[发明专利]一种观测几何自动调整的水体表观光谱观测装置与方法

权利要求书

1.一种观测几何自动调整的水体表观光谱观测装置，其特征在于：包括中央控制单元(1)、旋转驱动单元(2)、方位跟踪单元(3)、旋转台(4)和底座(5)；

所述的中央控制单元(1)为处理器和外围电路构成的单板计算机，设置有与外部通讯的接口，分别与所述的旋转驱动单元(2)和方位跟踪单元(3)电气连接；

所述的旋转驱动单元(2)包括电机驱动板(21)、步进电机(22)、蜗轮传动装置和电机固定板(26)；所述的蜗轮传动装置由转动蜗轮(23)和从动蜗轮(24)及传动带(25)组成；所述的电机驱动板(21)与步进电机(22)电气连接；所述的步进电机(22)的转动轴与所述的转动蜗轮(23)的转动轴固定连接，所述的从动蜗轮(24)的转动轴与所述的旋转台(4)上设置的支撑转轴(42)固定连接；所述的转动蜗轮(23)和从动蜗轮(24)通过所述的传动带(25)连接；

所述的方位跟踪单元(3)为一姿态传感器，用于实时跟踪所述的旋转台(4)转动的方位；所述的旋转台(4)包括转动盘(41)、支撑转轴(42)和仪器挂载杆(43)；所述的支撑转轴(42)固定连接在所述的转动盘(41)下表面，用于带动所述的转动盘(41)旋转；所述的仪器挂载杆(43)底端固定连接在所述的转动盘(41)上表面；

所述的底座(5)为一由顶盖(51)和底座壳体(52)装配构成的中空结构，中空结构内设有内部安装架(53)；所述的中央控制单元(1)和电机驱动板(21)固定安装在所述的内部安装架(53)上；所述的电机固定板(26)固定连接在所述的顶盖(51)下表面上，使整个旋转驱动单元(2)都处于底座(5)的中空结构内；所述的电机固定板(26)为凹型结构，固定安装在所述的顶盖(51)上；所述的转动蜗轮(23)和从动蜗轮(24)均固定安装在所述的电机固定板(26)凹槽内，所述的步进电机(22)固定安装在所述的电机固定板(26)下端；所述的转动盘(41)安装在所述的顶盖(51)上，所述的顶盖(51)下底部中央安装有旋转轴承(511)，所述的支撑转轴(42)一端穿过所述的旋转轴承(511)与所述的转动盘(41)固定连接，另一端与所述的从动蜗轮(24)的转动轴固定连接；

所述的仪器挂载杆(43)用作各种水体表观光谱观测仪器安装架的主支撑杆。

2.根据权利要求1所述的观测几何自动调整的水体表观光谱观测装置，其特征在于：所述的底座壳体(52)底部设置有可供外部数据传输及电源供应的水密接口(521)。

3.根据权利要求1所述的观测几何自动调整的水体表观光谱观测装置，其特征在于：所述的内部安装架(53)设有安装孔，通过螺纹连接件将所述的中央控制单元(1)和电机驱动板(21)固定安装。

4.根据权利要求1所述的观测几何自动调整的水体表观光谱观测装置，其特征在于：所述的仪器挂载杆(43)为一中空圆形直杆，固定连接于所述的转动盘(41)上表面中心位置，与所述的转动盘(41)上表面垂直。

5.根据权利要求1所述的观测几何自动调整的水体表观光谱观测装置，其特征在于：所述的方位跟踪单元(3)为一三轴电子罗盘传感器，通过螺纹连接件固定安装在所述的仪器挂载杆(43)顶端。

6.根据权利要求1所述的观测几何自动调整的水体表观光谱观测装置，其特征在于：安装在仪器挂载杆(43)顶端的水体表观光谱观测仪器的观测方向与太阳入射方向成135°夹角。

7.一种利用权利要求1所述的观测几何自动调整的水体表观光谱观测装置进行观测的方法，包括以下技术步骤：

步骤1：在待测水体中安装固定支架，使固定支架露出水面至少2米，在固定支架顶部安装万向水平支架，再在万向水平支架上安装水体表观光谱观测装置；

步骤2：水体表观光谱观测光学仪器按常规方法定标后，通过各种安装架安装在所述的仪器挂载杆(43)上，并使仪器观测方向与所述的方位跟踪单元的基准方向即三轴电子罗盘传感器的X轴方向一致；

步骤3：对待测水体进行表观光谱观测，将通过水密接口(521)获取观测地点经纬度数据及观测时刻时间数据，传输至所述的中央控制单元(1)，作为计算太阳方位角γ的输入参数，计算太阳方位角γ的公式如下：

其中，h为太阳高度角，为观测地点的地理纬度，为太阳赤纬角，观测地点午前太阳方位角γ为360°-A，午后太阳方位角γ为A；

步骤4：通过安装在方位跟踪单元(3)上的三轴电子罗盘传感器，分别获取到XYZ三轴的磁场强度，并由以下公式可计算出X轴与正南方向的夹角B：

B＝tan^-1(Y/X)*(180°/π)+180°；

X、Y分别是X轴和Y轴的磁场强度对应的数字量化输出值；

步骤5：所述的中央控制单元(1)一边下达指令给所述的旋转驱动单元(2)，让所述的电机驱动板(21)驱动所述的步进电机(22)，从而通过所述的蜗轮传动装置带动所述的旋转台(4)及承载在旋转台(4)上的水体表观光谱观测仪器进行旋转；一边实时将步骤4计算得到的水体表观光谱观测仪器观测方位角B与步骤3计算得到的太阳方位角γ进行比较，当水体表观光谱观测仪器观测方向与太阳直射方向夹角为135°时，所述的中央控制单元(1)下达停止转动的命令给所述的旋转驱动单元(2)，实现了水体表观光谱仪器的观测几何的自动调整。