，进行更大范围的探测。

德国在论文中报道了一种叫IceShuttle Teredo的穿冰探测器。该探测器可以携带AUV进行融冰钻进。因为穿冰探测器采用热融钻进，所以热融钻头必须布置在探测器的最顶端，也因此AUV只能收纳在穿冰探测器的中部，而不能布置在最顶端。另外，当AUV释放出来后，用于AUV导航定位和通信用的声学传感器必须能够伸出到比热融钻头更前端的位置，这样声学传感器的视场角才不会被探测器的热融钻头遮挡。为解决该技术问题，IceShuttle Teredo穿冰探测器将AUV收纳在探测器的中部，在穿透冰层到达冰下水域后，采用三重的展开结构实现AUV的布放：首先通过偏心的盘式关节使探测传感器舱和热融钻头两个模块共同旋转180°，为AUV让出释放通道，然后沿着轴向向下释放AUV，AUV接着转为水平的位置；在AUV从载荷舱释放出来后，通过另一个偏心的盘式关节，将热融钻头单独再旋转180°，为导航通信用传感器组让出通道；最后将导航通信用的传感器组从传感器舱沿着轴向向下推出来，使导航通信用的声学传感器位于比热融钻头更前端的位置。该IceShuttle Teredo穿冰探测器，在释放AUV时，需要对热融钻头在内舱体进行偏心旋转，由于钻头一般比较重，导致对转动关节的支撑强度和转动力矩的要求比较高。此外，前方热融钻头和传感器舱所需的传输电缆需要穿过旋转关节，现有的技术方案有如下2种：一是电缆直接穿过，但是在旋转关节旋转时不可避免的会使电缆跟着扭转；二是在旋转关节处使用防水滑环来传输电能和信号。这两种方案都不可避免会增加结构复杂度，降低系统可靠性。

发明内容

针对目前存在的技术问题，本发明提供了一种可装载AUV适用于深冰下水域探测的穿冰探测器，可以携带AUV一起穿透冰层，在穿透冰层到达冰下水域(如冰下湖或冰下的海洋)后，可以用比较简单的方式释放AUV，避免旋转重量较大的热融钻头，并避免了传输电缆需要穿过旋转关节增加结构复杂度和降低系统可靠性的问题。此外，AUV可以通过回坞接驳的方式进行充电续航和传输数据，同时还可以进行AUV的自主回收。

本发明采用的技术方案是：