本发明涉及潜水器水下观测技术领域，特别涉及一种采用可再生能源的水下组网持续观测系统及其方法。
背景技术
目前，长时间、大范围进行海洋信息搜集是潜航器未来发展的方向。现有的无人智能潜航器通过自身携带能源执行任务，能源类型多为锂电池、铅酸电池等可充电电池。一旦电池消耗，需要及时返航,通过回收设备将潜航器至于母船或岸上，进行能源补充。存在无人潜航器自身携带能源不足、释放回收困难的问题。
技术实现要素：
本发明的目的一是提供一种采用可再生能源的水下组网持续观测系统，其解决了无人潜航器自身携带能源不足、释放回收困难的问题。
本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种采用可再生能源的水下组网持续观测系统，包括潜航器和海洋移动工作基站，所述海洋移动工作基站包括用于将太阳能转化为电能的太阳能发电装置和用于为潜航器提供电能的无线充电系统，所述潜航器上设有用于接收所述无线充电系统提供的电能的能源系统。
进一步的，所述潜航器包括能源系统，所述能源系统包括充电电池和电磁接收线圈。
进一步的，所述太阳能发电装置包括太阳能电池方阵、太阳能控制器、蓄电池组和逆变器。
进一步的，所述无线充电系统包括充电线缆和与所述充电电缆电连接的电磁发射线圈，所述充电线缆与所述逆变器电连接，所述电磁发射线圈与所述电磁接收线圈发生电磁耦合。
进一步的，所述海洋移动工作基站包括动力定位系统，所述动力定位系统包括倾角仪、电罗经、风向风速仪、动力控制器和回转推力器，所述动力控制器可根据倾角仪、电罗经和风向风速仪判断海洋风浪情况控制回转推力器使海洋移动工作基站下潜。
进一步的，所述海洋移动工作基站包括无线数据传输系统，所述无线数据传输系统包括gps终端定位仪、北斗终端定位仪和无线传输装置，所述动力定位系统可根据无线数据传输系统测量的位置，保持海洋移动工作基站在海平面上的位置。
进一步的，还包括水声通信系统，所述水声通信设备包括设于潜航器上的水下声通信设备和设于海洋移动工作基站上的水面甲板单元，所述潜航器之间通过水下声通信设备进行通信，所述潜航器通过水下声通信设备与海洋移动工作基站上的水面甲板单元进行通信。
进一步的，还包括用于与海洋移动工作基站实现传递控制信号、接收返回信息的水面综合数据控制台。
本发明的目的二是提供一种采用可再生能源的水下组网持续观测系统，其解决了无人潜航器自身携带能源不足、释放回收困难的问题。
本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种采用可再生能源的水下组网持续观测方法，所述方法包括：潜航器根据任务分配在海洋中进行自主水下观测作业；海洋移动工作基站将可再生能源转化为电能；当潜航器需要电能补给时，潜航器返回至海洋移动工作基站所处的海平面附近，由海洋移动工作基站为潜航器进行能源补给。
进一步的，海洋移动工作基站通过无线通信传输系统和动力定位系统保持在海平面上要求的位置上，并通过倾角仪、电罗经、风向风速仪、动力控制器分析具体海洋风浪情况实现下潜。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
（1）绿色环保的特点：该水下组网持续观测系统采用太阳能发电装置具备永久地摆脱电池的束缚，从而杜绝因废弃电池带来的环境污染。
（2）持续作业的特点：该水下组网持续观测系统采用无线充电系统使得潜航器无需回收，可在海面进行无线充电补充能源，达到潜航器持续作业的效果。
（3）协同作业的特点：该水下组网持续观测系统同时搭载多个潜航器，使得潜航器群组之间协调作业，形成水下网络进行海洋信息的探测和采集。
（4）安全作业的特点：该水下组网持续观测系统在危险海况下，海洋移动工作基站可下潜至海平面以下，达到安全作业的目的。
（5）经济高效的特点：该水下组网持续观测系统在母船航行到指定位置后释放，回收次数不受能源补充、数据传输的限制，达到节省母船使用成本、高效率作业的目的。
附图说明
图1是本发明实施例采用可再生能源的水下组网持续观测系统示意图图；
图2是本发明实施例采用可再生能源的水下组网持续观测系统组成框图；
图3是本发明实施例采用可再生能源的水下组网持续观测方法框图。
图中，1、海洋移动工作基站；11、太阳能发电装置；12、无线充电系统；13、动力定位系统；14、无线数据传输系统；2、潜航器；21、智能控制系统设备；22、海洋信息探测和采集设备；23、水下导航定位设备；24、水声通信系统；25、水面通信系统；26、推进系统；27、能源系统；3、水面综合数据控制台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
一种采用可再生能源的水下组网持续观测系统，如图1所示，包括用于提供能源供给及数据收发的海洋移动工作基站1；用于水下持续观测的无人潜航器2群组；用于实现传递控制信号、接收返回信息的水面综合数据控制台3。
如图2所示，海洋移动工作基站1包括的太阳能发电装置11、无线充电系统12、动力定位系统13及无线数据传输系统14。其中，太阳能发电装置11包括太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等；无线充电系统12包括充电电缆、电磁发射线圈等；动力定位系统13包括全回转推力器、控制器、电罗经、风向风速仪、倾角仪等测量设备；无线数据传输系统14包括gps终端定位仪、北斗终端定位仪、无线电、wifi等设备。
如图2所示，潜航器2包括智能控制系统设备21、海洋信息探测和采集设备22、水下导航定位设备23、水声通信系统24、水面通信系统25、推进系统26、能源系统27等。其中，智能控制系统设备21包括水密控制舱、智能控制器；海洋信息探测和采集设备22包括温度传感器、盐度传感器、海洋磁力仪、化学传感器等设备；水下导航定位设备23包括惯性导航设备、磁罗经、长短基线、光纤陀螺与多普勒计程仪；水声通信系统24包括位于潜航器2上的水下声通信设备和位于基站上的水面甲板单元；水面通信系统25包括gps终端定位仪、北斗终端定位仪、无线电、wifi；推进系统26包括螺旋桨推力器、舵翼等；能源系统27包括电磁接收线圈、充电电池等。
由母船将水下组网持续观测系统携带至海洋目标区域，由甲板吊机将海洋移动工作基站1、潜航器2分别释放于海中。实施方式分为三大块。
其一：海洋移动工作基站1实施方式。海洋移动工作基站1工作浮于海平面，太阳能发电装置11设备能够将太阳能转化为电能并储存于蓄电池组中。电能一部分提供给海洋移动工作基站1的能源动力系统，一部分提供给潜航器2的能源动力系统。海洋移动工作基站1设计为中性浮力，工作时通过动力定位系统13保持在海面一定位置，危险海况时，通过动力定位系统13下潜并保持在海中一定深度。动力定位系统13实现海洋移动工作基站1下潜的原理为：动力控制器根据倾角仪、电罗经和风向风速仪判断海洋风浪情况(如海洋移动工作基站1的最大倾斜角度、海面风速)，当控制回转推力器使海洋移动工作基站1下潜。
其二：潜航器2群组实施方式。潜航器2群组根据任务分配在海洋中进行自主水下观测作业。当能源需要补给时，潜航器2返回至海洋移动工作基站1所处的海平面附近。在一定距离内，通过位于海洋移动基站的电磁发射线圈和置于潜航器2的电磁接收线圈之间产生的电磁耦合进行的。电磁发射线圈内的交流电形成电磁场，处于该磁场辐射范围内的电磁接收线圈发生电磁感应，产生电流，从而对电池进行充电。
其三：信息传输实施方式。水下作业时，潜航器2群组之间利用水声通信系统24传递位置、姿态、情境等信息，进行群组协同作业，形成水下组网观测系统；水下作业时，潜航器2群组利用水声通信系统24与海洋移动工作基站1实时传递位置、姿态、情境等信息，确保安全作业；潜航器2上浮至海洋移动工作基站1所处的海平面附近时，利用水面通信系统25，将探测数据等传递给海洋移动工作基站1；海洋移动工作基站1可将数据信息利用无线数据传输系统14，传递给位于母船或岸基的水面综合数据控制台3。
水下组网持续观测系统的工作原理及工作流程：
工作原理：水下组网持续观测系统主要用于适用于潜航器2群组长时间、大范围进行海洋信息搜集，其利用太阳能发电技术、无线充电技术、计算机技术、运动控制技术、水声通信技术、无线信息传输技术、海洋动力定位技术、水下导航定位技术、网络技术等，建立水下组网持续观测系统，通过无线充电技术对潜航器2群组进行充电，实现持续作业，通过无线信息传输技术对潜航器2及其基站进行信息交互，实现潜航器2群组的长时间、大范围持续观测作业。
结合图3采用可再生能源的水下组网持续观测方法框图，水下组网持续观测系统工作流程：由母船将水下组网持续观测系统携带至海洋目标区域，由甲板吊机将海洋移动工作基站1、潜航器2群组分别释放于海中。海洋移动工作基站1作业时通过动力定位系统13位于海平面指定区域，通过太阳能发电装置11进行电能储备。潜航器2群组按照预定目标进行观测作业，航器携带传感器，能够根据任务分配进行作业，并互相通信、在没有人为指令的情况下做出基本决策，实现对海洋温度、盐度、化学污染源等海洋元素进行取样，对海底地形进行观测绘制,对海洋环境密切观测监视。潜航器2需要补充能源时，返航至海洋移动工作基站1所处的海平面附近，通过能源系统27，对自充电电池进行充电，并将观测数据通过无线通信设备传递给海洋移动工作基站1。位于海平面的海洋移动工作基站1通过无线通信设备将潜航器2的探测数据传递给位于母船或岸基的水面综合数据控制台3，以供分析使用。如此循环，完成指定海域内的或者一段时期内的持续作业。作业结束后，或者系统维护时，通过母船上的起吊设备，将海洋移动工作基站1和潜航器2群组进行回收。