[发明专利]水下滑翔机海洋水文剖面观测方法

说明书

技术领域

水下滑翔机观测技术。

背景技术

水下滑翔机是一种结合了浮标技术和水下机器人技术的自主式水下无人航行器。水下滑翔机由净浮力驱动航行，通过浮力调节机构实现正浮力和负浮力的周期性转换，通过姿态调整机构达到适当的俯仰角，两者结合使水下滑翔机在上浮或下潜的同时向前滑翔运动。水下滑翔机可搭载多种用于海洋观测的传感器，并具备通信系统，可以在浮出水面时进行数据传输与远程控制。水下滑翔机具有目标寻址、随体观测、原位观测、中性体控制的特点，在海洋调查领域具有广阔的应用前景。

水下滑翔机作为一种水下无人观测平台，同时具备自主航行与海洋观测两种功能，但是，到目前为止，水下滑翔机的海洋水文剖面观测仍然采用航行过程与观测过程混合进行的观测方法，不进行功能性区分，导致观测结果比较粗糙，也没能发挥出水下滑翔机的特有性能。因为，在下潜航行与上浮航行的同时进行观测，对观测对象的识别和针对性措施就缺少足够的时空过程，难以实现观测传感器与观测对象的时空尺度匹配以及观测值时空坐标的精确确定，甚至保证不了对观测要素的原位观测；更为重要的是，水下滑翔机具有中性悬停的特有性能，能够实现对海洋内部现象的原位观测，如果对航行过程和观测过程不进行分离，这种性能就得不到发挥。所以，理清水下滑翔机的观测思路，提出一种将航行过程与观测过程分离的海洋水文剖面观测方法，解决航行和观测混合运行时观测数据的质控障碍，并通过中性悬停实现对海洋内部现象的原位观测，对水下滑翔机的系统推广应用有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种水下滑翔机海洋水文剖面观测方法，实现水下滑翔机的要素原位观测、现象原位观测、观测传感器与观测对象时空尺度匹配以及观测值时空坐标的精确确定。

本发明内容包括：

1.水下滑翔机航行过程与观测过程分离，避免航行过程与观测过程的相互干扰，下潜过程主要作为航行过程，上浮过程主要作为观测过程。

2.水下滑翔机原位观测，包括对海洋要素的原位观测，以及对海洋内部现象的原位观测。

3.水下滑翔机观测传感器与观测对象时空尺度匹配，使观测结果可靠、准确。

附图说明

图1为水下滑翔机观测传感器位置示意图。

图2为水下滑翔机的剖面观测示意图。

图中标记：1、头部温盐深剖面仪；2、尾部温盐深剖面仪；3、水面；4：最大下潜深度；5、下潜航行路径；6、第一段上浮观测路径；7、水下滑翔机中性悬停；8、第二段上浮观测路径。

具体实施方式

1.合理布设观测传感器在水下滑翔机上的位置。如图1所示，在水下滑翔机的头部安装温盐深剖面仪1，尾部安装温盐深剖面仪2，两个温盐深剖面仪并行观测。

2.将水下滑翔机的航行过程与观测过程分离。如图2所示，下潜过程与上浮过程具有明显的非对称性，将下潜过程主要作为航行过程，以向目标区航行为主要目的，采用较小的滑翔角，增大单次下潜的水平滑翔距离，附带进行要素观测；将上浮过程主要作为观测过程，以要素观测为主要目的，附带进行航行运动，航行参数满足水文剖面观测的要求。

3.水下滑翔机进行原位观测。在上浮观测过程中，控制俯仰角的稳定，使头部的温盐深剖面仪最先接触前方的水体，减少水下滑翔机在航行时扰动水体对观测结果的影响，实现海洋要素的原位观测；在上浮观测过程中，针对要观测的海洋现象，控制水下滑翔机在特定深度中性悬停，使水下滑翔机融入到海洋现象中，实现海洋现象的原位观测。

4.水下滑翔机观测传感器与观测对象时空尺度匹配。在上浮观测过程中，水下滑翔机根据观测海洋现象的特征，针对性地调整上浮姿态、上浮速度，使观测传感器与观测对象时空尺度匹配，航行参数满足观测传感器的工作条件；控制水下滑翔机近似垂直上浮，减少最大下潜位置与上浮出水位置的水平距离，使观测结果的时空坐标更加精确。