[发明专利]用于海洋地理监测的自主帆船

说明书

本申请要求2012年3月27日提交的美国临时专利申请61/616,044的权益。

本发明的背景技术及发明内容

本发明涉及自主航海帆船领域，更具体地说，涉及一种低成本、高效并且坚固耐用的帆船，这种帆船包括用于监测和报告环境及其他状况的监测和通信设备。

背景技术

全世界的海洋大多在监测起来非常困难并且代价昂贵的区域中，一部分的原因是由于被海洋包围的区域的大小以及到达遥远区域所要求的时间和资源。据估计每天要花费约1到10万美元来在遥远区域(诸如南太平洋)中提供有人驾驶的监测船。因此，实际进行了非常少的海洋地理监测。类似地，航空勘察也是非常昂贵的，并且在每次飞行期间能够进行监测的范围和区域方面非常受限。有人驾驶的舰船或飞行器也受制于恶劣天气条件，这会限制可能进行监测的次数或者可能将监测人员置于风险增加的境地。卫星成像提供了与海洋表面及之上的状况有关的一些信息，但在海洋表面之下的情况中基本上是受限的。

存在对于提供更详细的海洋地理监测的增长的需求。例如，关注于对海洋生物有害的碳氢化合物及其他物质的增长的水平。在沿海地区，特别关注于从肥沃的土地流失的氮。对特定栖息地中的鱼类的监测可以提供对增加的死亡率或降低的出生率的早期警告。类似地，如果发生环境灾害(诸如海湾石油泄漏)，对灾难的影响程度的准确监测能够有助于救援和修复行动。

除了环境问题之外，在世界某些地区中海盗活动的增加以及经由海运的毒品走私的增加也是令人关注的。人工监视在范围和区域方面是受限的，并且在一些情况下，对于监视人员而言是危险的。

除了处理特定问题之外，对海洋地理状况的监测还可以增强我们预报风暴和海啸的能力，并且还可以通过向船只警告特别危险的状况来加强海事安全。在一些情况下，在一个区域中海上远程监测器的可用性可以加强在该区域中的搜索和营救行动。

提供用于增强海洋地理监测的可负担的装置将会是有益的。还将有益的是能够在所监测的地点不需要人员的情况下提供这种增强的海洋地理监测。还将有益的是在危险的状况下提供具有高存活可能性的可靠并且鲁棒的监测能力。

这些及其他益处可以由一种自主帆船船队来实现，这种自主帆船装备有用于报告环境及其他状况的监测和通信设备。为了最佳的稳定性和速度，该自主航行帆船是具有自动扶正能力的多体船(双体船)。每个帆船通过一个或多个卫星链路来发送和接收信息，使用太阳能来为通信设备以及监测设备供电。每个帆船包括：自动调帆系统，其用于保持与风向的期望的攻角(“迎角”)；以及电动推进器，其在有足够的电力可用时根据需要来使用。使用模块化设计来支持特定于任务的有效负载。

在一个示例性实施例中，所述帆船包括：彼此平行布置的并且通过桁架装置连接在一起的多个船体；翼帆结构，其可围绕与所述多个船体的平面垂直的第一旋转轴以及与所述船体平行的第二旋转轴进行旋转；以及自动扶正系统，其配置为当检测到所述帆船的倾覆时使翼帆结构围绕第二旋转轴进行旋转。

对倾覆的帆船的扶正可以通过以下操作来进行：使浮力桅杆结构围绕与水体表面平行的轴进行旋转，使得倾覆的帆船的浮力中心移至该倾覆的帆船的重心之外。

在另一个示例性实施例中，所述帆船包括：彼此平行布置的并且通过桁架装置连接在一起的多个船体；翼帆结构，其可围绕与所述多个船体的平面垂直的第一旋转轴进行旋转；以及自动调校系统，其控制翼帆结构围绕所述第一旋转轴的旋转。所述翼帆结构包括：翼帆，其提供升力来推动所述帆船前进；风向标，其以所述翼帆结构为枢轴转动以便始终与当前风向对准；以及连接杆，其控制翼帆结构的方位和风向标的方位之间的差。所述自动调校系统包括:凸轮，其附接到所述桁架装置并且连接到所述连接杆以基于桁架结构的方位来控制所述翼帆结构的方位和所述风向标的方位之间的所述差。

所述自调校可以通过以下操作来进行：将所述翼帆结构和所述风向标结构通过凸轮连接起来，该凸轮基于所述风向标结构指示的风向来控制翼帆的攻角。

附图说明

下面参照附图通过举例的方式来进一步详细地解释本发明，其中：

图1示出了通过卫星和因特网连接与用户通信的自主航行船队的示例性概念简图。

图2A-2B示出了依据本发明的方面的示例性自主帆船。

图3A-3I示出了具有自扶正能力的示例性自主帆船。

图4A-4E示出了具有自调校能力的示例性自主帆船。

图5示出了示例性自主帆船的通信和控制系统的示例性框图。