CN110926458A - 一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基，包括基座、浮体；所述基座上设置有浮体，所述浮体具有浮沉系统、水下数据采集系统和供电系统；所述基座内还包括一布放、回收系统，本发明可以实现地球物理场仪器设备的重复布放，从而确保物理场观测参数准确以及海床基系统可以长期使用。
Description
技术领域
本发明属于海洋监测领域，具体地说是一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基。
背景技术
海床基是一种浅海坐底自容式海底观测平台，外观采用四边形棱台设计，顶部配有球形抗拖网外罩。内部搭载海洋观测仪器，获得水文、地质、地球物理以及生态等参数。测量海底的流速、噪声、磁场等数据对船舶安全航行以及军事相关活动均有重要意义。准确测量出这些数据之后可以对船舶最佳航线的选择提供更好的方案。现有的海床基虽然能够测量这些数据，但没有采取适当的方法解决海床基不能够在同一个位置测量数据的问题。大多数现有的海床基在布放回收以及再次布放的时候海床基很有可能移位，这也就导致了海床基不能在同一个位置上测得相关数据，数据之间就会有偏差，导致制定船舶航行或者潜水器潜行的时候难以或有更优的方案。
发明内容
为了能够解决这个问题，本发明设计了一个能够精准、原位观测且可重复布放的海床基，其基座下面有一固定桩，在桩打入海底后能够使海床基保持同一个位置，可以实现地球物理场仪器设备的重复布放，从而确保物理场观测参数准确以及海床基系统可以长期使用。
为了弥补已有海床基无法在相同的位置测量海底数据的不足，本专利设计了一种基座可固定在海底的海床基，保证海床基能够在同一位置测量数据。
本发明采用的技术方案：
一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基，包括基座、浮体；所述基座上设置有浮体，所述浮体具有浮沉系统、水下数据采集系统和供电系统；所述基座内还包括一布放、回收系统，其中：
所述惯性导航系统可以解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置，还可对海底的重力场进行测量；
所述水下数据采集系统是将采集的水下模拟信号存储在其仪器内，待浮体回收后，对其数据再进行相应处理；
所述布放、回收系统是通过声学控制对海床基进行布放和找回；
所述供电系统用于对浮体内的仪器提供电力供给。
所述的布放、回收系统包括设置在基座内的第一声学释放器和第二声学释放器；所述第一声学释放器接收地面终端系统定位信号将浮体下沉与基座定位连接；所述第二声学释放器接收地面终端系统找回信号将浮体上浮与基座脱离。
所述水下数据采集系统包括水声通讯单元、声控单元和控制单元；其中：
所述水声通讯单元是将文字、语音、图像等信息，通过电发送机转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号。
所述声控单元包括噪声测量声呐、定位声呐、流速测量声呐构成，用于通过声呐信号测量所需的海底信息。
所述控制单元用于对水声单元、声控单元的命令。
所述惯性导航系统包括一个重力仪，用来测量海底绝对重力加速度。
所述浮体还包括水位计和地磁日变站。
所述的基座上还设置有用于连接海床的桩体。
有益效果
1.在海床基基座所连接的桩通过打桩机压入海底之后，可将海床基基座固定在海底，之后再将浮体设置于基座上之后可以保证仪器舱内的仪器能够在相同的位置测量海底的数据，保证测量数据的准确性；
2.浮体中仪器舱里面的仪器在从海床基中回收之后，先收集其中数据，经过对测量仪器维护之后，还可将仪器再次放入仪器舱中，随着浮体再次设置于基座上，实现地球物理场仪器设备的重复布放，确保海床基系统可重复使用；
3.浮体回收之后经过维护可再次利用，避免更换浮体的问题，减少了浮体再次布放使用的成本。
附图说明
图1是海床基整体结构示意图；
图2是海床基外形及其结构爆炸示意图；
图3是海床基组成示意图；
图中：1基座、2浮体、3惯性导航系统、4重力仪、5锂电池组、6水下通讯单元、7噪声测量声呐、8定位声呐、9水位计、10第一声学释放器、11第二声学释放器、12控制单元、 13流速测量声呐、14通讯声呐、15、地磁日变站、16固定环。
具体实施方式
图1和图2所示，该海床基包括基座1、浮体2。其中浮体2设计需要考虑所搭载的仪器，浮体2内部为仪器舱，其中的仪器：锂电池组5、控制单元12、水下通讯单元6、通讯声呐14、噪声测量声呐7、水位计9、地磁日变站15、定位声呐8与仪器舱通过螺栓固定连接。浮体2下表面与基座1配合。其上部为正方形，与惯性导航系统3通过螺栓固定连接。重力仪4通过螺栓与惯性导航系统3固定连接。固定环16通过螺栓与基座1固定连接，第一声学释放器10与第二声学释放器11通过固定环16固定在基座1上面。
所述海床基主要分为基座1和浮体2。所述浮体2设置于基座1正上方，与基座1接触方式为面接触；
所述基座1底部有一将海床基基座1固定在海底的桩，其长度需要根据海底情况进行调整，应满足基座1连接的桩能打入基岩的要求，避免基座1位置发生变化。所述桩顶部连接于基座1底部，并且接近基座1底部的横截面积较大，可以使应力更加均匀分散在基座1底部，减少桩与基座1底部连接部分断裂的情况发生。在桩的顶部以及底部的横截面积发生变化时采用了圆角处理，减少了应力集中的影响。在布放时，先使用打桩机将基座1底部的桩固定在海底，再将浮体2设置于基座1上方。
所述浮体2中设有仪器舱，用来安装各种仪器；
所述惯性导航系统3设置于浮体2的顶部。惯性导航系统3是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统；
所述重力仪4设置于浮体2顶部的惯性导航系统3中，用来测量海底绝对重力加速度；
所述锂电池组5设置于浮体2的仪器舱中，为各个仪器供电；
所述水声通讯单元6设置于仪器舱中，其中为水声通讯设备，所述水声通讯单元将文字、语音、图像等信息，通过电发送机转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号；
所述噪声测量声呐7设置于仪器舱中，所述噪声测量声呐7利用声波传播特性对浅海海底的噪声进行测量；
所述定位声呐8设置于仪器舱中，所述定位声呐8根据在不同位置测定的目标声响方向，以及根据声响特征推断目标航速，来推算目标的航向和距离；
所述水位计9设置于仪器舱中。所述水位计9为压力式水位计，应用固态压阻器件作传感器，将水压力转变成电压模量或频率量输出；
所述第一声学释放器10和第二声学释放器11设置于基座，所述声学释放器用于浮体2 及其仪器舱内部仪器的投放和回收，经过维护，可再次使用；
所述控制单元12设置于仪器舱中，主要作用控制各部分仪器进行相应命令执行；
所述流速测量声呐13设置于仪器舱中，所述流速测量声呐13利用多普勒效应进行流速测定；
所述通讯声呐14设置于仪器舱中，所述通讯声呐14利用声波在水下传播特性，通过电声转换和信息处理完成水下通讯任务；
所述地磁日变站15设置于仪器舱中。所述地磁日变站15在海底近距离的测量可以大大提高海洋磁测精度；
所述布放系统为将海床基布放到海底的系统，布放方式可为人工布放或者水下机器人等仪器进行布放；
所述回收系统为将浮体2及其仪器舱回收的系统，回收方式可为人工回收或者水下机器人等仪器进行回收；
如图1和图3所示，海床基基座1外形为锥台结构，其底部为八面形，顶部为正方形。透水格栅的设计可以减少海流对海床基的冲击力，保证海床基能长时间处于原位置。浮体2左右两个各有一个通孔，既能降低海流直接对海床基的冲击，又能在布放回收时提供便利。
在设计图1所示的重力仪4的外壳时，首先需要对其外壳进行材料选型，由于海底工作时，周围的工作环境为高压环境，而且重力仪4内部的密闭空间会有较大的正浮力，因此选择强度高、密度小的增强型复合材料。其中上下固定装置需要考虑到其长时间的海底工作环境，因此选用耐腐蚀性能较好的不锈钢，且整个回收球体涂刷防海生物油漆，一方面防止海蛎子等生物附接在舱体表面影响其工作，另一方面方便其上浮后工作人员对其进行搜寻工作。这样就能保证回收可靠性、环境适应性和经济型。
控制单元12向各个测量仪器发出测量命令，各仪器开始测量。在各仪器得到测量数据之后将文字、语音等信息发送至水声通讯单元6转换为电信号。
本发明在布放过程中，先用打桩机将底座的桩压住海底，使基座1固定在海底，再通过地面终端服务系统发出对第一声学释放器10定位信号，执行释放海床基浮体2命令。浮体2 释放完成后通过水下机器人或者人工等方式将浮体2及其仪器舱内部仪器放入海底的海床基基座1上。在回收过程中，第二声学释放器11释放信号，执行浮体2与基座1的释放动作，再次通过水下机器人或者人工等方式将浮体2及其仪器舱内部仪器回收。
应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基，包括基座、浮体；所述基座上设置有浮体，其特征在于：所述浮体具有浮沉系统、水下数据采集系统和供电系统；所述基座内还包括一布放、回收系统，其中：
所述惯性导航系统可以解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置，还可对海底的重力场进行测量；
所述水下数据采集系统是将采集的水下模拟信号存储在其仪器内，待浮体回收后，对其数据再进行相应处理；
所述布放、回收系统是通过声学控制对海床基进行布放和找回；
所述供电系统用于对浮体内的仪器提供电力供给。
2.根据权利要求1所述的一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基，其特征在于：所述的布放、回收系统包括设置在基座内的第一声学释放器和第二声学释放器；所述第一声学释放器接收地面终端系统定位信号将浮体下沉与基座定位连接；所述第二声学释放器接收地面终端系统找回信号将浮体上浮与基座脱离。
3.根据权利要求1所述的一种可精准、原位观测且可重复布放回收的海床基，其特征在于：所述水下数据采集系统包括水声通讯单元、声控单元和控制单元；其中：
所述水声通讯单元是将文字、语音、图像等信息，通过电发送机转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号；
所述声控单元包括噪声测量声呐、定位声呐、流速测量声呐构成，用于通过声呐信号测量所需的海底信息；
所述控制单元用于对水声单元、声控单元的命令。
4.根据权利要求1所述的一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基，其特征在于：所述惯性导航系统包括一个重力仪，用来测量海底绝对重力加速度。
5.根据权利要求1所述的一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基，其特征在于：所述浮体还包括水位计和地磁日变站。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种可实现精准、原位观测且可重复布放回收的海床基，其特征在于：所述的基座上还设置有用于连接海床的桩体。
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