基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统的制作方法

本发明涉及海洋技术工程领域，尤其是一种用于基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统。

背景技术：
21世纪是海洋的世纪，开发、利用海洋的前提是认识海洋本身，而对海洋的立体观测则是认识海洋的第一步。然而，构建海洋立体观测网络却是一项综合性很强、复杂性很高的技术，该技术在海底观测网络、水下运载器等方面都有较高的要求。我国在海洋技术工程领域的研究工作起步较晚，而构建海洋立体观测网络的技术上在近几年才刚刚兴起。专利CN201110178669.6公开了一套自主水下航行器与海底观测网对接装置，自主水下航行器经过喇叭状导口导引可以可靠地停靠在接驳站主体，实现自主水下航行器与海底观测网络之间电能和信号的传输。专利CN201410246265.X公开了一套深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统，该对接平台能够对完成接驳任务后的深海AUV进行无线电能与信号的传输，增强了深海AUV续航能力和数据传输实时性。专利CN201310597708.5公开了一种水下便携插针式坐底剖面仪，该类型剖面仪可用于对海洋的纵剖面进行长时间监测。然而由于海洋的广阔范围和水下运载器有限的续航能力，要实现对海洋环境长时间、大范围的立体监测，还存在较大的技术、工程等方面的挑战。虽然基于海底观测网的水下对接装置在很大程度上能够解决水下运载器续航能力薄弱的问题，但该装置、方法还是极大地受制于海底观测网的布放范围。而考虑到带有光伏发电功能的水面浮标具有布放成本较低，布放地点不受限，且能够为用于立体观测的水下运载器提供电能与信号的传输通路，因此本发明将具有光伏发电功能的水面浮标与剖面观测和水下接驳装置结合，提出了基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统。此系统适用于长期置于海洋环境且布放地点不受限，对于提升水下运载器的综合能力，充分光伏发电、浮标和水下运载器各自优势，构建立体观测系统具有重要意义。目前尚未见有关基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统的报道。

技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有构建立体观测网络存在的问题，提供一种基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统，充分利用光伏发电、浮标和水下运载器的各自优势，实现布放范围不受限的立体观测系统。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统，它包括光伏发电浮台单元、剖面观测单元和水下接驳单元；其中光伏发电浮台单元包括卫星通讯与定位模块、风向风速测量模块、太阳能电池方阵、浮台、信息处理主控模块、电能传输控制模块、稳压模块、太阳能充电控制器、浮台蓄电池组，所述的太阳能电池方阵将太阳能转换为电能并经过稳压模块稳压处理后通过太阳能充电控制器对浮台蓄电池组进行充电储能；卫星通讯与定位模块、风向风速测量模块、电能传输控制模块均与信息处理主控模块连接；光伏发电浮台单元主要用于基于光伏发电并给整个系统分配供电，且作为整个系统与外界信息交互的终端；剖面观测单元包括浮力球、与浮台和浮力球连接的电能与信号复合铠装缆、与接驳站耐压密封腔体和浮力球连接的电能与信号复合零浮力缆、沿电能与信号复合零浮力缆运动的缆系剖面仪、固定于缆系剖面仪的剖面仪侧非接触电能与信号传输模块，其中浮力球用于转接电能与信号复合铠装缆和电能与信号复合零浮力缆，并在浮力作用下保持电能与信号复合零浮力缆保持竖直拉伸状态；剖面观测单元用于连接光伏发电浮台单元和水下接驳单元，并提供电能与信号传输的通路，且剖面观测单元的缆系剖面仪可对水质进行剖面监测；水下接驳单元包括接驳站底座及接驳站导筒，固定于接驳站导筒的接驳站侧非接触电能与信号传输模块、电子罗盘和超短基线，水下自主航行器，固定于接驳站导筒一端的接驳站喇叭口，设置于接驳站底座上的深度计及接驳站耐压密封腔体，接驳站耐压密封腔体内设有接驳站主控模块、接驳站充电控制器和接驳站蓄电池组；水下接驳单元用于从光伏发电浮台单元获取电能并与光伏发电浮台单元进行信息交互、完成水下自主航行器与接驳站的接驳任务、实现接驳站与缆系剖面仪的非接触电能与信号的传输。本发明的基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统，工作过程有如下部分：光伏发电浮台单元将太阳能电池方阵捕获的太阳能转换为电能并经过稳压模块稳压处理后通过太阳能充电控制器对浮台蓄电池组进行充电储能，当信息处理主控模块通过电能与信号复合铠装缆和电能与信号复合零浮力缆接收到接驳站主控模块反馈的接驳站蓄电池组电量不足的信息，信息处理主控模块控制电能传输控制模块，使浮台蓄电池组通过电能与信号复合铠装缆和电能与信号复合零浮力缆将电能传输至接驳站并通过接驳站充电控制器给接驳站蓄电池组进行充电。缆系剖面仪能量充足时，沿着电能与信号复合零浮力缆进行剖面运动，对水体环境进行监测；当缆系剖面仪能量不足时，缆系剖面仪下潜至接驳站，此时剖面仪侧非接触电能与信号传输模块和接驳站侧电能与信号传输模块完成对接匹配；接驳站蓄电池组通过完成匹配的非接触模块对缆系剖面仪进行充电，接驳站主控模块通过完成匹配的非接触模块与缆系剖面仪进行信息交互，如从缆系剖面仪下载监测得到的数据、上传相关任务。水下自主航行器根据电子罗盘、深度计的信息，并在超短基线的导引作用下，完成回坞任务；通过利用CN201410246265.X公开的深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统，接驳站蓄电池组对水下自主航行器进行充电，接驳站主控模块与水下自主航行器进行信息交互。接驳站主控模块将收集得到的相关信息，包括缆系剖面仪进行剖面运动监测得到的数据、水下自主航行器航行游弋监测的数据、接驳站主控模块记录的接驳站蓄电池组状况数据，通过电能与信号复合铠装缆和电能与信号复合零浮力缆上传至信息处理主控模块；信息处理主控模块打包浮台位置状况、风向风速状况、浮台蓄电池组电池状况、接驳站主控模块上传的数据等信息，通过卫星通讯与定位模块上传至云端服务器。本发明的基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统考虑到带有光伏发电功能的水面浮台具有布放成本较低，布放地点不受限，且能够为用于立体观测的水下运载器提供电能与信号的传输通路的特点，将具有光伏发电功能的水面浮台与剖面观测和水下接驳装置结合。此系统适用于长期置于海洋环境且布放地点不受限，对于提升水下运载器的综合能力，充分光伏发电、浮标和水下运载器各自优势，构建立体观测系统具有重要意义。附图说明图1为本发明系统的结构示意图；图2为本发明系统的电气、信号原理框图(实线箭头连线代表电气连接，虚线箭头连线代表信号连接，双虚线表示非接触方式传输)；图中：1.卫星通讯与定位模块，2.风向风速测量模块，3.太阳能电池方阵，4.浮台，5.信息处理主控模块，6.电能传输控制模块，7.稳压模块，8.太阳能充电控制器，9.浮台蓄电池组，10.电能与信号复合铠装缆，11.浮力球，12.电能与信号复合零浮力缆，13.缆系剖面仪，14.剖面仪侧非接触电能与信号传输模块，15.接驳站侧非接触电能与信号传输模块，16.接驳站导筒，17.电子罗盘，18.超短基线，19.水下自主航行器，20.接驳站喇叭口，21.深度计，22.接驳站耐压密封腔体，23.接驳站主控模块，24.接驳站底座，25.接驳站充电控制器，26.接驳站蓄电池组。具体实施方式以下结合附图对本发明做进一步详细说明。参照图1-图2，本发明的基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统，它包括光伏发电浮台单元、剖面观测单元和水下接驳单元；其中光伏发电浮台单元包括卫星通讯与定位模块1、风向风速测量模块2、太阳能电池方阵3、浮台4、信息处理主控模块5、电能传输控制模块6、稳压模块7、太阳能充电控制器8、浮台蓄电池组9，光伏发电浮台单元主要用于基于光伏发电并给整个系统分配供电，且作为整个系统与外界信息交互的终端；剖面观测单元包括浮力球11、与浮台4和浮力球11连接的电能与信号复合铠装缆10、与接驳站耐压密封腔体22和浮力球11连接的电能与信号复合零浮力缆12、沿电能与信号复合零浮力缆12运动的缆系剖面仪13、固定于缆系剖面仪13的剖面仪侧非接触电能与信号传输模块14，其中浮力球11用于转接电能与信号复合铠装缆10和电能与信号复合零浮力缆12，并在浮力作用下保持电能与信号复合零浮力缆12保持竖直拉伸状态；剖面观测单元用于连接光伏发电浮台单元和水下接驳单元，并提供电能与信号传输的通路，且剖面观测单元的缆系剖面仪可对水质进行剖面监测；水下接驳单元包括接驳站导筒16，固定于接驳站导筒的接驳站侧非接触电能与信号传输模块15、电子罗盘17和超短基线18，水下自主航行器19，接驳站喇叭口20，接驳站底座24，固定于接驳站底座24的深度计21，固定于接驳站底座24的接驳站耐压密封腔体22，固定于接驳站耐压密封腔体22内部的接驳站主控模块23、接驳站充电控制器25和接驳站蓄电池组26；水下接驳单元用于从光伏发电浮台单元获取电能并与光伏发电浮台单元进行信息交互、完成水下自主航行器19与接驳站的接驳任务、实现接驳站与缆系剖面仪13的非接触电能与信号的传输。本发明的基于光伏发电的剖面观测与水下接驳系统，工作过程有如下部分：光伏发电浮台单元将太阳能电池方阵捕获的太阳能转换为电能并经过稳压模块7稳压处理后通过太阳能充电控制器8对浮台蓄电池组9进行充电储能，当信息处理主控模块5通过电能与信号复合铠装缆10和电能与信号复合零浮力缆12接收到接驳站主控模块23反馈的接驳站蓄电池组26电量不足的信息，信息处理主控模块5控制电能传输控制模块6，使浮台蓄电池组9通过电能与信号复合铠装缆10和电能与信号复合零浮力缆12将电能传输至接驳站并通过接驳站充电控制器25给接驳站蓄电池组26进行充电。缆系剖面仪13能量充足时，沿着电能与信号复合零浮力缆12进行剖面运动，对水体环境进行监测；当缆系剖面仪13能量不足时，缆系剖面仪下潜至接驳站，此时剖面仪侧非接触电能与信号传输模块14和接驳站侧电能与信号传输模块15完成对接匹配；接驳站蓄电池组26通过完成匹配的非接触模块对缆系剖面仪13进行充电，接驳站主控模块25通过完成匹配的非接触模块与缆系剖面仪13进行信息交互，如从缆系剖面仪13下载监测得到的数据、上传相关任务。水下自主航行器19根据电子罗盘17、深度计21的信息，并在超短基线18的导引作用下，完成回坞任务；通过利用专利CN201410246265.X公开的深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统，接驳站蓄电池组26对水下自主航行器19进行充电，接驳站主控模块23与水下自主航行器19进行信息交互。接驳站主控模块23将收集得到的相关信息，包括缆系剖面仪13进行剖面运动监测得到的数据、水下自主航行器19航行游弋监测的数据、接驳站主控模块23记录的接驳站蓄电池组26状况数据，通过电能与信号复合铠装缆10和电能与信号复合零浮力缆12上传至信息处理主控模块5；信息处理主控模块5打包浮台4位置状况、风向风速状况、浮台蓄电池组9电池状况、接驳站主控模块23上传的数据等信息，通过卫星通讯与定位模块1上传至云端服务器。