[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN113624211A - Ladcp与usbl组合观测装置及其使用方法 - Google Patents

Ladcp与usbl组合观测装置及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113624211A
CN113624211A CN202111185148.3A CN202111185148A CN113624211A CN 113624211 A CN113624211 A CN 113624211A CN 202111185148 A CN202111185148 A CN 202111185148A CN 113624211 A CN113624211 A CN 113624211A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ladcp
mounting
usbl
water
water sampling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111185148.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113624211B (zh
Inventor
郭景松
周欣
张志新
曲大鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
First Institute of Oceanography MNR
Original Assignee
First Institute of Oceanography MNR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by First Institute of Oceanography MNR filed Critical First Institute of Oceanography MNR
Priority to CN202111185148.3A priority Critical patent/CN113624211B/zh
Publication of CN113624211A publication Critical patent/CN113624211A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113624211B publication Critical patent/CN113624211B/zh
Priority to US17/947,159 priority patent/US11913972B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
    • G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S15/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00—Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G01P5/241—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/87—Combinations of sonar systems
    • G01S15/876—Combination of several spaced transmitters or receivers of known location for determining the position of a transponder or a reflector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00—Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • B63B2017/0054—Rests or supports for movable ship-borne equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/20—Adaptations of chains, ropes, hawsers, or the like, or of parts thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了一种LADCP与USBL组合观测装置及其使用方法，涉及海洋监测设备的技术领域，包括缆绞车系统、安装框架、LADCP系统、USBL信标和修正系统；通过采用硬件支撑平台能够使得LADCP系统、USBL信标和惯导系统均安装于安装框架上，利用缆绞车系统带动LADCP系统沿着垂直剖面布放或回收；利用LADCP系统获得海流单个小剖面的流速，同时USBL信标能够定位水下位置信息，修正系统能够获取安装框架所在海水中的数据信息，从而根据LADCP获得的流速和修正系统获取的海流数据计算得出绝对海流速度；缓解了现有技术中存在的LADCP的运动速度无法准确给定，导致海流速度计算误差较大的技术问题。

Description

LADCP与USBL组合观测装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及海洋监测设备技术领域，尤其是涉及一种LADCP与USBL组合观测装置及其使用方法。
背景技术
通过LADCP(Lowered Acoustic Doppler Current Profiler，下放式声学多普勒海流剖面仪)计算海流速度的相关技术中，LADCP通常与CTD(Conductivity-TemperatureDepth profiler，温盐深测量仪)捆绑在一起，并与CTD水下单元一起升降，以一定的速度从海表下放到海底，再从海底提升到海面，从而获得一系列的单个流速小剖面。这些流速小剖面需要经过后期资料处理，重叠计算以获得整个测量深度上的流速剖面。
单个剖面流速测量的是海水相对LADCP仪器的速度，要得到海水绝对速度，就必须获得LADCP的运动速度。LADCP由于会随着船体和水流在水中移动，LADCP的运动速度难以给定。现有的方案是依据作业期间的船速、或者近底层底跟踪部分的LADCP速度、或者上层船载LADCP测量的速度等为LADCP的运动速度计算提供参考速度。现有LADCP的运动速度的计算方法存在一定误差，因此不能准确的、客观的给出LADCP的运动速度。
现有的海流速度计算方案，通常通过LADCP计算海流速度，但是LADCP的运动速度无法准确给定，导致海流速度计算误差较大，并不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LADCP与USBL组合观测装置及其使用方法，以缓解现有技术中存在的LADCP的运动速度无法准确给定，导致海流速度计算误差较大的技术问题。
本发明提供的一种LADCP与USBL组合观测装置，用于安装于科考船上，包括：缆绞车系统、安装框架、LADCP系统、USBL信标和修正系统；
所述LADCP系统、USBL信标和修正系统均安装于所述安装框架上，所述缆绞车系统布置于所述科考船上，所述缆绞车系统与所述安装框架连接，所述缆绞车系统用于带动所述安装框架沿着垂直的方向深入至海底，以带动所述LADCP系统沿着垂直剖面布放或回收，所述LADCP系统用于获得海流单个小剖面的流速，所述USBL信标用于定位水下位置信息，所述修正系统用于获取所述安装框架所在海水中的数据信息，以根据所述LADCP获得的流速和所述修正系统获取的海流数据计算得出绝对海流速度。
在本发明较佳的实施例中，所述修正系统包括温盐深测量仪和惯性导航系统；
所述温盐深测量仪和惯性导航系统均安装于所述安装框架上，所述温盐深测量仪用于测量所述安装框架在布放回收过程中海水剖面的温度值、盐度值和水深值，所述惯性导航系统用于测量所述LADCP系统在布放回收过程中的旋转角度。
在本发明较佳的实施例中，还包括采水器；
所述采水器设置有多个，多个所述采水器分别安装于所述安装框架上，多个所述采水器用于分别对多个深度位置的海水进行取样。
在本发明较佳的实施例中，所述采水器包括采水瓶和采水控制器；
所述采水瓶设置有多个，多个所述采水瓶分别与所述采水控制器连接，所述采水控制器用于分别调节每个所述采水瓶依次开启，以通过多个所述采水瓶对多个深度位置的海水进行取样。
在本发明较佳的实施例中，所述安装框架包括承重头连接器和固定支架，以及安装于所述固定支架内部的惯导系统安装夹具、上发射LADCP安装夹具、采水控制器安装基座、采水瓶安装基座、下发射LADCP安装夹具、温盐深测量仪安装基座和USBL信标安装夹具；
所述承重头连接器位于所述固定支架的端部，所述缆绞车系统通过所述承重头连接器与所述固定支架连接；
所述LADCP系统设置有两组，两组所述LADCP系统分别安装于所述上发射LADCP安装夹具和所述下发射LADCP安装夹具上；
所述惯导系统安装于所述惯导系统安装夹具上，所述温盐深测量仪安装于所述温盐深测量仪安装基座上，所述USBL信标安装于所述USBL信标安装夹具上；
所述采水瓶安装基座的数量与所述采水瓶的数量一一对应，多个所述采水瓶安装基座沿着所述固定支架的圆周均匀布置，每个所述采水瓶分别呈竖直安装于所述采水瓶安装基座上，且每个所述采水瓶的入口位于所述固定支架靠近承重头连接器的一端，所述采水控制器安装基座位于所述固定支架靠近承重头连接器的一端，所述采水控制器安装于所述采水控制器安装基座，以使所述采水控制器能够分别与所述采水瓶的入口连接。
在本发明较佳的实施例中，所述固定支架包括第一安装支架、第二安装支架、第三安装支架和框架连接器；
所述第一安装支架、第二安装支架和所述第三安装支架依次通过所述框架连接器连接，且所述第一安装支架与所述承重头连接器连接；
所述惯导系统安装夹具位于所述第一安装支架的中部，所述上发射LADCP安装夹具和所述USBL信标安装夹具分别位于所述第一安装支架内部的两侧；
所述采水控制器安装基座位于所述第二安装支架的中部，所述采水瓶安装基座沿着所述第二安装支架的圆周方向均匀布置；
所述下发射LADCP安装夹具和所述温盐深测量仪安装基座位于所述第三安装支架内部，且所述下发射LADCP安装夹具和所述上发射LADCP安装夹具沿着竖直方向对应布置。
在本发明较佳的实施例中，还包括配重块；
所述安装框架还包括配重块安装杆，所述配重块安装杆位于所述第三安装支架内部，所述配重块安装于所述配重块安装杆上，所述配重块用于配平所述配重块安装杆位于所述安装框架内部的位置。
在本发明较佳的实施例中，所述缆绞车系统包括绞车、线缆、伸缩行车吊、驱动端、导向环和承载头；
所述线缆的两端分别与所述绞车和所述承载头连接，所述承载头与所述安装框架连接；
所述绞车、伸缩行车吊和所述驱动端均位于所述科考船上，所述伸缩行车吊的一端与所述导向环连接，所述驱动端与所述伸缩行车吊靠近所述导向环的一端连接，所述伸缩行车吊的布置方向与所述线缆的延伸方向相同，所述驱动端用于带动所述伸缩行车吊往复移动，以带动所述导向环伸出所述科考船的甲板外部，所述导向环与所述线缆连接，所述线缆用于随着所述导向环呈垂直布置于海水中。
在本发明较佳的实施例中，还包括伸缩机构和换能器阵列；
所述换能器阵列通过所述伸缩机构与所述科考船靠近海水的一侧连接，所述伸缩机构用于调节所述换能器阵列在海水中的位置，所述换能器阵列用于定位所述USBL信标在水下的位置信息。
本发明提供的一种基于所述的LADCP与USBL组合观测装置的使用方法，包括以下步骤：
将LADCP与USBL组合观测装置进行组装；
对缆绞车系统、LADCP系统、USBL信标、温盐深测量仪和惯性导航系统进行测试；
完成测试；
开启科考船的动力定位系统，以使科考船的船体处于位置和方向不变的状态；
开启伸缩杆，以使换能器阵列伸出到作业状态；
开启缆绞车系统，释放LADCP与USBL组合观测装置至水下50米位置；
测试换能器阵列和USBL信标之间的定位和通信数据信息，检测LADCP系统、温盐深测量仪、惯性导航系统和采水控制器数据质量；
测试完成后，开始布放LADCP与USBL组合观测装置；其中，下降的速度范围为20-60米/分钟；
布放至距海底50米位置停止下降，在该位置LADCP系统采集地跟踪数据5分钟后回收；
回收过程中，利用采水器控制器控制多个采水瓶进行分层采水；
将LADCP与USBL组合观测装置回收至海面以上，带动LADCP与USBL组合观测装置回收至科考船的甲板上，回收伸缩杆，关闭科考船的动力定位系统；
将USBL定位数据、LADCP海流数据、温盐深测量仪导出的声速剖面数据、惯导系统的角度数据汇总进行数据处理。
本发明提供的一种LADCP与USBL组合观测装置，用于安装于科考船上，包括：缆绞车系统、安装框架、LADCP系统、USBL信标和修正系统；通过采用硬件支撑平台能够使得LADCP系统、USBL信标和修正系统均安装于安装框架上，利用缆绞车系统布置于科考船上，缆绞车系统与安装框架连接，缆绞车系统能够带动安装框架沿着垂直的方向深入至海底，从而带动LADCP系统沿着垂直剖面布放或回收；具体地，利用LADCP系统获得海流单个小剖面的流速，同时USBL信标能够定位水下位置信息，修正系统能够获取安装框架所在海水中的数据信息，从而根据LADCP获得的流速和修正系统获取的海流数据计算得出绝对海流速度；实现了准确给定LADCP的运动速度，提高海流速度计算的准确性，缓解了现有技术中存在的LADCP的运动速度无法准确给定，导致海流速度计算误差较大的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的LADCP与USBL组合观测装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的LADCP与USBL组合观测装置的安装框架的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的LADCP与USBL组合观测装置的采水器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的LADCP与USBL组合观测装置的缆绞车系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的LADCP与USBL组合观测装置位于科考船上的结构示意图。
图标：100-缆绞车系统；101-绞车；102-线缆；103-伸缩行车吊；104-驱动端；105-导向环；106-承载头；200-安装框架；201-承重头连接器；202-固定支架；212-第一安装支架；222-第二安装支架；232-第三安装支架；242-框架连接器；203-惯导系统安装夹具；204-上发射LADCP安装夹具；205-采水控制器安装基座；206-采水瓶安装基座；207-下发射LADCP安装夹具；208-温盐深测量仪安装基座；209-USBL信标安装夹具；210-配重块安装杆；300-LADCP系统；400-USBL信标；500-修正系统；501-温盐深测量仪；502-惯性导航系统；600-采水器；601-采水瓶；602-采水控制器；700-配重块；800-伸缩机构；900-换能器阵列；110-科考船；111-动力定位系统。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图5所示，本实施例提供的一种LADCP与USBL组合观测装置，用于安装于科考船110上，包括：缆绞车系统100、安装框架200、LADCP系统300、USBL信标400和修正系统500；LADCP系统300、USBL信标400和修正系统500均安装于安装框架200上，缆绞车系统100布置于科考船110上，缆绞车系统100与安装框架200连接，缆绞车系统100用于带动安装框架200沿着垂直的方向深入至海底，以带动LADCP系统300沿着垂直剖面布放或回收，LADCP系统300用于获得海流单个小剖面的流速，USBL信标400用于定位水下位置信息，修正系统500用于获取安装框架200所在海水中的数据信息，以根据LADCP获得的流速和修正系统500获取的海流数据计算得出绝对海流速度。
需要说明的是，本实施例提供的LADCP与USBL组合观测装置，能够利用缆绞车系统100和安装框架200将LADCP系统300、USBL信标400和修正系统500输送至海水中，其中，USBL（超短基线定位系统）信标是一种水下定位技术，可以为水下调查设备提供精确的定位信息；LADCP是20世纪90年代出现的新的海流剖面测量方式，是特制的ADCP(AcousticDopplerCurrent Profiler，声学多普勒海流剖面仪)，修正系统500能够获取整体设备所在海水中的水深和角度信息，通过LADCP系统300接收和处理由海底的回波信号跟踪河底的运动，以及LADCP系统300获取观测海流的相关数据，用于计算海流速度，USBL信标400能够获取LADCP系统300的位置轨迹随时间移动的数据，通过将上述数据进行汇总，通过方位角修正，可以获得LADCP的运动速度的方向，结合质量控制，进而确定LADCP的运动速度，再结合LADCP测量的海流数据，就可以准确地计算得到绝对海流速度。
本实施例提供的一种LADCP与USBL组合观测装置，用于安装于科考船110上，包括：缆绞车系统100、安装框架200、LADCP系统300、USBL信标400和修正系统500；通过采用硬件支撑平台能够使得LADCP系统300、USBL信标400和惯导系统均安装于安装框架200上，利用缆绞车系统100布置于科考船110上，缆绞车系统100与安装框架200连接，缆绞车系统100能够带动安装框架200沿着垂直的方向深入至海底，从而带动LADCP系统300沿着垂直剖面布放或回收；具体地，利用LADCP系统300获得海流单个小剖面的流速，同时USBL信标400能够定位水下位置信息，修正系统500能够获取安装框架200所在海水中的数据信息，从而根据LADCP获得的流速和修正系统500获取的海流数据计算得出绝对海流速度；实现了准确给定LADCP的运动速度，提高海流速度计算的准确性，缓解了现有技术中存在的LADCP的运动速度无法准确给定，导致海流速度计算误差较大的技术问题。
在上述实施例的基础上，进一步地，在本发明较佳的实施例中，修正系统500包括温盐深测量仪501和惯性导航系统502；温盐深测量仪501和惯性导航系统502均安装于安装框架200上，温盐深测量仪501用于测量安装框架200在布放回收过程中海水剖面的温度值、盐度值和水深值，惯性导航系统502用于测量LADCP系统300在布放回收过程中的旋转角度。
可选地，温盐深测量仪501是专用于于长期在线监测的水质仪；主要用于沿海生态系统中生物地球化学参数的长期在线观测；测量参数包括温度、电导率、压力、盐度、深度和溶解氧，本实施例中，通过利用温盐深测量仪501能够测量布放回收过程中海水剖面的温度值、盐度值，以及为LACDP系统和USBL信标400提供工作水深值。
惯性导航系统502（INS）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，惯性导航系统502能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息，本实施例中，通过利用惯性导航系统502测量LADCP系统300布放回收过程中因海流等外力作用引起的整套系统的旋转角度。
本实施例中，当LADCP系统300、USBL信标400、温盐深测量仪501和惯性导航系统502获取到数据后，可以根据上述数据信息确定拟合曲线，具体来说，确定拟合曲线的步骤包括：确定由海底的回波信号的运动数据和近底层的位置轨迹数据的方位角偏差，对方位角偏差进行线性拟合，确定拟合曲线，对近底层USBL测量的和LADCP底跟踪的仪器运动速度之间的方位角进行偏差计算，得到两者的方位角偏差；根据拟合曲线对整个深度剖面的位置轨迹数据进行方位角修正。
在本发明较佳的实施例中，还包括采水器600；采水器600设置有多个，多个采水器600分别安装于安装框架200上，多个采水器600用于分别对多个深度位置的海水进行取样。
在本发明较佳的实施例中，采水器600包括采水瓶601和采水控制器602；采水瓶601设置有多个，多个采水瓶601分别与采水控制器602连接，采水控制器602用于分别调节每个采水瓶601依次开启，以通过多个采水瓶601对多个深度位置的海水进行取样。
本实施例中，采水瓶601可以采用圆柱形采水瓶601，采水瓶601的数量可以为24个，其中，采水瓶601的采体积可以为10升，非保压气密设计，采水控制器602控制采水瓶601完成海水取样，其中，采水控制器602可以采用压力开关元件，通过将多个采水瓶601在安装框架200呈辐射状安装，利用压力开关元件对不同的采水瓶601进行开关控制，从而能够在安装框架200上升的过程中完成不同深度海水取样；可选地，采水器600可以采用南森采水器。
在本发明较佳的实施例中，安装框架200包括承重头连接器201和固定支架202，以及安装于固定支架202内部的惯导系统安装夹具203、上发射LADCP安装夹具204、采水控制器安装基座205、采水瓶安装基座206、下发射LADCP安装夹具207、温盐深测量仪安装基座208和USBL信标安装夹具209；承重头连接器201位于固定支架202的端部，缆绞车系统100通过承重头连接器201与固定支架202连接；LADCP系统300设置有两组，两组LADCP系统300分别安装于上发射LADCP安装夹具204和下发射LADCP安装夹具207上；惯导系统安装于惯导系统安装夹具203上，温盐深测量仪501安装于温盐深测量仪安装基座208上，USBL信标400安装于USBL信标安装夹具209上；采水瓶安装基座206的数量与采水瓶601的数量一一对应，多个采水瓶安装基座206沿着固定支架202的圆周均匀布置，每个采水瓶601分别呈竖直安装于采水瓶安装基座206上，且每个采水瓶601的入口位于固定支架202靠近承重头连接器201的一端，采水控制器安装基座205位于固定支架202靠近承重头连接器201的一端，采水控制器602安装于采水控制器安装基座205，以使采水控制器602能够分别与采水瓶601的入口连接。
本实施例中，固定支架202可以采用圆柱形框架结构，固定支架202可以具有包含多条交叉横梁和竖梁，固定支架202结构内部安装所有水下测量设备，框架结构也为水下设备提供安全防护。
在本发明较佳的实施例中，固定支架202包括第一安装支架212、第二安装支架222、第三安装支架232和框架连接器242；第一安装支架212、第二安装支架222和第三安装支架232依次通过框架连接器242连接，且第一安装支架212与承重头连接器201连接；惯导系统安装夹具203位于第一安装支架212的中部，上发射LADCP安装夹具204和USBL信标安装夹具209分别位于第一安装支架212内部的两侧；采水控制器安装基座205位于第二安装支架222的中部，采水瓶安装基座206沿着第二安装支架222的圆周方向均匀布置；下发射LADCP安装夹具207和温盐深测量仪安装基座208位于第三安装支架232内部，且下发射LADCP安装夹具207和上发射LADCP安装夹具204沿着竖直方向对应布置。
本实施例中，第一安装支架212、第二安装支架222和第三安装支架232组成安装框架200主要承力结构，第一安装支架212、第二安装支架222和第三安装支架232可以通过多个框架连接器242连接，第一安装支架212正中安装惯导系统安装夹具203，右侧为上发射LADCP安装夹具204，左侧为USBL信标安装夹具209；第二安装支架222中部为采水控制器安装基座205和采水瓶安装基座206，主要安装采水器600及采水控制器602；第三安装支架232中间安装温盐深测量仪安装基座208，右侧安装下发射LADCP安装夹具207，左侧安装配重块700安装。
在本发明较佳的实施例中，还包括配重块700；安装框架200还包括配重块安装杆210，配重块安装杆210位于第三安装支架232内部，配重块700安装于配重块安装杆210上，配重块700用于配平配重块安装杆210位于安装框架200内部的位置；其中，配重块700与安装框架200可拆卸连接，配重块700的选择能够针对不同的使用环境进行选择。
在本发明较佳的实施例中，缆绞车系统100包括绞车101、线缆102、伸缩行车吊103、驱动端104、导向环105和承载头106；线缆102的两端分别与绞车101和承载头106连接，承载头106与安装框架200连接；绞车101、伸缩行车吊103和驱动端104均位于科考船110上，伸缩行车吊103的一端与导向环105连接，驱动端104与伸缩行车吊103靠近导向环105的一端连接，伸缩行车吊103的布置方向与线缆102的延伸方向相同，驱动端104用于带动伸缩行车吊103往复移动，以带动导向环105伸出科考船110的甲板外部，导向环105与线缆102连接，线缆102用于随着导向环105呈垂直布置于海水中。
本实施例中，绞车101可以采用8000米直拉式绞车，能够为安装框架200以及整体设备提供垂直升降的驱动，线缆102可以采用9.53毫米铠装同轴缆，9.53毫米铠装同轴缆可以包括电导体、绝缘填充物和金属铠装层，金属铠装层由高强度镀锌钢丝，可承受缆的大部分工作拉力，从而配合绞车101实现整体设备的水下收放，电导体可实现科考仪器在海底与科考船110之间的电力、控制及数据信号传输，实现科考船110对水下设备的控制及数据采集， 9.53毫米铠装同轴缆一端连接室内操控系统，另一端连接水下设备；伸缩行车吊103能够安装框架200以及整体设备安全运输到作业甲板以外的海面上，驱动端104可以采用液压油缸，利用液压油缸能够推动伸缩行车吊103往复运动，从而能够带动伸缩行车吊103伸出或回缩至甲板上，导向环105将9.53毫米铠装同轴缆由水平走向改为垂直走向，承载头106连接9.53毫米铠装同轴缆和安装框架200。
在本发明较佳的实施例中，还包括伸缩机构800和换能器阵列900；换能器阵列900通过伸缩机构800与科考船110靠近海水的一侧连接，伸缩机构800用于调节换能器阵列900在海水中的位置，换能器阵列900用于定位USBL信标400在水下的位置信息。
本实施例中，换能器阵列900和USBL信标400形成USBL系统，换能器阵列900由一个发射换能器基元和4个接收换能器基元构成；USBL系统发射基元发射声信号，当USBL信标400在接收到发射基元信号后，会发射应答信号，换能器阵列900的4个接收换能器基元接收应答信号；通过测量USBL信标400到换能器阵列900的声波传播时间来计算目标的斜距，通过测量从USBL信标400到达换能器阵列900的声波相位差来计算目标的俯仰角和方位，从而确定USBL信标400相对于换能器阵列900的相对位置，再结合外部GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)、姿态传感器和罗经提供的位置、姿态和艏向，进而计算USBL信标400在水下的坐标。
需要说明的是，USBL系统可以利用科考船110的动力定位系统111、换能器阵列900以及科考船110的室内控制系统，利用USBL系统保证海洋综合科考船自身位置不变的前提下定位LADCP系统300的水下位置。其中，动力定位系统111是科考船110自身动力系统，其有科考船动力系统和GPS导航定位系统；换能器阵列900可以通过伸缩机构800安装在科考船110中部，伸缩机构800用于改变换能器阵列900在水下作业位置，换能器阵列900用于定位USBL信标400水下位置；其中，非定位作业时伸缩机构800收回，换能器阵列900与科考船110的船底平齐，定位作业时伸缩机构800伸出将换能器阵列900伸出船底气泡层；可选地，伸缩机构800可以采用伸缩杆。
本实施例中，LADCP与USBL组合观测装置的组装方法包括以下步骤：1、第一安装支架212上的设备组装，首先将第一安装支架212水平放置在作业甲板上，然后打开惯导系统安装夹具203、上发射LADCP安装夹具204和信标安装夹具，接着将LADCP系统300安装在上发射LADCP安装夹具204，USBL信标400安装在USBL信标安装夹具209；暂不安装7惯导系统；2、第二安装支架222上的设备组装，首先将采水控制器602安装在采水控制器安装基座205，然后在采水瓶安装基座206依次安装多个采水瓶601；3、第三安装支架232上的设备组装，首先将温盐深测量仪501安装在温盐深测量仪安装基座208，然后将LADCP系统300安装在下发射LADCP安装夹具207，最后在配重块安装杆210上安装8配重块700；4、利用框架连接器242将第二安装支架222和第三安装支架232连接，连接时第三安装支架232在下、第二安装支架222在上端，且要使安装框架200竖杆位置对齐；5、第一安装支架212中心穿过承重头连接器201后安装在第二安装支架222顶端，然后用框架连接器242固定，最后利用惯导系统安装夹具203安装惯导系统。
本实施例提供的一种基于所述的LADCP与USBL组合观测装置的使用方法，包括以下步骤：将LADCP与USBL组合观测装置进行组装；对缆绞车系统100、LADCP系统300、USBL信标400、温盐深测量仪501和惯性导航系统502进行测试；完成测试；开启科考船110的动力定位系统111，以使科考船110的船体处于位置和方向不变的状态；开启伸缩杆，以使换能器阵列900伸出到作业状态；开启缆绞车系统100，释放LADCP与USBL组合观测装置至水下50米位置；测试换能器阵列900和USBL信标400之间的定位和通信数据信息，检测LADCP系统300、温盐深测量仪501、惯性导航系统502和采水控制器602数据质量；测试完成后，开始布放LADCP与USBL组合观测装置；其中，下降的速度范围为20-60米/分钟；布放至距海底50米位置停止下降，在该位置LADCP系统300采集地跟踪数据5分钟后回收；回收过程中，利用采水器600控制器控制多个采水瓶601进行分层采水；将LADCP与USBL组合观测装置回收至海面以上，带动LADCP与USBL组合观测装置回收至科考船110的甲板上，回收伸缩杆，关闭科考船110的动力定位系统111；将USBL定位数据、LADCP海流数据、温盐深测量仪501导出的声速剖面数据、惯导系统的角度数据汇总进行数据处理。
本实施例提供的一种基于所述的LADCP与USBL组合观测装置的使用方法，包括准备步骤和布放作业步骤；准备步骤包括：1.1、将组装好的LADCP与USBL组合观测装置放置缆绞车系统100的伸缩行车吊103下方，将9.53毫米铠装同轴缆穿过导向环105，然后9.53毫米铠装同轴缆连接承载头106，最后将承重头连接器201与承载头106连接；1.2、对2台LADCP系统300、惯导系统、USBL信标400、以及温盐深测量仪501进行开机测试，并对绞车101和伸缩行车吊103开机；在上述设备测试正常后进行布放作业。布放作业步骤包括：2.1、开启科考船110的动力定位系统111，使科考船110处于位置、方向不变的状态，打开伸缩机构800将换能器阵列900伸出到作业状态；2.2、利用驱动端104带动伸缩行车吊103伸出作业甲板；伸缩行车吊103吊起安装框架200以及整体设备至海面，绞车101释放9.53毫米铠装同轴缆至水下50米；2.3、将整体设备放到50米后测试换能器阵列900与USBL信标400之间定位、通信，检查所有测量设备数据质量；2.4、在水深50米处测试完成后，开始布放整体设备，下降速度在20米/分钟-60米/分钟之间，距离海底50米时停止下放，在该位置LADCP系统300采集地跟踪数据5分钟后回收；2.5、在整体设备回收过程中控制采水控制器602完成采水瓶601分层采水；2.6、在整体设备回收至海面以上后，将驱动端104收回，带动伸缩行车吊103缩回作业甲板，整体设备跟随进入作业甲板，接着收回伸缩机构800，关闭科考船110的动力定位系统111；2.7、将USBL定位数据、LADCP海流数据、温盐深测量仪501导出的声速剖面数据、惯导系统的角度数据汇总，进行USBL与LADCP组合观测数据处理。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种LADCP与USBL组合观测装置，用于安装于科考船上，其特征在于，包括：缆绞车系统、安装框架、LADCP系统、USBL信标和修正系统；
所述LADCP系统、USBL信标和修正系统均安装于所述安装框架上，所述缆绞车系统布置于所述科考船上，所述缆绞车系统与所述安装框架连接，所述缆绞车系统用于带动所述安装框架沿着垂直的方向深入至海底，以带动所述LADCP系统沿着垂直剖面布放或回收，所述LADCP系统用于获得海流单个小剖面的流速，所述USBL信标用于定位水下位置信息，所述修正系统用于获取所述安装框架所在海水中的数据信息，以根据所述LADCP获得的流速和所述修正系统获取的海流数据计算得出绝对海流速度。
2.根据权利要求1所述的LADCP与USBL组合观测装置，其特征在于，所述修正系统包括温盐深测量仪和惯性导航系统；
所述温盐深测量仪和惯性导航系统均安装于所述安装框架上，所述温盐深测量仪用于测量所述安装框架在布放回收过程中海水剖面的温度值、盐度值和水深值，所述惯性导航系统用于测量所述LADCP系统在布放回收过程中的旋转角度。
3.根据权利要求2所述的LADCP与USBL组合观测装置，其特征在于，还包括采水器；
所述采水器设置有多个，多个所述采水器分别安装于所述安装框架上，多个所述采水器用于分别对多个深度位置的海水进行取样。
4.根据权利要求3所述的LADCP与USBL组合观测装置，其特征在于，所述采水器包括采水瓶和采水控制器；
所述采水瓶设置有多个，多个所述采水瓶分别与所述采水控制器连接，所述采水控制器用于分别调节每个所述采水瓶依次开启，以通过多个所述采水瓶对多个深度位置的海水进行取样。
5.根据权利要求4所述的LADCP与USBL组合观测装置，其特征在于，所述安装框架包括承重头连接器和固定支架，以及安装于所述固定支架内部的惯导系统安装夹具、上发射LADCP安装夹具、采水控制器安装基座、采水瓶安装基座、下发射LADCP安装夹具、温盐深测量仪安装基座和USBL信标安装夹具；
所述承重头连接器位于所述固定支架的端部，所述缆绞车系统通过所述承重头连接器与所述固定支架连接；
所述LADCP系统设置有两组，两组所述LADCP系统分别安装于所述上发射LADCP安装夹具和所述下发射LADCP安装夹具上；
所述惯导系统安装于所述惯导系统安装夹具上，所述温盐深测量仪安装于所述温盐深测量仪安装基座上，所述USBL信标安装于所述USBL信标安装夹具上；
所述采水瓶安装基座的数量与所述采水瓶的数量一一对应，多个所述采水瓶安装基座沿着所述固定支架的圆周均匀布置，每个所述采水瓶分别呈竖直安装于所述采水瓶安装基座上，且每个所述采水瓶的入口位于所述固定支架靠近承重头连接器的一端，所述采水控制器安装基座位于所述固定支架靠近承重头连接器的一端，所述采水控制器安装于所述采水控制器安装基座，以使所述采水控制器能够分别与所述采水瓶的入口连接。
6.根据权利要求5所述的LADCP与USBL组合观测装置，其特征在于，所述固定支架包括第一安装支架、第二安装支架、第三安装支架和框架连接器；
所述第一安装支架、第二安装支架和所述第三安装支架依次通过所述框架连接器连接，且所述第一安装支架与所述承重头连接器连接；
所述惯导系统安装夹具位于所述第一安装支架的中部，所述上发射LADCP安装夹具和所述USBL信标安装夹具分别位于所述第一安装支架内部的两侧；
所述采水控制器安装基座位于所述第二安装支架的中部，所述采水瓶安装基座沿着所述第二安装支架的圆周方向均匀布置；
所述下发射LADCP安装夹具和所述温盐深测量仪安装基座位于所述第三安装支架内部，且所述下发射LADCP安装夹具和所述上发射LADCP安装夹具沿着竖直方向对应布置。
7.根据权利要求6所述的LADCP与USBL组合观测装置，其特征在于，还包括配重块；
所述安装框架还包括配重块安装杆，所述配重块安装杆位于所述第三安装支架内部，所述配重块安装于所述配重块安装杆上，所述配重块用于配平所述配重块安装杆位于所述安装框架内部的位置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的LADCP与USBL组合观测装置，其特征在于，所述缆绞车系统包括绞车、线缆、伸缩行车吊、驱动端、导向环和承载头；
所述线缆的两端分别与所述绞车和所述承载头连接，所述承载头与所述安装框架连接；
所述绞车、伸缩行车吊和所述驱动端均位于所述科考船上，所述伸缩行车吊的一端与所述导向环连接，所述驱动端与所述伸缩行车吊靠近所述导向环的一端连接，所述伸缩行车吊的布置方向与所述线缆的延伸方向相同，所述驱动端用于带动所述伸缩行车吊往复移动，以带动所述导向环伸出所述科考船的甲板外部，所述导向环与所述线缆连接，所述线缆用于随着所述导向环呈垂直布置于海水中。
9.根据权利要求1-7任一项所述的LADCP与USBL组合观测装置，其特征在于，还包括伸缩机构和换能器阵列；
所述换能器阵列通过所述伸缩机构与所述科考船靠近海水的一侧连接，所述伸缩机构用于调节所述换能器阵列在海水中的位置，所述换能器阵列用于定位所述USBL信标在水下的位置信息。
10.一种基于如权利要求1-9任一项所述的LADCP与USBL组合观测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
将LADCP与USBL组合观测装置进行组装；
对缆绞车系统、LADCP系统、USBL信标、温盐深测量仪和惯性导航系统进行测试；
完成测试；
开启科考船的动力定位系统，以使科考船的船体处于位置和方向不变的状态；
开启伸缩杆，以使换能器阵列伸出到作业状态；
开启缆绞车系统，释放LADCP与USBL组合观测装置至水下50米位置；
测试换能器阵列和USBL信标之间的定位和通信数据信息，检测LADCP系统、温盐深测量仪、惯性导航系统和采水控制器数据质量；
测试完成后，开始布放LADCP与USBL组合观测装置；其中，下降的速度范围为20-60米/分钟；
布放至距海底50米位置停止下降，在该位置LADCP系统采集地跟踪数据5分钟后回收；
回收过程中，利用采水器控制器控制多个采水瓶进行分层采水；
将LADCP与USBL组合观测装置回收至海面以上，带动LADCP与USBL组合观测装置回收至科考船的甲板上，回收伸缩杆，关闭科考船的动力定位系统；
将USBL定位数据、LADCP海流数据、温盐深测量仪导出的声速剖面数据、惯导系统的角度数据汇总进行数据处理。
CN202111185148.3A 2021-10-12 2021-10-12 Ladcp与usbl组合观测装置及其使用方法 Active CN113624211B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111185148.3A CN113624211B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 Ladcp与usbl组合观测装置及其使用方法
US17/947,159 US11913972B2 (en) 2021-10-12 2022-09-18 LADCP and USBL combined observation device and application method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111185148.3A CN113624211B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 Ladcp与usbl组合观测装置及其使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113624211A true CN113624211A (zh) 2021-11-09
CN113624211B CN113624211B (zh) 2022-01-25

Family

ID=78391021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111185148.3A Active CN113624211B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 Ladcp与usbl组合观测装置及其使用方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11913972B2 (zh)
CN (1) CN113624211B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114056524A (zh) * 2021-12-07 2022-02-18 中国海洋大学 一种水下防旋转尾翼和具有该尾翼的直读式ctd
CN114426079A (zh) * 2022-04-07 2022-05-03 自然资源部第一海洋研究所 一种拖曳式海流观测辅助装置及其使用方法
CN115112103A (zh) * 2022-08-25 2022-09-27 自然资源部第一海洋研究所 一种ladcp与组合惯性导航系统联合观测系统及方法
CN115479588A (zh) * 2022-10-13 2022-12-16 青岛海研电子有限公司 一种小型走航式连续温盐剖面观测系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201885992U (zh) * 2010-12-16 2011-06-29 国家海洋技术中心 直读式6000米温盐深剖面仪
JP2015004610A (ja) * 2013-06-21 2015-01-08 三菱電機株式会社 海洋レーダ装置
CN208567967U (zh) * 2018-07-24 2019-03-01 中国科学院南海海洋研究所 一种深海多参数采集系统
CN110057365A (zh) * 2019-05-05 2019-07-26 哈尔滨工程大学 一种大潜深auv下潜定位方法
CN110263075A (zh) * 2019-07-03 2019-09-20 自然资源部第一海洋研究所 Ladcp与usbl组合观测及数据资料处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201885992U (zh) * 2010-12-16 2011-06-29 国家海洋技术中心 直读式6000米温盐深剖面仪
JP2015004610A (ja) * 2013-06-21 2015-01-08 三菱電機株式会社 海洋レーダ装置
CN208567967U (zh) * 2018-07-24 2019-03-01 中国科学院南海海洋研究所 一种深海多参数采集系统
CN110057365A (zh) * 2019-05-05 2019-07-26 哈尔滨工程大学 一种大潜深auv下潜定位方法
CN110263075A (zh) * 2019-07-03 2019-09-20 自然资源部第一海洋研究所 Ladcp与usbl组合观测及数据资料处理方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114056524A (zh) * 2021-12-07 2022-02-18 中国海洋大学 一种水下防旋转尾翼和具有该尾翼的直读式ctd
CN114426079A (zh) * 2022-04-07 2022-05-03 自然资源部第一海洋研究所 一种拖曳式海流观测辅助装置及其使用方法
CN114426079B (zh) * 2022-04-07 2022-06-14 自然资源部第一海洋研究所 一种拖曳式海流观测辅助装置及其使用方法
CN115112103A (zh) * 2022-08-25 2022-09-27 自然资源部第一海洋研究所 一种ladcp与组合惯性导航系统联合观测系统及方法
CN115112103B (zh) * 2022-08-25 2022-11-29 自然资源部第一海洋研究所 一种ladcp与组合惯性导航系统联合观测系统及方法
US11828830B1 (en) * 2022-08-25 2023-11-28 First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources LADCP and combined inertial navigation system combined observation system and method
CN115479588A (zh) * 2022-10-13 2022-12-16 青岛海研电子有限公司 一种小型走航式连续温盐剖面观测系统
CN115479588B (zh) * 2022-10-13 2024-06-28 青岛海研电子有限公司 一种小型走航式连续温盐剖面观测系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20230116865A1 (en) 2023-04-13
US11913972B2 (en) 2024-02-27
CN113624211B (zh) 2022-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113624211B (zh) Ladcp与usbl组合观测装置及其使用方法
CN109297803B (zh) 一种适用于全海深的海底沉积物力学特性测量系统
CN109094742B (zh) 一种适用于全海深的海底沉积物力学特性原位测量装置
CN108592993B (zh) 深海海底边界层动态观测装置和方法
CN109579802B (zh) 一种多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法
CN101533035A (zh) 河口海岸高浊度环境近底水沙观测方法
CN107631720A (zh) 海底沙波原位实时观测装置及方法
CN103776430B (zh) 潮滩近底边界层水沙观测方法及系统
CN104245499B (zh) 海洋浮动船坞搭载精度管理系统
CN107063196B (zh) 基于压力计的海底沙波迁移观测装置及方法
CN109443476B (zh) 一种水位波动过程非接触量测装置及方法
CN103412198A (zh) 船舶防护电场的三维空间分布特性测量装置及测量方法
CN109883841B (zh) 一种滩浅海沉积物强度原位测试系统
JP2019077293A (ja) 無人航空機を用いた水文調査基地及び水文調査方法
CN102941914A (zh) 一种海洋水文参数观测拖体
CN210072086U (zh) 一种滩浅海工程地质性质原位综合调查平台
CN114910037B (zh) 一种检测桩基冲刷坑形态的装置及方法
CN210719289U (zh) 一种高精度河道流量检测系统
CN111271513B (zh) 海底管缆治理可视化定位引导方法
CN206177295U (zh) 一种大气海洋观测平台、系统
CN105270580B (zh) 一种船载侧吃水检测系统及检测方法
CN205038339U (zh) 一种卷扬式水下三维声呐探头固定装置
CN111562583B (zh) 一种可升降悬挂式船体测绘设施及工作方式
CN106864692A (zh) 一种沉管拖航导航系统
CN207764252U (zh) 悬浮式水流流速测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant