本發(fā)明屬深海長(zhǎng)期觀測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

21世紀(jì)是“海洋世紀(jì)”，人類社會(huì)進(jìn)入全面認(rèn)知、開發(fā)海洋的新世紀(jì)。各國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪國(guó)際海底這塊世界上最后的，也是最大的“人類共同繼承財(cái)產(chǎn)”蛋糕。由于海洋隱蔵著眾多的礦產(chǎn)資源和未知的生物奧秘，顯示出巨大的商業(yè)利益和科學(xué)價(jià)值，促使各國(guó)紛紛推出了新海洋發(fā)展戰(zhàn)略和海洋科技發(fā)展規(guī)劃，加大投入搶占先機(jī)，試圖成為海洋強(qiáng)國(guó)。近年來(lái)，隨著我國(guó)“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的推動(dòng)和實(shí)施，海洋勘測(cè)無(wú)論在范圍還是技術(shù)能力方面，都有了很大程度的提升。在現(xiàn)代海洋環(huán)境參數(shù)采集設(shè)備中，傳統(tǒng)依靠浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)改變體積為運(yùn)動(dòng)動(dòng)力或依靠浮力進(jìn)行輔助運(yùn)動(dòng)的深海機(jī)器人占了海洋探測(cè)設(shè)備的絕大多數(shù)比重，例如潛標(biāo)、浮標(biāo)和ARGO等。

由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，浮標(biāo)、潛標(biāo)是海洋最主要的觀測(cè)設(shè)備，能觀測(cè)海洋動(dòng)力及海洋水文等要素。由于浮標(biāo)的主體部分暴露在海面，不可避免的會(huì)遭到海面風(fēng)浪或人為的破壞。潛標(biāo)主浮體布設(shè)在水下一定深度，可以在惡劣海況條件下長(zhǎng)期、隱蔽地對(duì)海洋動(dòng)力要素進(jìn)行立體綜合監(jiān)測(cè)。但是當(dāng)前絕大多數(shù)潛標(biāo)需要使用重力錨和浮體并配合聲學(xué)釋放器進(jìn)行海洋環(huán)境參數(shù)探測(cè)，當(dāng)潛標(biāo)采集任務(wù)完成后，需要人工使用水聲設(shè)備控制聲學(xué)釋放器將重力錨釋放，潛標(biāo)在浮體的升力作用下浮出海面，工作人員對(duì)潛標(biāo)回收后進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，至此重力錨的生命周期完畢，潛標(biāo)的一個(gè)觀測(cè)周期完畢。

潛標(biāo)或所連通訊潛標(biāo)的這種工作方式存在的最大弊端為：

技術(shù)缺陷①：只能工作在某一個(gè)深度處對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)，不能自主進(jìn)行升降、橫向或縱向移動(dòng)觀測(cè)，觀測(cè)范圍受到極大限制。

技術(shù)缺陷②：由于每次觀測(cè)完畢，潛標(biāo)或其所連的通訊機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自主智能通訊，因此水下探測(cè)設(shè)備與遠(yuǎn)程岸基之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換受到制約。只能通過(guò)人工開船行駛至該海域并將重力錨釋放后才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回收，回收完畢后的潛標(biāo)需要重新布放，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，數(shù)據(jù)采集成本較高。

因此，如何改善水下探測(cè)及信息收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通訊性能，是目前亟待解決的問題。

為此專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510397997.3的發(fā)明專利公布了一種水下探測(cè)中繼平臺(tái)系統(tǒng)，該發(fā)明包括：衛(wèi)星天線倉(cāng)、平臺(tái)浮體及升降裝置、中繼控制倉(cāng)；所述中繼控制倉(cāng)與潛標(biāo)之間采用線纜進(jìn)行通信，與衛(wèi)星天線倉(cāng)之間采用水聲通信機(jī)進(jìn)行通信，將接收到的潛標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)水聲通信機(jī)、衛(wèi)星天線上傳至遠(yuǎn)程岸基；遠(yuǎn)程岸基指令經(jīng)衛(wèi)星、衛(wèi)星天線傳至水聲通信機(jī)，指令經(jīng)中繼控制倉(cāng)解析后下載到潛標(biāo)中；同時(shí)，中繼控制倉(cāng)檢測(cè)自身深度的變化，并根據(jù)時(shí)間表控制升降裝置實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星天線倉(cāng)的升降；所述升降裝置采用水下排纜絞車，與衛(wèi)星天線倉(cāng)之間用繩索連接，通過(guò)收放繩索實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星天線倉(cāng)的升降。通過(guò)使用該發(fā)明的平臺(tái)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)海洋定點(diǎn)海洋環(huán)境參數(shù)的長(zhǎng)期周期性測(cè)量，并可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

相似的，發(fā)明專利201010591392.5公開了一種海洋升降潛標(biāo)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，浮標(biāo)通過(guò)通信系留纜連接水下絞車；浮標(biāo)與水下絞車之間的通信系留纜上靠近浮標(biāo)的部分等間距設(shè)置多個(gè)剖面測(cè)量?jī)x器；水下絞車固定在主浮體上；目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)和ADCP均設(shè)置在主浮體上；錨泊系留機(jī)構(gòu)包括采用錨鏈串接的玻璃浮球、應(yīng)答釋放器和壓載錨?？刂浦行目刂聘?biāo)系統(tǒng)定時(shí)浮出海面和潛入海中；目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)活動(dòng)目標(biāo)，當(dāng)判定有活動(dòng)目標(biāo)進(jìn)入預(yù)設(shè)范圍時(shí)，控制中心控制浮標(biāo)系統(tǒng)潛入海中。浮標(biāo)在浮出海面時(shí)，將所接收的各種數(shù)據(jù)傳輸給地面岸站。該發(fā)明既可以實(shí)現(xiàn)海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，又避免了風(fēng)浪和其他因素對(duì)浮標(biāo)壽命的影響。

上述發(fā)明專利的共同的目標(biāo)是通過(guò)使用水下絞車等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)或其所連的通訊機(jī)構(gòu)在豎直線內(nèi)的升降運(yùn)動(dòng)，從而使得潛標(biāo)可以浮出海面進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊或潛入海底實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，但是這類裝置同樣存在很多不足：

①由于該機(jī)構(gòu)使用了水下絞車實(shí)現(xiàn)對(duì)潛標(biāo)的上升或下降進(jìn)行控制，而海底水壓比較大，其動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)部位的水密是最大的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和工作考驗(yàn)；并且，隨著工作時(shí)間的加長(zhǎng)和海底環(huán)境的復(fù)雜性，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的密封的壽命也會(huì)受到極大影響，因此絞車機(jī)構(gòu)決定了該類潛標(biāo)控制機(jī)構(gòu)不可能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的海洋環(huán)境觀測(cè)。

②該類機(jī)構(gòu)上的潛標(biāo)或潛標(biāo)所連的浮體必須是正浮力，因此決定了通過(guò)絞車機(jī)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)在豎直放向上的升降運(yùn)動(dòng)，無(wú)法觀測(cè)水平其它范圍環(huán)境參數(shù)等，因此其觀測(cè)海洋環(huán)境的作用和范圍比普通潛標(biāo)好，但作用及其有限。

因此，如何實(shí)現(xiàn)通訊浮體既能平穩(wěn)的在水下懸停收集其他潛標(biāo)的數(shù)據(jù)，又能浮出水面進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊是當(dāng)前海洋領(lǐng)域需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一；并且由于系統(tǒng)需要長(zhǎng)期工作，而通訊浮體在水中剖面運(yùn)動(dòng)是系統(tǒng)的主要能耗，尤其是海流較強(qiáng)時(shí)需要額外耗費(fèi)更多的能源實(shí)現(xiàn)剖面運(yùn)動(dòng)，如何降低強(qiáng)流條件下剖面運(yùn)動(dòng)的能耗是本發(fā)明需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何克服現(xiàn)有通訊潛標(biāo)不能依靠自身運(yùn)動(dòng)及控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自主升降和小范圍內(nèi)局部運(yùn)動(dòng)的弊端，提出一種利用自身浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并配合海洋“密度躍變層”實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)并具備自主升降能力和進(jìn)行對(duì)其它潛標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)回收并上傳岸站通訊系統(tǒng)的裝置。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是：一種基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)，包括：智能自升降通訊浮體、主浮體、錨系系統(tǒng)；

進(jìn)一步地，所述智能自升降通訊浮體包括：主框架、浮體材料、通訊天線、電子倉(cāng)、電池倉(cāng)、聲學(xué)模塊、浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；

進(jìn)一步地，所述主框架為314不銹鋼材質(zhì)，其上設(shè)置有至少兩個(gè)相互搭連的支撐臂，支撐臂之間通過(guò)螺栓螺母進(jìn)行連接固定；主框架上的支撐臂上端連接固定主浮體，實(shí)現(xiàn)主浮體和主框架的連接；橫向搭連的支撐臂則為電子倉(cāng)、電池倉(cāng)的支撐平臺(tái)，垂向搭連的支撐臂上部為連接浮體材料的載體，其下部為連接纜繩連接機(jī)構(gòu)的拉伸載體；

進(jìn)一步地，所述主浮體整體為扁橢圓的蝶形機(jī)構(gòu)，主浮體中的浮體材料主體由玻璃微珠浮力材料制成，所述主浮體以其蝶形機(jī)構(gòu)的中心為圓心，以其半徑的1/2為半徑在四周均勻設(shè)置有六個(gè)用于固定和安裝浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的透孔；所述通訊天線為橢圓柱形，安裝固定在所述主浮體蝶形機(jī)構(gòu)的正中心上頂端處；

進(jìn)一步地，所述電子倉(cāng)為圓柱形結(jié)構(gòu)，兩端通過(guò)端蓋密封，其內(nèi)部設(shè)置有控制機(jī)構(gòu)；所述電子倉(cāng)上的端蓋還設(shè)置有水密頭，所述水密頭連接電子倉(cāng)和浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、聲學(xué)模塊、通訊天線、電池倉(cāng)；所述電子倉(cāng)底部設(shè)置有支撐體；

進(jìn)一步地，所述聲學(xué)模塊為聲學(xué)通訊模塊，安裝固定在所述主框架中相互搭連的支撐臂上，所述聲學(xué)模塊與電池倉(cāng)和電子倉(cāng)連接，電池倉(cāng)為聲學(xué)模塊提供電能，電子倉(cāng)控制聲學(xué)模塊啟動(dòng)通訊或采集信號(hào)并將聲學(xué)模塊采集回的潛標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；

進(jìn)一步地，浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括：外油囊、浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體；所述外油囊有圓柱形可變性彈性囊體；所述浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體為圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)油囊、高壓油路結(jié)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)；所述浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有六套，采用6個(gè)浮力調(diào)節(jié)裝置，均勻布置在主浮體上；

進(jìn)一步地，所述主浮體為橢圓柱體結(jié)構(gòu)，由玻璃微珠浮力材料制成，其上端和下端各設(shè)置有纜繩扣結(jié)構(gòu)，纜繩扣結(jié)構(gòu)與錨系系統(tǒng)連接；

進(jìn)一步地，所述錨系系統(tǒng)由纜繩、雙并聯(lián)釋放器和重力錨構(gòu)成，纜繩上端連接主浮體，下端連接雙并聯(lián)釋放器；

進(jìn)一步地，所述雙并聯(lián)釋放器采用雙并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其上端連接纜繩，下端連接重力錨。

一種基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)，包括：智能自升降通訊浮體1、主浮體2、錨系系統(tǒng)3。

所述智能自升降通訊浮體1包括：主框架11、浮體材料12，通訊天線13、電子倉(cāng)14、電池倉(cāng)15、聲學(xué)模塊16、浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17。

所述主框架11為314不銹鋼材質(zhì)，分別有多個(gè)相互搭連的支撐臂111，支撐臂之間通過(guò)螺栓螺母進(jìn)行連接固定。主框架11上的支撐臂上端連接固定主浮體2，實(shí)現(xiàn)主浮體2和主框架11的連接。橫向搭連的支撐臂則為電子倉(cāng)14、電池倉(cāng)15等模塊的支撐平臺(tái)，垂向搭連的支撐臂上部為連接浮體材料12的載體，其下部為連接纜繩連接機(jī)構(gòu)112的拉伸載體，方便通過(guò)纜繩和錨系系統(tǒng)3連接。

所述主浮體12整體為扁橢圓的蝶形機(jī)構(gòu)121，目的是減少水阻，提高水動(dòng)力性能，降低運(yùn)動(dòng)能耗。同時(shí)，該種形狀還可以使智能自升降通訊浮體1在水下水聲通訊和海面衛(wèi)星通訊時(shí)保持平臺(tái)穩(wěn)定，增強(qiáng)系統(tǒng)通訊的可靠性。同時(shí)其浮體材料主體122采用高性能、低密度、地滲水率的浮力材料，不僅提高本平臺(tái)的可靠性，更能在相同的浮體材料體積下搭載更多的觀測(cè)設(shè)備。具體的為：主浮體12中的浮體材料主體122由玻璃微珠浮力材料制成，用于提供通訊潛標(biāo)的主要浮力。所述主浮體12以其蝶形機(jī)構(gòu)的中心為圓心，以其半徑的1/2為半徑在四周均勻設(shè)置有六個(gè)透孔123，用于固定和安裝浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17。

所述通訊天線13為橢圓柱形，安裝固定在所述主浮體12蝶形機(jī)構(gòu)121的正中心上頂端處，當(dāng)主浮體12浮出海面時(shí)，通訊天線13可通過(guò)內(nèi)置的GPS模塊、銥星通訊模塊或北斗模塊等進(jìn)行通訊，及時(shí)將在海底采集的其它潛標(biāo)的數(shù)據(jù)上傳，便于工作人員查看和分析。

所述電子倉(cāng)14為圓柱形結(jié)構(gòu)，兩端通過(guò)端蓋141密封，里面設(shè)置有控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲學(xué)模塊16的控制，實(shí)現(xiàn)智能自升降通訊浮體1與其它潛標(biāo)系統(tǒng)中的聲學(xué)模塊通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)其它潛標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)收集；所述電子倉(cāng)14還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17控制，實(shí)現(xiàn)浮力的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)自身的上浮和下潛運(yùn)動(dòng)，而且通過(guò)調(diào)整浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17中六個(gè)不同的機(jī)構(gòu)浮力的不同，從而實(shí)現(xiàn)浮心和重心的變換，從而實(shí)現(xiàn)橫向面上的位置移動(dòng)和變換。另外，所述電子倉(cāng)14上的端蓋141上還設(shè)置有水密頭142，實(shí)現(xiàn)電子倉(cāng)14和浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17、聲學(xué)模塊16、通訊天線13和電池倉(cāng)15的連接。所述電子倉(cāng)14底部設(shè)置有支撐體143，支撐體143既是電子倉(cāng)14的支撐載體也是連接主框架11中支撐臂111的連接本體。

電池倉(cāng)15與所述電子倉(cāng)14結(jié)構(gòu)類似，同樣的，兩端通過(guò)端蓋151密封，內(nèi)部為鋰離子電池，端蓋151上設(shè)置有水密頭152為上述的浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17、聲學(xué)模塊16和電子倉(cāng)14連接并為其供電。所述電池倉(cāng)15底部設(shè)置有支撐本體153，支撐本體153既是電池倉(cāng)15的支撐載體也是連接主框架11中支撐臂111的連接本體。

所述聲學(xué)模塊16為聲學(xué)通訊模塊，安裝固定在所述主框架11中相互搭連的支撐臂111上，功能為實(shí)現(xiàn)該模塊與其它潛標(biāo)系統(tǒng)中聲學(xué)通訊模塊的水聲通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)其數(shù)據(jù)的通訊和采集功能。所述聲學(xué)模塊16與所述電池倉(cāng)15和電子倉(cāng)14連接，電池倉(cāng)15可為聲學(xué)模塊16提供電能，而電子倉(cāng)14不僅可控制聲學(xué)模塊16啟動(dòng)通訊或采集信號(hào)，還可將聲學(xué)模塊16采集回的其它潛標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17包括：外油囊171、浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體172。所述外油囊171有圓柱形可變性彈性囊體，具備耐高壓特性，可適合大水深海洋環(huán)境。所述浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體172為圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)油囊、高壓油路結(jié)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)等，因?yàn)楫?dāng)前的浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)較為成熟，內(nèi)部機(jī)構(gòu)不在展開敘述。所述浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17共有六套，由于垂向運(yùn)動(dòng)阻力大，采用6個(gè)浮力調(diào)節(jié)裝置，均勻布置在主浮體12上，每個(gè)浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17可提供1L的浮力調(diào)節(jié)能力。通訊浮體中的浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17可采用浮力驅(qū)動(dòng)技術(shù)調(diào)節(jié)自身浮力大小，控制通訊浮體在水下通訊狀態(tài)時(shí)懸停在密躍層下，通過(guò)聲學(xué)通訊收集其他潛標(biāo)觀測(cè)的海流、溫鹽等觀測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)智能控制算法，控制通訊浮體在海流較小或通訊浮標(biāo)上方?jīng)]有船只通過(guò)的時(shí)候，增大浮力浮出水面，進(jìn)行衛(wèi)星通訊傳送數(shù)據(jù)。

所述主浮體2為橢圓柱體結(jié)構(gòu)，和主浮體12類似，同樣由玻璃微珠浮力材料制成，用于提供通訊潛標(biāo)的主要浮力，布放與水下密躍層下，距水面下約200米水深的位置。其上端和下端各設(shè)置有纜繩扣21結(jié)構(gòu)，上端的纜繩扣21結(jié)構(gòu)與所述錨系系統(tǒng)3中的Kevlar纜31下端連接，下端的纜繩扣22結(jié)構(gòu)與所述錨系系統(tǒng)3連接。

所述錨系系統(tǒng)3用于錨定潛標(biāo)，由Kevlar纜31、雙并聯(lián)釋放器32和重力錨33構(gòu)成。其中Kevlar纜31為高強(qiáng)度零浮力線纜，減少自身對(duì)智能自升降通訊浮體1的拉力和阞，提高運(yùn)動(dòng)性能。其上端連接主浮體2，下端連接雙并聯(lián)釋放器32。所述雙并聯(lián)釋放器32用于上述智能自升降通訊浮體1的釋放和回收。雙并聯(lián)釋放器32采用雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)，目的是提高工作的高可靠性，并且其上端連接Kevlar纜31，下端同樣通過(guò)Kevlar纜31連接重力錨33。

需要說(shuō)明的是，在上述的說(shuō)明書中，本人已經(jīng)對(duì)每一個(gè)部件的結(jié)構(gòu)、功能、功能方式及工作效果作了詳盡的闡述，因此在下面的工作流程中只是對(duì)流程性的功能進(jìn)行簡(jiǎn)明闡述。工作步驟如下：

Ⅰ.水下數(shù)據(jù)回收工作步驟：

Step1：所述電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)控制浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17中的外油囊171體積縮小，此時(shí)智能自升降通訊浮體浮力為負(fù)，智能自升降通訊浮體1下降至合適位置。

Step2：電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)控制聲學(xué)模塊16與其配合的設(shè)備，如其它潛標(biāo)系統(tǒng)中的聲學(xué)模塊通訊，將其采集的海洋環(huán)境參數(shù)傳輸至自升降通訊浮體1內(nèi)。

Ⅱ.密躍層下休眠工作步驟：

Step1：當(dāng)其它潛標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)回收完畢后，若出水通訊條件不滿足，此時(shí)所述電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)通過(guò)控制浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17中的外油囊171體積稍微增大，此時(shí)智能自升降通訊浮體浮力增大，智能自升降通訊浮體1上浮。

Step2：當(dāng)智能自升降通訊浮體1上浮至密度躍變層附近時(shí)，此時(shí)浮力和重力基本持平，同時(shí)由于密躍層的存在，智能自升降通訊浮體1會(huì)停留在密度躍變層附近。此后，電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)控制所有用電機(jī)構(gòu)包括聲學(xué)模塊16和浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17等進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)省能量并等待喚醒信號(hào)。

Ⅲ.通訊工作步驟：

Step1：電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)接收到喚醒信號(hào)時(shí)，進(jìn)入通訊工作狀態(tài)。此后，所述電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)通過(guò)控制浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17中的外油囊171體積繼續(xù)增大，此時(shí)智能自升降通訊浮體浮力增大，智能自升降通訊浮體1上浮至海面上。

Step2：電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)開始通過(guò)通訊天線13將采集的其它潛標(biāo)5中的數(shù)據(jù)發(fā)回岸站，供工作人員查看和分析。

Ⅳ.密躍層上休眠工作步驟：

Step1：當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，所述電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)通過(guò)控制浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17中的外油囊171體積稍微減小，此時(shí)智能自升降通訊浮體浮力減小，智能自升降通訊浮體1下潛。

Step2：當(dāng)智能自升降通訊浮體1下潛至密度躍變層附近時(shí)，此時(shí)浮力和重力基本持平，同時(shí)由于密躍層的存在，智能自升降通訊浮體1會(huì)停留在密度躍變層上部的附近。此后，電子倉(cāng)14中的控制系統(tǒng)控制所有用電機(jī)構(gòu)包括聲學(xué)模塊16和浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17等進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)省能量并等待喚醒信號(hào)。

重復(fù)上述步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，即可完成單剖面內(nèi)智能自升降通訊浮體1對(duì)其它潛標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)回收及發(fā)送功能。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明解決了當(dāng)前通訊潛標(biāo)每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸后，只能通過(guò)人工開船行駛至該海域并將重力錨釋放后才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回收，回收完畢后的潛標(biāo)需要重新布放，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，數(shù)據(jù)采集成本較高的弊端。通過(guò)發(fā)明智能自升降通訊浮體配合主浮體、觀測(cè)纜繩、錨系系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其它潛標(biāo)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性；

2、本發(fā)明解決了通訊浮體既能平穩(wěn)的在水下懸停收集其他潛標(biāo)的數(shù)據(jù)，又能浮出水面進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的技術(shù)難題。通過(guò)設(shè)置浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)并配合控制系統(tǒng)將本機(jī)構(gòu)巧妙地停靠在密度躍變層附近并休眠，實(shí)現(xiàn)了低功耗下系統(tǒng)需要長(zhǎng)期工作的能力，同時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)解決了剖面運(yùn)動(dòng)的低功耗問題，實(shí)現(xiàn)在低海流條件下的上浮運(yùn)動(dòng)和通訊功能，降低了系統(tǒng)的整體功耗，大大延長(zhǎng)了系統(tǒng)工作周期；

3、同時(shí)本系統(tǒng)還可配合檢測(cè)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)海面上活動(dòng)物體的檢測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到海面有活動(dòng)物體出現(xiàn)時(shí)，可及時(shí)控制浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行浮力調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能自升降通訊浮體的下潛，保護(hù)潛標(biāo)免受意外傷害，最大限度保護(hù)通訊潛標(biāo)；

4、本套裝置可廣泛應(yīng)用到任意的水下潛標(biāo)系統(tǒng)上，潛標(biāo)系統(tǒng)要求很低，只需配置水聲通訊模塊即可，因此本套機(jī)構(gòu)應(yīng)用范圍很廣、通用性強(qiáng)，可推廣至其他類別的水下設(shè)備和海洋環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)中。

本發(fā)明突破了低水阻高穩(wěn)定性潛標(biāo)浮體水動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)、基于海流觀測(cè)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)浮力驅(qū)動(dòng)智能控制等關(guān)鍵技術(shù)，是一種智能化升降式數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)安全可靠的深海觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通訊。本發(fā)明的基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，解決了當(dāng)前通訊潛標(biāo)每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸后，只能通過(guò)人工進(jìn)行數(shù)據(jù)回收的弊端，實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性；同時(shí)通過(guò)設(shè)置浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)并配合控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)在密度躍變層附近工作狀態(tài)的切換，通過(guò)密躍層的休眠，實(shí)現(xiàn)了低功耗下系統(tǒng)需要長(zhǎng)期工作的能力，同時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)解決了剖面運(yùn)動(dòng)的低功耗問題，實(shí)現(xiàn)在低海流條件下的上浮運(yùn)動(dòng)和通訊功能，降低了系統(tǒng)的整體功耗，大大延長(zhǎng)了系統(tǒng)工作周期；另外通過(guò)控制通訊潛標(biāo)的上浮和下潛有效保護(hù)了潛標(biāo)免受海面生物或船只對(duì)其的傷害，保證了其工作的高可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)的整體工作結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)中的智能自升降通訊浮體的的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)中的智能自升降通訊浮體的左視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)中的智能自升降通訊浮體的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)中的智能自升降通訊浮體的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)中的智能自升降通訊浮體的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說(shuō)明的是，下面描述中使用的詞語(yǔ)“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語(yǔ)“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。

實(shí)施例1：

如圖1所示，一種基于浮力驅(qū)動(dòng)的智能自升降通訊潛標(biāo)系統(tǒng)，包括：智能自升降通訊浮體1、主浮體2、錨系系統(tǒng)3。

實(shí)施例2：

如圖2所示，所述智能自升降通訊浮體1包括：主框架11、浮體材料12，通訊天線13、電子倉(cāng)14、電池倉(cāng)15、聲學(xué)模塊16、浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17。

所述主框架11為314不銹鋼材質(zhì)，分別有多個(gè)相互搭連的支撐臂111，支撐臂之間通過(guò)螺栓螺母進(jìn)行連接固定。主框架11上的支撐臂上端連接固定主浮體2，實(shí)現(xiàn)主浮體2和主框架11的連接。橫向搭連的支撐臂則為電子倉(cāng)14、電池倉(cāng)15等模塊的支撐平臺(tái)，垂向搭連的支撐臂上部為連接浮體材料12的載體，其下部為連接纜繩連接機(jī)構(gòu)112的拉伸載體，方便通過(guò)纜繩和錨系系統(tǒng)3連接。

所述主浮體12整體為扁橢圓的蝶形機(jī)構(gòu)121，目的是減少水阻，提高水動(dòng)力性能，降低運(yùn)動(dòng)能耗。同時(shí)，該種形狀還可以使智能自升降通訊浮體1在水下水聲通訊和海面衛(wèi)星通訊時(shí)保持平臺(tái)穩(wěn)定，增強(qiáng)系統(tǒng)通訊的可靠性。同時(shí)其浮體材料主體122采用高性能、低密度、地滲水率的浮力材料，不僅提高本平臺(tái)的可靠性，更能在相同的浮體材料體積下搭載更多的觀測(cè)設(shè)備。具體的為：主浮體12中的浮體材料主體122由玻璃微珠浮力材料制成，用于提供通訊潛標(biāo)的主要浮力。所述主浮體12以其蝶形機(jī)構(gòu)的中心為圓心，以其半徑的1/2為半徑在四周均勻設(shè)置有六個(gè)透孔123，用于固定和安裝浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17。

所述通訊天線13為橢圓柱形，安裝固定在所述主浮體12蝶形機(jī)構(gòu)121的正中心上頂端處，當(dāng)主浮體12浮出海面時(shí)，通訊天線13可通過(guò)內(nèi)置的GPS模塊、銥星通訊模塊或北斗模塊等進(jìn)行通訊，及時(shí)將在海底采集的其它潛標(biāo)的數(shù)據(jù)上傳，便于工作人員查看和分析。

所述電子倉(cāng)14為圓柱形結(jié)構(gòu)，兩端通過(guò)端蓋141密封，里面設(shè)置有控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲學(xué)模塊16的控制，實(shí)現(xiàn)智能自升降通訊浮體1與其它潛標(biāo)系統(tǒng)中的聲學(xué)模塊通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)其它潛標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)收集；所述電子倉(cāng)14還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17控制，實(shí)現(xiàn)浮力的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)自身的上浮和下潛運(yùn)動(dòng)，而且通過(guò)調(diào)整浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17中六個(gè)不同的機(jī)構(gòu)浮力的不同，從而實(shí)現(xiàn)浮心和重心的變換，從而實(shí)現(xiàn)橫向面上的位置移動(dòng)和變換。另外，所述電子倉(cāng)14上的端蓋141上還設(shè)置有水密頭142，實(shí)現(xiàn)電子倉(cāng)14和浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17、聲學(xué)模塊16、通訊天線13和電池倉(cāng)15的連接。所述電子倉(cāng)14底部設(shè)置有支撐體143，支撐體143既是電子倉(cāng)14的支撐載體也是連接主框架11中支撐臂111的連接本體。

電池倉(cāng)15與所述電子倉(cāng)14結(jié)構(gòu)類似，同樣的，兩端通過(guò)端蓋151密封，內(nèi)部為鋰離子電池，端蓋151上設(shè)置有水密頭152為上述的浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17、聲學(xué)模塊16和電子倉(cāng)14連接并為其供電。所述電池倉(cāng)15底部設(shè)置有支撐本體153，支撐本體153既是電池倉(cāng)15的支撐載體也是連接主框架11中支撐臂111的連接本體。

所述聲學(xué)模塊16為聲學(xué)通訊模塊，安裝固定在所述主框架11中相互搭連的支撐臂111上，功能為實(shí)現(xiàn)該模塊與其它潛標(biāo)系統(tǒng)中聲學(xué)通訊模塊的水聲通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)其數(shù)據(jù)的通訊和采集功能。所述聲學(xué)模塊16與所述電池倉(cāng)15和電子倉(cāng)14連接，電池倉(cāng)15可為聲學(xué)模塊16提供電能，而電子倉(cāng)14不僅可控制聲學(xué)模塊16啟動(dòng)通訊或采集信號(hào)，還可將聲學(xué)模塊16采集回的其它潛標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17包括：外油囊171、浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體172。所述外油囊171有圓柱形可變性彈性囊體，具備耐高壓特性，可適合大水深海洋環(huán)境。所述浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體172為圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)油囊、高壓油路結(jié)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)等，因?yàn)楫?dāng)前的浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)較為成熟，內(nèi)部機(jī)構(gòu)不在展開敘述。所述浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17共有六套，由于垂向運(yùn)動(dòng)阻力大，采用6個(gè)浮力調(diào)節(jié)裝置，均勻布置在主浮體12上，每個(gè)浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17可提供1L的浮力調(diào)節(jié)能力。通訊浮體中的浮力驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17可采用浮力驅(qū)動(dòng)技術(shù)調(diào)節(jié)自身浮力大小，控制通訊浮體在水下通訊狀態(tài)時(shí)懸停在密躍層下，通過(guò)聲學(xué)通訊收集其他潛標(biāo)觀測(cè)的海流、溫鹽等觀測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)智能控制算法，控制通訊浮體在海流較小或通訊浮標(biāo)上方?jīng)]有船只通過(guò)的時(shí)候，增大浮力浮出水面，進(jìn)行衛(wèi)星通訊傳送數(shù)據(jù)。

實(shí)施例3：

如圖3所示。所述主浮體2為橢圓柱體結(jié)構(gòu)，和主浮體12類似，同樣由玻璃微珠浮力材料制成，用于提供通訊潛標(biāo)的主要浮力，布放與水下密躍層下，距水面下約200米水深的位置。其上端和下端各設(shè)置有纜繩扣21結(jié)構(gòu)，上端的纜繩扣21結(jié)構(gòu)與所述錨系系統(tǒng)3中的Kevlar纜31下端連接，下端的纜繩扣22結(jié)構(gòu)與所述錨系系統(tǒng)3連接。

實(shí)施例4：

如圖4所示。所述錨系系統(tǒng)3用于錨定潛標(biāo)，由Kevlar纜31、雙并聯(lián)釋放器32和重力錨33構(gòu)成。其中Kevlar纜31為高強(qiáng)度線纜，上端連接主浮體2，下端連接雙并聯(lián)釋放器32。所述雙并聯(lián)釋放器32用于上述智能自升降通訊浮體1的釋放和回收。雙并聯(lián)釋放器32采用雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)，目的是提高工作的高可靠性，并且其上端連接Kevlar纜31，下端同樣通過(guò)Kevlar纜31連接重力錨33。

上述實(shí)施例只是為了說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的實(shí)質(zhì)所作出的等效的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。