一种水下潜标定点布放装置及布放方法与流程

1.本发明涉及海洋观测技术领域，尤其是一种水下潜标定点布放装置及布放方法。


背景技术：

2.目前在海上作业进行潜标系统投放时，普遍使用先标后锚法进行。具体来讲，就是在船只到达计划投放点附近时，首先将位于潜标最上方的温盐链和主浮体放入水中，继而投放缆绳和其他设备，最后使用吊机将重力锚吊起，通过缓慢移动船只将其移动到计划投放点上方时，通过打开释放钩来释放重力锚，待重力锚落地后，即可完成潜标系统的投放。通过此方法投放潜标，虽然重力锚的释放位置处于计划投放点上方，但由于海流和潜标系统的拖曳作用，导致重力锚在释放后的运动轨迹不可控，从而无法在预定投放位置准确落地，导致潜标投放的实际位置出现偏差。这在一些对位置较为敏感的项目中会导致系统观测到的物理量出现一定的偏差，从而影响观测数据质量和项目执行效果。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术中存在的不足之处，提供一种高精度的水下潜标布放装置及布放方法。
4.本发明的目的是以下述方式实现的：一种水下潜标定点布放装置，包含，潜标主浮体；重力锚，所述重力锚通过锚系缆绳与所述潜标主浮体连接；声学释放系统，所述声学释放系统设置在所述潜标主浮体远离所述重力锚的一侧；吊机缆绳，所述吊机缆绳与所述声学释放系统的另一端连接；吊船，所述吊船上设置有尾吊，所述尾吊用于收放所述吊机缆绳；超短基线系统，包括设置在所述潜标主浮体上的超短基线换能器以及设置在所述吊船底部的超短基线接收器。
5.作为本发明技术方案的一种可选方案，所述吊船上设置有动力定位装置及控制器，所述控制器与所述超短基线接收器通信连接，且所述动力定位装置响应于所述控制器。
6.作为本发明技术方案的一种可选方案，所述锚系缆绳上设置有通过连接件连接的锚系系统。
7.作为本发明技术方案的一种可选方案，所述潜标主浮体的一端通过卸扣与所述连接件连接。
8.作为本发明技术方案的一种可选方案，所述潜标主浮体上还设置有锚链。
9.本技术文件还公开了一种水下潜标定点布放装置的布放方法：将待布放的潜标主体运送至投放点；将吊机缆绳及声学释放系统连接的潜标主浮体吊起，使得所述锚系缆绳呈基本竖直状态；释放所述吊机缆绳，使得所述潜标主浮体下沉；在下降的过程中根据超短基线接收器接收到的潜标主浮体位置与待投放点位置之间偏差适时调整潜标主浮体位置；待重力锚与投放点之间的距离小于预设值时，通过所述声学释放系统释放所述潜标主浮体。
10.作为本发明技术方案的一种可选方案，待所述重力锚落地后，记录所述潜标主浮
体最终位置。
11.作为本发明技术方案的一种可选方案，所述控制器内预设有所述吊船的初始位置参数p0，该所述初始位置参数是基于待投放点位置m0进行设置的；潜标主浮体缓慢下降一段时间t1，所述超短基线接收器收到当前所述潜标主浮体的位置q1，基于潜标主浮体的位置q1与所述待投放点位置m0在xy平面上的偏差调整所述吊船位置至p1；潜标主浮体缓慢下降一段时间t2，所述超短基线接收器收到当前所述潜标主浮体的位置q2，基于潜标主浮体的位置q2与所述待投放点位置m0在xy平面上的偏差调整所述吊船位置至p2；继续释放所述潜标主浮体，并根据预设时间间隔多次调整所述吊船位置，直至释放所述潜标主浮体。
12.作为本发明技术方案的一种可选方案，所述潜标主浮体上还设置有深度计，t1时间时，所述深度计将所述潜标主浮体的深度z1反馈给控制器；t1时间时，所述控制器根据所述超短基线接收器接收到的当前所述潜标主浮体的位置q1计算当时所述潜标主浮体的深度z1＇，该深度z1＇是基于初始声速v
c0
计算的；基于z1将超短基线系统中的v
c0
修正为v
c1
；t2时间时，所述深度计将所述潜标主浮体的深度z2反馈给控制器；t2时间时，所述控制器根据所述超短基线接收器接收到的当前所述潜标主浮体的位置q2计算当时所述潜标主浮体的深度z2＇，该深度z2＇是基于初始声速v
c1
计算的；基于z2将超短基线系统中的v
c1
修正为v
c2
；继续释放所述潜标主浮体，并根据预设时间间隔多次修正超短基线系统中的声速，直至释放所述潜标主浮体。
13.作为本发明技术方案的一种可选方案，所述潜标主浮体上还设置有深度计，所述控制器内预设有所述吊船的初始位置参数p0，该所述初始位置参数是基于待投放点位置m0进行设置的；t1时间时，所述深度计将所述潜标主浮体的深度z1反馈给控制器；t1时间时，所述控制器根据所述超短基线接收器接收到的当前所述潜标主浮体的位置q1计算当时所述潜标主浮体的深度z1＇，该深度z1＇是基于初始声速v
c0
计算的；基于z1将超短基线系统中的v
c0
修正为v
c1
；基于该修正后的v
c1
重新计算所述潜标主浮体在t1时间点的修正位置q1＇，基于该修正位置q1＇与所述待投放点位置m0在xy平面上的偏差调整所述吊船位置至p1；t2时间时，所述深度计将所述潜标主浮体的深度z2反馈给控制器；t2时间时，所述控制器根据所述超短基线接收器接收到的当前所述潜标主浮体的位置q2计算当时所述潜标主浮体的深度z2＇，该深度z2＇是基于初始声速v
c1
计算的；基于z2将超短基线系统中的v
c1
修正为v
c2
；基于该修正后的v
c2
重新计算所述潜标主浮体在t2时间点的修正位置q2＇，基于该修正位置q2＇与所述待投放点位置m0在xy平面上的偏差调整所述吊船位置至p2；继续释放所述潜标主浮体，并根据预设时间间隔多次修正超短基线系统中的声速，直至释放所述潜标主浮体。
14.本发明的有益效果是：通过吊船尾吊系统、动力定位系装置、超短基线系统、声学释放系统的互相配合，依据安装在潜标主浮体上的超短基线接收器接收到的潜标主浮体的水下位置数据，通过船只动力定位装置调整吊船位置后，使用声学释放系统配合吊机完成潜标投放。通过该方法，可在整个潜标系统投放过程中实时跟踪水下潜标主浮体的位置，并在潜标主浮体释放前对其位置进行多次调整，从而将潜标现场投放的位置精度提高到米级量级。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的
附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本技术公开的一个实施例中水下潜标定点布放装置的连接示意图。
17.图2为本技术公开的一个实施例中水下潜标定点布放装置的控制原理图。
18.图3为本技术公开的一个实施例中潜标主浮体位置计算原理图。
19.附图标记：10-潜标主浮体；11-深度计；20-重力锚；30-锚系缆绳；40-锚系系统；50-声学释放系统；60-吊机缆绳；70-吊船；71-尾吊；72-动力定位装置；73-控制器；80-超短基线系统；81-超短基线换能器；82-超短基线接收器。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
22.在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.实施例1本实施例的技术方案记载了一种水下潜标定点布放装置，如图1所示，包含潜标主浮体10和重力锚20，重力锚20通过锚系缆绳30与潜标主浮体10连接；锚系缆绳30上设置有通过连接件连接的锚系系统40，锚系系统40的一端通过卸扣与潜标主浮体10连接。
24.其中，潜标主浮体10上设置有用于进行海洋监测的多种监测装置，工作人员可以根据实际需要进行安装放置，比如可以安装用于系统回收时水上定位的信标机、闪光灯，也可以安装用于对温盐和海水浊度进行观测的水质仪、用于对底流剖面进行观测的声学多普勒海流剖面仪等。
25.该布放装置还包括声学释放系统50，声学释放系统50设置在潜标主浮体10远离重力锚20的一侧；声学释放系统50的另一端连接有吊机缆绳60；布放装置还包括吊船70，吊船上设置有尾吊71，尾吊71用于收放吊机缆绳60；在该布放装置中，潜标主浮体的位置信息是通过超短基线系统80获取的，超短基线系统80包括设置在潜标主浮体10上的超短基线换能器81以及设置在吊船底部的超短基线接收器82。
26.一种优选的方案是，如图2所示，吊船70上设置有动力定位装置72及控制器73，控制器73与超短基线接收器82通信连接，且动力定位装置72响应于控制器73。
27.控制器73内预先设置有吊船70的初始位置参数p0，该初始位置参数是基于待投放点位置m0进行设置的，吊船的动力定位装置72受控制器73的控制移动到待投放点位置对潜
标进行投放。
28.一种优选的方式是，潜标主浮体10上还设置有锚链，该锚链为不锈钢材质，设置在潜标主浮体靠近重力锚20的一侧，锚链额设置能够避免潜标在回收时，潜标主浮体发生倒置。
29.上述的水下潜标定点布放装置的布放方法主要为，首先，将待布放的潜标主体运送至投放点；之后，将吊机缆绳及声学释放系统连接的潜标主浮体吊起，使得锚系缆绳呈基本竖直状态，在实际的工作过程中，可以通过绞车配合尾吊工作。
30.之后，释放吊机缆绳，使得潜标主浮体下沉，在这一过程中，为了保证投放的精度，可以控制尾吊及绞车，减缓潜标主浮体的下沉速度。
31.下降一段距离或者下降一段时间后，根据超短基线接收器接收到的潜标主浮体位置与待投放点位置之间偏差适时调整潜标主浮体位置；潜标主浮体位置的调整主要是通过吊船70进行的。
32.待重力锚与投放点之间的距离小于预设值时，通过声学释放系统释放潜标主浮体；这一过程一般是待潜标主浮体位置较稳定地处于计划投放点上方且重力锚与海底相距5-10米时，通过操作尾吊吊钩下方的声学释放系统，打开释放钩释放潜标系统完成投放。
33.因为脱钩时可以借助超短基线系统在吊船上实时查看系统位置且重力锚离海底距离较近，在脱钩后到重力锚落地所需的时间非常短，故在这个过程中受海流等外部环境影响引起的位置移动非常小，从而可达到高精度定点布放的目的。
34.最后，待重力锚落地后，记录潜标主浮体最终位置。
35.在本实施例中，在潜标主浮体下降的过程中，通过吊船对潜标主浮体的位置进行调整是通过如下的方式进行的：控制器内预设有吊船的初始位置参数p0，该初始位置参数是基于待投放点位置m0进行设置的，如图3所示；也即在p0处对锚系系统进行投放；待潜标主浮体缓慢下降一段时间t1，超短基线接收器收到当前潜标主浮体的位置q1，也即此时潜标主浮体的位置q1与待投放点位置m0在xy平面上已经出现了位置偏差，由于超短基线接收器是设置在吊船底部的接收阵，因此根据接收阵上各个接收点接收到信号的时间，以及海水中声速vc，能够得到图中的方位角α、β、θ以及潜标主浮体与吊船之间的距离r，基于α、β、θ以及r值便可解析出此时潜标主浮体的位置q1坐标，之后基于潜标主浮体的位置q1与待投放点位置m0在xy平面上的偏差调整吊船位置至p1；继续释放锚系系统，待潜标主浮体缓慢下降一段时间t2，超短基线接收器收到当前潜标主浮体的位置q2，基于潜标主浮体的位置q2与待投放点位置m0在xy平面上的偏差调整吊船位置至p2；继续释放潜标主浮体，并根据预设时间间隔多次重复以上步骤调整吊船位置，直至通过声学释放系统释放潜标主浮体。
36.实施例2本实施例是基于实施例1作出的改进，在本实施例中，潜标主浮体上还设置有深度计11，主要是通过深度计获得的深度信息与超短基线系统获得的深度信息之间的偏差对不同位置的声速进行校正。
37.在本实施例中，t1时间时，深度计将潜标主浮体的深度z1反馈给控制器；与此同时，控制器根据超短基线接收器接收到的当前潜标主浮体的位置q1计算当时潜标主浮体的深度z1＇，该深度z1＇是基于初始声速v
c0
计算的；比如在图3中所示的q1处时其中v
c0
是初始定义的声速，t2是超短基线接收器获取信号的时间；t1是超短基线换能器发出信号的时间。
38.基于该r值计算潜标主浮体的深度z1＇，之后，基于z1将超短基线系统中的v
c0
修正为v
c1
；也即，令即可解析出v
c1
；t2时间时，深度计将潜标主浮体的深度z2反馈给控制器；与此同时，控制器根据超短基线接收器接收到的当前潜标主浮体的位置q2计算当时潜标主浮体的深度z2＇，该深度z2＇是基于初始声速v
c1
计算的；也即，基于z2将超短基线系统中的v
c1
修正为v
c2
；也即，另继续释放潜标主浮体，并根据预设时间间隔多次修正超短基线系统中的声速，直至释放潜标主浮体。
39.也即在本实施例中，在释放锚系系统的过程中对下沉到不同深度的潜标主浮体位置信息计算所依赖的声速进行修正，避免了因不同深度声速不同造成的误差累计，进一步提高了投放精度。
40.实施例3本实施例是基于实施例1作出的改进，在本实施例中，潜标主浮体上还设置有深度计11，控制器内预设有吊船的初始位置参数p0，该初始位置参数是基于待投放点位置m0进行设置的；t1时间时，深度计将潜标主浮体的深度z1反馈给控制器；与此同时，控制器根据超短基线接收器接收到的当前潜标主浮体的位置q1计算当时潜标主浮体的深度z1＇，该深度z1＇是基于初始声速v
c0
计算的；基于z1将超短基线系统中的v
c0
修正为v
c1
；基于该修正后的v
c1
重新计算潜标主浮体在t1时间点的修正位置q1＇，基于该修正位置q1＇与待投放点位置m0在xy平面上的偏差调整吊船位置至p1；t2时间时，深度计将潜标主浮体的深度z2反馈给控制器；t2时间时，控制器根据超短基线接收器接收到的当前潜标主浮体的位置q2计算当时潜标主浮体的深度z2＇，该深度
z2＇是基于初始声速v
c1
计算的；基于z2将超短基线系统中的v
c1
修正为v
c2
；基于该修正后的v
c2
重新计算潜标主浮体在t2时间点的修正位置q2＇，基于该修正位置q2＇与待投放点位置m0在xy平面上的偏差调整吊船位置至p2；继续释放潜标主浮体，并根据预设时间间隔多次修正超短基线系统中的声速，直至释放潜标主浮体。
41.也即在本实施例中，除了基于修正后的声速参数重新确定潜标主浮体位置外，也基于修正后的声速参数重新计算了潜标主浮体与吊船在xy平面上的偏差，相比于实施例2，其投放精度进一步得到提高。
42.以上仅为本发明的较佳实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。