本發(fā)明涉及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種拖曳式自主深度水下觀測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

海洋是生命的發(fā)源地，也是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以生存發(fā)展的物質(zhì)源泉。隨著現(xiàn)代化發(fā)展，陸上資源已呈現(xiàn)出過(guò)度開(kāi)采的跡象。為滿(mǎn)足所需，人類(lèi)已逐漸將目光轉(zhuǎn)移至海洋。占地球表面積71％的海洋不僅能為人類(lèi)提供豐富的食物，還蘊(yùn)藏著大量的礦產(chǎn)資源、生物資源以及其他能源，其資源和能源儲(chǔ)量要遠(yuǎn)高于陸地儲(chǔ)量，它是一個(gè)名副其實(shí)的寶庫(kù)。

海洋研究和有效開(kāi)發(fā)利用海洋，對(duì)今后國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展起著重大的推動(dòng)作用，也是21世紀(jì)各沿海國(guó)家發(fā)展的必然趨勢(shì)。世界各海洋大國(guó)投入越來(lái)越多的人力物力至海洋研究領(lǐng)域，推動(dòng)了海洋研究技術(shù)的發(fā)展。

目前，隨著海洋觀測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，各類(lèi)海洋傳感器及測(cè)量?jī)x已形成系列化產(chǎn)品，海洋通用技術(shù)也朝著模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。與此同時(shí)，作為海洋探測(cè)平臺(tái)的水下潛器也取得了較大發(fā)展。水下潛器分為載人潛水器和無(wú)人潛水器，其中無(wú)人潛水器包括自主水下機(jī)器人(autonomousunderwatervehicle，auv)、遠(yuǎn)程遙控水下機(jī)器人(remotelyoperatedvehicle，rov)、水下拖曳體(underwatertowedvehicle)。

水下拖曳體即屬于拖曳式無(wú)人水下航行器，它完全依靠水面支持母船來(lái)拖曳推進(jìn)，并通過(guò)與之相聯(lián)的臍帶提供動(dòng)力和控制信息。其航程完全由工作母船航程決定，幾乎不受限制，因而能進(jìn)行大范圍的搜索和探測(cè)。由于水下拖曳系統(tǒng)工作方式簡(jiǎn)單，操縱方便，且造價(jià)相對(duì)較低，因此不管在民用領(lǐng)域的科學(xué)研究或水下作業(yè)還是在軍事上，它都有著廣泛的應(yīng)用。在軍事上它主要用于精確的海底勘測(cè)和搜索、定位、細(xì)致測(cè)繪和識(shí)別尋找海底物體。在科學(xué)研究方面， 主要用來(lái)進(jìn)行深海地質(zhì)、地球物理、海底生物以及海洋工程的研究工作。在人類(lèi)已發(fā)明的多種水下技術(shù)中，利用水下拖曳系統(tǒng)進(jìn)行海洋研究工作以及完成各種探測(cè)任務(wù)仍然是一種有效的途徑，隨著拖曳系統(tǒng)的性能不斷提高，其市場(chǎng)需求也不斷擴(kuò)大。

然而，現(xiàn)有的拖曳式無(wú)人水下航行器存在著控制系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，結(jié)構(gòu)過(guò)于龐大，操作復(fù)雜、深度調(diào)整通過(guò)調(diào)節(jié)自身可控制水翼的攻角來(lái)實(shí)現(xiàn)拖曳深度控制。收放纜改變拖曳深度的方式雖然具有快速調(diào)節(jié)深度的能力，但控制比較粗糙，難以對(duì)拖曳體進(jìn)行小深度范圍準(zhǔn)確定位，不便進(jìn)行姿態(tài)控制，無(wú)法自主控制調(diào)節(jié)深度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種觀測(cè)范圍大、穩(wěn)定性高、成本低的拖曳式自主深度水下觀測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境勘測(cè)、海底地形測(cè)繪、海洋修復(fù)工程、水下搜索及軍事偵察的水下搜索與觀測(cè)。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種拖曳式自主深度水下觀測(cè)系統(tǒng)，包括：

拖曳連接架1設(shè)置于框架6上方，且與框架6緊密相連；

amr主控電子艙9設(shè)置于框架內(nèi)部，并通過(guò)臍帶纜連接水面接收控制終端，接收水面接收控制終端的控制指令，并且將采集數(shù)據(jù)處理后傳輸?shù)剿娼邮湛刂平K端；

垂直推進(jìn)器連接amr主控電子艙9，接收amr主控電子艙9的控制指令進(jìn)行推進(jìn)；

傳感器3固定于框架6上，且連接amr主控電子艙9，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到amr主控電子艙9；

視頻觀測(cè)模塊4固定于框架6前端，且連接amr主控電子艙9，用于采集視頻圖像后發(fā)送到amr主控電子艙9；

led燈3固定于框架6上，且與視頻觀測(cè)模塊4同側(cè)，用于照明；

浮塊7設(shè)置于框架6兩側(cè)，與框架6貼合，用于保持機(jī)器人姿態(tài)平衡。

所述框架6包括外圍骨架和中心軸連接部，且表面均為納米二氧化鈦涂層；所述外圍骨架為abs塑料材質(zhì)，中心軸連接部為鋁材質(zhì)，且表面為納米二氧化鈦涂層。

所述垂直推進(jìn)器包括主垂直推進(jìn)器2和輔垂直推進(jìn)器8。

所述主垂直推進(jìn)器2設(shè)置于浮塊7的兩翼，負(fù)責(zé)縱向推進(jìn)。

所述輔垂直推進(jìn)器8設(shè)置于框架6尾部，負(fù)責(zé)水平推進(jìn)以及輔助縱向推進(jìn)。

所述拖曳連接架1由一個(gè)直桿和兩個(gè)彎曲桿組成。

所述浮塊7為翼型結(jié)構(gòu)，且采用發(fā)泡材料作為緩沖介質(zhì)，外層為聚脲材料作外保護(hù)層。

所述視頻觀測(cè)模塊4為由高清攝像機(jī)和二維旋轉(zhuǎn)云臺(tái)組成的經(jīng)過(guò)密封艙密封的觀測(cè)裝置。

所述傳感器3包括深度傳感器、姿態(tài)傳感器和速度傳感器。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明觀測(cè)范圍大、穩(wěn)定性高、成本低、利用仿生學(xué)設(shè)計(jì)理念，可以放到最合適的觀察水深，滿(mǎn)足水下攝影和觀測(cè)的需要，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、純數(shù)字化存儲(chǔ)與傳輸、poe供電、搭載深度-姿態(tài)-速度傳感器、全自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境勘測(cè)、海底地形測(cè)繪、海洋修復(fù)工程、水下搜索及軍事偵察的水下搜索與觀測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖，其中，1為拖曳連接架、2為主垂直推進(jìn)器、3為傳感器、4為視頻觀測(cè)模塊、5為led燈、6為框架、7為浮塊、8為輔垂直推進(jìn)器、9為amr主控電子艙。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖，拖曳式自主深度水下觀測(cè)系統(tǒng)由拖曳連接架1、浮體7、abs材質(zhì)的框架6、視頻觀測(cè)模塊4、led燈5、傳感器3、主輔垂直推進(jìn)器8、amr主控電子艙9等模塊，與遠(yuǎn)程控制終端通過(guò)臍帶纜手動(dòng)絞盤(pán)以及臍帶纜進(jìn)行交互。將嵌入式自動(dòng)化技術(shù)、poe供電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)用，并巧妙解決了解決了拖曳式主體自主控深水和線纜數(shù)據(jù)傳輸與供電復(fù)用；系統(tǒng)采用水下在amr電子控制傳感器的數(shù)據(jù)和供電，解決了水下系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)單傳感器異常需要整體系統(tǒng)斷電或者吊回水面復(fù)位傳感器的可靠性問(wèn)題，大大降低了儀器控制系統(tǒng)的故障率；系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)深度-姿態(tài)-速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，并通過(guò)內(nèi)部建立的水動(dòng)力運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行計(jì)算，精準(zhǔn)控主輔推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)維持水深或根據(jù)用戶(hù)下發(fā)的指令深度進(jìn)行水深調(diào)整；采用abs材質(zhì)，不僅重量輕，而且具有非常好的抗沖擊性，大大保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備不受外來(lái)的沖擊。

拖曳連接架1是位于系統(tǒng)的頂部由兩個(gè)彎曲桿和一個(gè)直桿組成，材質(zhì)均采用合金材質(zhì)，與主體框架緊密連接。

浮塊7是位于系統(tǒng)的左右兩側(cè)的浮塊，合成泡沫浮材，翼狀，結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，流線型用于調(diào)節(jié)自身的姿態(tài)，使之平衡。

框架6是框架采用abs材質(zhì)，不僅重量輕，而且具有非常好的抗沖擊性?？蚣艿臋M梁骨架都是abs鑄模而成，強(qiáng)度極高，橫梁之間由不銹鋼或鋁板緊固。系統(tǒng)內(nèi)部的組件都穿插固定在框架之間。

視頻觀測(cè)模塊4是將1080p高清攝像機(jī)置于云臺(tái)上，調(diào)節(jié)范圍+30°至-90°。廣角鏡頭，采用平鏡防水罩，圖像無(wú)變形。

臍帶纜手動(dòng)絞盤(pán)是由橫桿、滑環(huán)、卷筒、箱體、手柄、臍帶纜組成，滑環(huán)是標(biāo)準(zhǔn)的24通路，手柄可以拆卸，可快速的自行收放臍帶纜。臍帶纜外護(hù)套采用優(yōu)質(zhì)pvc混合料，表面細(xì)膩具有超強(qiáng)的彈性和柔韌性和抗拉性?xún)?nèi)部采用poe供電節(jié)省了電纜的數(shù)量,從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)8芯攬上的數(shù)據(jù)和供電的傳輸。解決了水下拖曳類(lèi)設(shè)備的線纜粗與多的問(wèn)題。

led燈5采用2x40wled燈，光源更強(qiáng)，光強(qiáng)可調(diào)，可照亮距離更遠(yuǎn)。白光燈與攝像頭獨(dú)立空間設(shè)計(jì)，確保鏡頭內(nèi)不起水霧。

amr主控電子艙9，采用arm內(nèi)建立linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)深度-姿態(tài)-速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，并通過(guò)內(nèi)部建立的水動(dòng)力運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行計(jì)算，精準(zhǔn)控主輔推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)維持水深或根據(jù)用戶(hù)下發(fā)的指令深度進(jìn)行水深調(diào)整。amr主控電路還對(duì)視頻采集壓縮處理，然后將所有數(shù)據(jù)打包成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，通過(guò)tcp/ip協(xié)議將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)剿娼邮湛刂平K端。同時(shí)amr嵌入式控制中心接收到水面接收控制終端的相關(guān)控制命令，并實(shí)施對(duì)履帶、燈光、傳感器等模塊的相應(yīng)控制與配置。采用新型的amr體系結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)低功耗、高效率、高可靠、實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)控制。

傳感器3包括深度、姿態(tài)、速度傳感器，傳感器數(shù)據(jù)線和電源線均接入到amr主控電子艙，所有的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)分析都是在amr控制中心來(lái)完成，傳感器出現(xiàn)異常長(zhǎng)需復(fù)位的時(shí)候，只需要水上控制終端發(fā)送對(duì)應(yīng)命令，通過(guò)amr嵌入式控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)針對(duì)異常傳感器的軟硬復(fù)位，從而解決了在實(shí)行水下觀測(cè)過(guò)程中將設(shè)備吊回水面復(fù)位傳感器的可靠性問(wèn)題，大大降低了儀器控制系統(tǒng)的故障率。

主輔垂直推進(jìn)器，是采用4個(gè)150w大推力的推進(jìn)器，其中2個(gè)位于系統(tǒng)的左右兩翼為主垂直推進(jìn)器2，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)深度整體整體的提升；另外2個(gè)位于系統(tǒng)的尾部為輔助垂直推進(jìn)器8，主要負(fù)責(zé)水平調(diào)整和輔助深度調(diào)整。所有的推進(jìn)器的功率控制由amr主控電電路來(lái)完成。

綜上所述，本系統(tǒng)將嵌入式自動(dòng)化技術(shù)、poe供電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)用，并巧妙解決了解決了拖曳式主體自主控深水和線纜數(shù)據(jù)傳輸與供電復(fù)用；系統(tǒng)采用水下在amr電子控制傳感器的數(shù)據(jù)和供電，解決了水下系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)單傳感器異常需要整體系統(tǒng)斷電或者吊回水面復(fù)位傳感器的可靠性問(wèn)題，大大降低了儀器控制系統(tǒng)的故障率；系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)深度-姿態(tài)-速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，并通過(guò)內(nèi)部建立的水動(dòng)力運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行計(jì)算，精準(zhǔn)控主輔推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)自動(dòng)維持水深或根據(jù)用戶(hù)下發(fā)的指令深度進(jìn)行水深調(diào)整；采用abs材質(zhì)，不僅重量輕，而且具有非常好的抗沖擊性，大大保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備不受外來(lái)的沖擊?？捎糜诤０稁У刭|(zhì)、海岸帶海底生物以及海洋工程的研究工作。