適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，具體說是適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋已成為國(guó)際戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。而針對(duì)淺海及內(nèi)河流域測(cè)量的實(shí)際需求多種多樣。為了滿足這些測(cè)量需求，世界各國(guó)爭(zhēng)相開展高效高精度的水下探測(cè)設(shè)備研究。
[0003]無人遙控潛水器(Remote Operated Vehicles, R0V)，也稱水下機(jī)器人，是一種工作于水下的極限作業(yè)機(jī)器人，能潛入水中代替人完成某些操作，又稱潛水器。由于水下環(huán)境惡劣危險(xiǎn)，人的潛水深度有限，所以水下機(jī)器人已成為開發(fā)海洋的重要工具。它的工作方式是由水面母船上的工作人員，通過連接潛水器的臍帶或稱臍帶纜提供動(dòng)力，操縱或控制潛水器，通過水下電視、聲吶等專用設(shè)備進(jìn)行觀察，還能通過機(jī)械手，進(jìn)行水下作業(yè)。
[0004]世界上主要的海洋大國(guó)如美國(guó)、俄羅斯、日本、英國(guó)和法國(guó)等都先后開發(fā)了多種型號(hào)的水下無人機(jī)器人，用于不同的任務(wù)和不同的工作深度，而進(jìn)口的大型ROV價(jià)格一般偏高，小型ROV自身的推進(jìn)力和可控性都較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)及其使用方法。
[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
本發(fā)明的適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)，包括水面支持系統(tǒng)、水下平臺(tái)以及連接上述水面支持系統(tǒng)與水下平臺(tái)的臍帶纜；水面支持系統(tǒng)又包括水面控制單元、顯示器、鍵盤和供電單元，其中顯示器和鍵盤分別與水面控制單元相互連接，水面控制單元上還設(shè)置連接臍帶纜的臍帶接口，供電單元設(shè)置電源輸入接口與電源輸出接口，通過電源輸出接口為水面控制單元供電，由水面控制單元引出的臍帶纜經(jīng)由供電單元與水下平臺(tái)相連接；水下平臺(tái)又包括推進(jìn)器、探測(cè)器、接線箱和水下供電單元，臍帶纜與水下供電單元相連接，且水下供電單元通過接線箱為水下平臺(tái)供電，水下平臺(tái)上設(shè)置有導(dǎo)航電子艙和信號(hào)接收模塊；導(dǎo)航電子艙中設(shè)置北斗定位模塊，而信號(hào)接收模塊中設(shè)置姿態(tài)儀和陀螺儀；探測(cè)器包括帶有照明燈的攝像機(jī)、聲納、激光掃描儀中的至少一個(gè)。
[0007]本發(fā)明還可以采用以下技術(shù)方案:
所述的水下平臺(tái)中又包括構(gòu)成各部件支撐主體的裝載平臺(tái)和側(cè)面框架，側(cè)面框架固定在裝載平臺(tái)的兩側(cè)，在裝載平臺(tái)的前端設(shè)置探測(cè)器，推進(jìn)器和導(dǎo)航電子艙分別與裝載平臺(tái)相固定，在裝載平臺(tái)的上方設(shè)置導(dǎo)流罩，信號(hào)接收模塊設(shè)置在導(dǎo)流罩上。
[0008]所述的側(cè)面框架為鏤空結(jié)構(gòu)。
[0009]所述的裝載平臺(tái)上固定的推進(jìn)器為多個(gè)，分別為:設(shè)置方向與水下平臺(tái)進(jìn)退方向一致的水平推進(jìn)器、設(shè)置方向與水下平臺(tái)浮降方向一致的垂直推進(jìn)器和設(shè)置方向與水下平臺(tái)進(jìn)退方向、浮降方向分別垂直的側(cè)向推進(jìn)器。
[0010]應(yīng)用北斗定位模塊和姿態(tài)儀對(duì)平臺(tái)入水前的位置和姿態(tài)進(jìn)行精確測(cè)定，入水后依靠姿態(tài)儀和陀螺儀進(jìn)行定位，通過對(duì)平臺(tái)位置的精確測(cè)定，指導(dǎo)控制系統(tǒng)控制推進(jìn)裝置保持平臺(tái)的姿態(tài)或到達(dá)目標(biāo)位置和姿態(tài)。。
[0011]適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)中還包括臍帶纜絞車，水下平臺(tái)和供電單元之間的臍帶纜纏繞在臍帶纜絞車上，臍帶纜的應(yīng)力滿足200米施放的要求，整體比重接近海水比重，以減少對(duì)平臺(tái)的拖曳。
[0012]所述的供電單元通過其電源輸出接口上連接的外延線為顯示器供電。
[0013]所述的水面控制單元通過鍵盤接口與鍵盤相連，通過視頻輸出接口和VGA輸出接口與顯示器相連接；水面控制單元上還連接設(shè)置有手操盒。
[0014]所述的信號(hào)接收模塊中還包括深度傳感器；導(dǎo)航電子艙中還包括慣性導(dǎo)航設(shè)備。
[0015]本發(fā)明的適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟:
A、水下平臺(tái)的布放，在探測(cè)點(diǎn)附近水域施放水下平臺(tái)，水下平臺(tái)浮于水面；
B、水面支持系統(tǒng)通過臍帶纜為水下平臺(tái)供電，通過導(dǎo)航電子艙中的北斗定位模塊和信號(hào)接收模塊中的姿態(tài)儀對(duì)水下平臺(tái)下水前的位置和姿態(tài)進(jìn)行初始定位；
C、水下平臺(tái)下潛，開啟聲納，掃描尋找探測(cè)點(diǎn)位置，釋放臍帶纜，根據(jù)掃描結(jié)果調(diào)整水下平臺(tái)行進(jìn)的路徑，并記錄電纜的釋放長(zhǎng)度；
D、水下平臺(tái)根據(jù)姿態(tài)儀和陀螺儀獲取的位置和姿態(tài)信息調(diào)整不同方向上推進(jìn)器的工作，修正水下平臺(tái)行進(jìn)途中或觀測(cè)過程中由海流引起的航跡偏差；
E、通過聲納不斷掃描和更新圖像，并在掃描聲納顯示器上對(duì)掃描圖像進(jìn)行顯示；水下平臺(tái)接近探測(cè)點(diǎn)物體后，開啟攝像機(jī)和照明燈，通過光學(xué)觀察探測(cè)該物體，記錄其深度、夕卜觀、形狀、位置和坐標(biāo)；根據(jù)綜合探測(cè)水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)距離，對(duì)比水下平臺(tái)與船舶的相對(duì)位置和海流速度等信息，綜合確定臍帶纜的釋放長(zhǎng)度，釋放或回收臍帶纜，并記錄電臍帶纜的釋放量；
F、水下平臺(tái)上浮至水面以后，根據(jù)臍帶纜的當(dāng)前釋放量，提升回收臍帶纜，用臍帶纜絞車將綜合探測(cè)水下平臺(tái)回收。
[0016]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
本發(fā)明的適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)及使用方法中，在水下平臺(tái)上設(shè)置了北斗定位模塊和姿態(tài)儀，應(yīng)用北斗定位模塊和姿態(tài)儀進(jìn)行下水前的位置和姿態(tài)的定位，為下水后水下平臺(tái)的控制打下基礎(chǔ)；通過陀螺儀和姿態(tài)儀進(jìn)行機(jī)器入水后的精確定位，輔助進(jìn)行操作；應(yīng)用多個(gè)推進(jìn)器進(jìn)行提高機(jī)器在大水流環(huán)境下的控制能力；可根據(jù)需求更換攝像機(jī)、聲納、激光傳感器等部件，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)中水下平臺(tái)的俯視圖；
圖3是本發(fā)明的適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)中水下平臺(tái)的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的適用于復(fù)雜水域的水下目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)，包括水面支持系統(tǒng)、水下平臺(tái)以及連接上述水面支持系統(tǒng)與水下平臺(tái)的臍帶纜；水面支持系統(tǒng)又包括水面控制單元、顯示器、鍵盤和供電單元，其中顯示器和鍵盤分別與水面控制單元相互連接，水面控制單元上還設(shè)置連接臍帶纜的臍帶接口，供電單元設(shè)置電源輸入接口與電源輸出接口，通過電源輸出接口為水面控制單元供電，由水面控制單元引出的臍帶纜經(jīng)由供電單元與水下平臺(tái)相連接；水下平臺(tái)又包括推進(jìn)器、探測(cè)器、接線箱和水下供電單元，臍帶纜與水下供電單元相連接，且水下供電單元通過接線箱為水下平臺(tái)供電，水下平臺(tái)上設(shè)置有導(dǎo)航電子艙和信號(hào)接收模塊；導(dǎo)航電子艙中設(shè)置北斗定位模塊，而信號(hào)接收模塊中設(shè)置姿態(tài)儀和陀螺儀；探測(cè)器包括帶有照明燈的攝像機(jī)、聲納、激光掃描儀中的至少一個(gè)。北斗定位模塊為已有的現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，故不對(duì)該模塊的具體結(jié)構(gòu)和架構(gòu)進(jìn)行描述。探測(cè)器中采用聲納時(shí)，水面支持系統(tǒng)中還需設(shè)置掃描聲納單元和掃描聲納顯示器，掃描聲納單元通過輔助數(shù)據(jù)接口與供電單元相連接，且掃描聲納控制器與掃描聲納顯示器相連，供電單元通過電源輸出接口為掃描聲納顯示器供電。
[0020]水面支持系統(tǒng)可采用母船的形式或是岸基的形式，母船形式需要額外的母船設(shè)備，其攜帶和使用都不太方便?？紤]到生產(chǎn)時(shí)間的實(shí)際需要，水面支持系統(tǒng)可采用便攜式控制箱的形式，通過臍帶纜完成電力傳輸和信息傳遞。
[0021]臍帶纜可選用光電復(fù)合纜和普通電纜，臍帶纜的應(yīng)力能夠滿足200米施放的要求，整體比重接近海水比重，以減少對(duì)平臺(tái)的拖曳。通過控制系統(tǒng)內(nèi)部通訊單元的信號(hào)采集，由臍帶纜實(shí)現(xiàn)與水面支持系統(tǒng)的通訊。
[0022]如圖2、圖3所示，水下平臺(tái)中又包括構(gòu)成各部件支撐主體的裝載平臺(tái)I和側(cè)面框架2，側(cè)面框架固定在裝載平臺(tái)的兩側(cè)，照明燈4、攝像機(jī)11和聲納6設(shè)置在裝載平臺(tái)的前端，推進(jìn)器和導(dǎo)航電子艙10分別與裝載平臺(tái)相固定，在裝載平臺(tái)的上方設(shè)置導(dǎo)流罩3，以減少水下平臺(tái)在移動(dòng)中所受到的水的阻力，信號(hào)接收模塊5設(shè)置在導(dǎo)流罩上。水下平臺(tái)采用開架式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)重量及負(fù)載重量主要依靠浮力材料和設(shè)備的浮力來平衡。
[0023]上述開架式框架結(jié)構(gòu)可采用聚丙烯，而其中的金屬材料選擇不銹鋼或玻璃鋼，調(diào)整浮力使用浮力材料輔助，以控制產(chǎn)品重量，整體設(shè)備重量控制在30kg左右。
[0024]水下平臺(tái)上的側(cè)面框架2為鏤空結(jié)構(gòu)，以減小水下平臺(tái)受到得阻力。
[0025]裝載平臺(tái)上固定的推進(jìn)器為多個(gè)，分別為:設(shè)置方向與水下平臺(tái)進(jìn)退方向一致的水平推進(jìn)器8、設(shè)置方向與水下平臺(tái)浮降方向一致的垂直推進(jìn)器7和設(shè)置方向與水下平臺(tái)進(jìn)退方向、浮降方向分別垂直的側(cè)向推進(jìn)器9，以提高空間運(yùn)動(dòng)能力。上述推進(jìn)器可采用功率為300w的機(jī)電一體化電機(jī)。
[0026]應(yīng)用北斗定位模塊和姿態(tài)儀對(duì)平臺(tái)入水前的位置和姿態(tài)進(jìn)行精確測(cè)定，入水后依靠姿態(tài)儀和陀螺儀進(jìn)行定位，通過對(duì)平臺(tái)位置的精確測(cè)