基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网的制作方法与工艺

技术特征：
1.一种基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，其特征在于，包括智能浮标系统、智能潜水器系统以及陆地数据终端系统(3)，所述智能浮标系统和智能潜水器系统分别通过由定位卫星(9)和通讯卫星(10)组成的卫星系统与陆地数据终端系统(3)相连接，其中，智能浮标系统用于完成海面至浅海域的自治升沉调查，智能潜水器系统用于完成海面至海底的自治潜航调查；所述智能浮标系统包括若干个智能浮标(1)，其中，每一个智能浮标(1)均包括：浮标卫星定位天线(11)、浮标卫星通讯天线(12)、浮标无线通讯天线(13)、浮标天线安装支架(14)、浮标本体(15)、浮标水密接插件(16)、浮标电子舱(17)、浮标推进器系统(18)、浮标第一通讯换能器(19)、浮标第一定位换能器(20)、浮标换能器安装支架(21)、浮标用户传感器以及浮标控制系统；其中：所述浮标本体(15)为圆形球体，其内部设有存储空间，方便上浮下沉及水平运动，浮标本体材料需采用耐腐耐碰撞的金属材料；所述浮标卫星定位天线(11)、浮标卫星通讯天线(12)、浮标无线通讯天线(13)均布置在浮标本体(15)的上部，并通过浮标天线安装支架(14)加高固定，以提高通讯性能；所述浮标电子舱(17)安装于浮标本体(15)的内部，为独立的耐压干舱，并通过浮标水密接插件(16)与外部设备电连接；所述浮标水密接插件(16)分布于浮标电子舱(17)的上下舱盖上；所述浮标推进器系统(18)包括4组推进器，所述4组推进器在浮标本体重心所在水平面上呈十字对称分布，且重心需始终低于浮标本体的浮心，以提高浮标本体运动时的稳定性；所述浮标第一通讯换能器(19)和浮标第一定位换能器(20)在浮标本体的外部下方一米处，并通过浮标换能器安装支架(21)与浮标本体(15)刚性连接连接，以减小浮标本体(15)对声信号的反射；所述浮标用户传感器安装在以下任一位置：-浮标本体(15)内部；-浮标电子舱(17)内部；-浮标天线安装支架(14)上；-浮标换能器安装支架(21)上；所述浮标控制系统设置于所述浮标电子舱(17)内部；和/或所述智能潜水器系统包括若干个智能潜水器(2)，其中，每一个智能潜水器(2)均包括：潜水器第一通讯换能器(45)、潜水器第一定位换能器(46)、潜水器导流罩(47)、潜水器电子舱(48)、潜水器水密接插件(49)、潜水器水袋(50)、潜水器水平翼(51)、潜水器垂直尾翼(52)、潜水器尾推进器(53)、潜水器无线通讯天线(54)、潜水器卫星通讯天线(55)、潜水器卫星定位天线(56)以及潜水器控制系统；其中：潜水器第一通讯换能器(45)和潜水器第一定位换能器(46)均布置于潜水器导流罩(47)的船首位置，以提高声信号性能；所述潜水器电子舱(48)为圆筒状耐压干舱，安装于潜水器导流罩内部，并通过潜水器水密接插件(49)与外部设备电连接；所述潜水器水密接插件(49)分布于潜水器电子舱(48)的上下舱盖平面上；所述潜水器导流罩(47)为椭球形结构，流体阻力小；潜水器导流罩与潜水器电子舱之间安装用户设备、传感器或加装用于船体静力学配平的浮力材料、压载铅块；所述潜水器水袋布置于潜水器导流罩(47)内部偏前侧、潜水器电子舱(48)的下部，用于运动控制过程中船体重力的调节；所述潜水器水平翼(51)为1对，1对潜水器水平翼分别安装于潜水器导流罩左右两侧，为固定翼，起稳定船体平衡的作用；所述潜水器垂直尾翼(52)为1对，1对潜水器垂直尾翼(52)分别安装于潜水器导流罩尾部上下两侧，紧跟潜水器水平翼(51)之后，为固定翼，起稳定船体平衡的作用；所述潜水器尾推进器(53)安装于潜水器导流罩(47)的尾部，用于提供水平推力；所述潜水器无线通讯天线(54)、潜水器卫星通讯天线(55)、潜水器卫星定位天线(56)均布置在向上的潜水器垂直尾翼(52)上，提高安装高度从而提高信号质量；所述潜水器控制系统设置于所述潜水器电子舱(48)内部。2.根据权利要求1所述的基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，其特征在于，所述浮标控制系统包括：浮标无线通讯单元(22)、浮标卫星定位单元(23)、浮标卫星通讯单元(24)、浮标电机控制单元(25)、浮标电机组、浮标深度计(30)、浮标高度计(31)、浮标陀螺仪(32)、浮标罗盘(33)、浮标电池(34)、浮标电源管理单元(35)、浮标用户接口(36)、浮标数据存储单元(37)、浮标水泵(38)、浮标漏水检测单元(39)、浮标第二通讯换能器(40)、浮标水声通讯单元(41)、浮标水声定位单元(42)、浮标第二定位换能器(43)以及浮标核心控制单元(44)；其中：所述浮标无线通讯单元(22)与浮标无线通讯天线(13)连接，并与浮标核心控制单元(44)进行串口通讯；所述浮标卫星定位单元(23)与浮标卫星定位天线(11)连接，并与浮标核心控制单元(44)进行串口通讯；所述浮标卫星通讯单元(24)与浮标卫星通讯天线(12)连接，并与浮标核心控制单元(44)进行串口通讯；所述浮标电机组包括4组电机，所述浮标电机控制单元(25)与4组电机相连，分别控制浮标推进器系统(18)的4组推进器的转速，从而控制智能浮标(1)的运动轨迹；所述浮标电机控制单元(25)与浮标核心控制单元(44)进行串口通讯；所述浮标深度计(30)、浮标高度计(31)、浮标陀螺仪(32)、浮标罗盘(33)的数据均由浮标核心控制单元(44)采集，并作为智能浮标(1)的运动控制系统的状态反馈信号；所述浮标电池(34)采用锂电池，当执行长期调查任务不方便更换电池的情况采用太阳能电池或温差发电；所述浮标电池(34)为整个控制系统供电，电池的电压、电流、温度、余量、绝缘情况由浮标电源管理单元(35)管理；所述浮标电源管理单元(35)与浮标核心控制单元(44)间采取串口通讯；所述浮标用户接口(36)是浮标核心控制单元(44)提供的常见电源和控制接口，包括：RS232、RS485、IO、AD、±5VDC、±12VDC、±24VDC、±48VDC；所述浮标数据存储单元(37)用于所有控制命令、传感器数据、位置信息、时间信息及系统日志的存储，浮标核心控制单元(44)对其进行读写操作；所述浮标水泵(38)设置于浮标电子舱(17)内部，用于接收浮标核心控制单元(44)控制信号，并将运行结果反馈给浮标核心控制单元(44)；浮标水泵的两端分别设有浮标水袋，并与舱外海水相连，通过调节浮标水袋存水量调节智能浮标(1)的重力，从而调节智能浮标(1)的上浮或下沉；所述浮标漏水检测单元(39)用于检测浮标电子舱(17)的独立舱体的漏水情况，并发送至浮标核心控制单元(44)，根据漏水情况和位置，浮标核心控制单元(44)将采取紧急应对措施；所述浮标第二通讯换能器(40)与浮标水声通讯单元(41)连接，再与浮标核心控制单元(44)进行串口通讯；所述浮标第二通讯换能器(40)负责声电及电声转换；所述浮标水声通讯单元(41)用于发送阶段的信号形成及接收阶段的信号放大、滤波、采集、数字信号处理及与浮标核心控制单元(44)通讯；所述浮标第二定位换能器(43)与浮标水声定位单元(42)连接，再与浮标核心控制单元(44)进行串口通讯；所述浮标第二定位换能器(43)用于声电及电声转换；所述浮标水声定位单元(42)用于发送阶段的信号形成及接收阶段的信号放大、滤波、采集、数字信号处理及与浮标核心控制单元(44)通讯；所述浮标核心控制单元(44)由嵌入式系统构成，用于与浮标无线通讯单元、浮标卫星定位单元、浮标卫星通讯单元、浮标电机控制单元、浮标电源管理单元、浮标水声通讯单元以及浮标水声定位单元进行通讯、运行主控程序和执行应急程序。3.根据权利要求1所述的基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，其特征在于，所述潜水器控制系统包括：潜水器无线通讯单元(57)、潜水器卫星定位单元(58)、潜水器卫星通讯单元(59)、潜水器漏水检测单元(60)、潜水器电机控制单元(61)、潜水器尾推进器电机(62)、潜水器深度计(63)、潜水器高度计(64)、潜水器陀螺仪(65)、潜水器罗盘(66)、潜水器电池(67)、潜水器电源管理单元(68)、潜水器用户接口(69)、潜水器数据存储单元(70)、潜水器水泵(71)、潜水器姿态控制单元(72)、潜水器纵向调节电机(73)、潜水器横向调节电机(74)、潜水器第二通讯换能器(75)、潜水器水声通讯单元(76)、潜水器水声定位单元(77)、潜水器第二定位换能器(78)和潜水器核心控制单元(79)；其中：所述潜水器无线通讯单元(57)与潜水器无线通讯天线(54)连接，并与潜水器核心控制单元(79)进行串口通讯；所述潜水器卫星定位单元(58)与潜水器卫星定位天线(56)连接，并与潜水器核心控制单元(79)进行串口通讯；所述潜水器卫星通讯单元(59)与潜水器卫星通讯天线(55)连接，并与潜水器核心控制单元(79)进行串口通讯；所述潜水器漏水检测单元(60)用于检测潜水器电子舱(48)的漏水情况，并发送至潜水器核心控制单元(79)；根据漏水情况和位置，潜水器核心控制单元将采取紧急应对措施；所述潜水器电机控制单元(61)与潜水器尾推进器电机(62)相连，控制潜水器尾推进器(53)的转速，从而控制智能潜水器(2)的运动轨迹；所述潜水器电机控制单元(61)与潜水器核心控制单元(79)进行串口通讯；所述潜水器深度计(63)、潜水器高度计(64)、潜水器陀螺仪(65)、潜水器罗盘(66)的数据均由核心控制单元(79)采集，作为智能潜水器(2)的运动控制系统的状态反馈信号；所述潜水器电池(67)采用锂电池，当执行长期调查任务不方便更换电池的情况采用温差发电方式；潜水器电池(67)为整个控制系统供电，电池的电压、电流、温度、余量、绝缘情况由潜水器电源管理单元(68)管理；所述潜水器电源管理单元(68)与潜水器核心控制单元(79)间采取串口通讯；所述潜水器用户接口(69)是潜水器核心控制单元(79)提供的常见电源和控制接口，包括：RS232、RS485、IO、AD、±5VDC、±12VDC、±24VDC、±48VDC；所述潜水器数据存储单元(70)是用于所有控制命令、传感器数据、位置信息、时间信息及系统日志的存储，潜水器核心控制单元(79)对其进行读写操作；所述潜水器水泵(71)设置于潜水器电子舱(48)内部，用于接收潜水器核心控制单元(79)控制信号，并将运行结果反馈给潜水器核心控制单元(79)；潜水器水泵(71)的两端分别与潜水器水袋(50)和舱外海水相连，通过调节潜水器水袋存水量调节智能潜水器(2)的重力，从而调节智能潜水器(2)的上浮或下沉；所述潜水器姿态控制单元(72)由潜水器纵向调节电机(73)和潜水器横向调节电机(74)的驱动；所述潜水器第二通讯换能器(75)与潜水器水声通讯单元(76)连接，再与潜水器核心控制单元(79)进行串口通讯；所述潜水器第二通讯换能器(75)用于声电及电声转换；所述潜水器水声通讯单元(76)用于发送阶段的信号形成及接收阶段的信号放大、滤波、采集、数字信号处理及与潜水器核心控制单元(44)通讯；所述潜水器第二定位换能器(78)与潜水器水声定位单元(77)连接，再与潜水器核心控制单元(79)进行串口通讯；所述潜水器第二定位换能器(78)用于声电及电声转换；所述潜水器水声定位单元(77)用于发送阶段的信号形成及接收阶段的信号放大、滤波、采集、数字信号处理及与潜水器核心控制单元(79)通讯；所述潜水器核心控制单元(44)由嵌入式系统构成，用于与潜水器无线通讯单元、潜水器卫星定位单元、潜水器卫星通讯单元、潜水器电机控制单元、潜水器电源管理单元、潜水器水声通讯单元以及潜水器水声定位单元进行通讯、运行主控程序和执行应急程序。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，其特征在于，所述智能浮标系统采取“卫星定位-惯性导航”组合定位，具体为，智能浮标系统浮上水面时接收卫星系统发出的卫星定位信号(4)，沉入水下时依靠惯性导航定位。5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，其特征在于，所述智能潜水器系统采取“卫星定位-水声定位-惯性导航”组合定位，具体为：智能潜水器系统浮上水面时接收卫星系统发出的卫星定位信号，潜入水下时依靠“水声定位-惯性导航”组合定位，即接收智能浮标系统发出的水声定位信号(8)，计算智能浮标系统坐标下智能潜水器系统的位置坐标，并将水声定位的数据与惯性导航的数据进行数据融合，从而提高定位精度。6.根据权利要求5所述的基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，其特征在于，所述水声定位具体为：通过测量水声定位信号的传播时间差计算智能潜水器系统与智能浮标系统间的斜距离，然后根据智能浮标系统中的坐标和对应的斜距离推算智能潜水器系统的位置坐标。7.根据权利要求1至3中任一项所述的基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网，其特征在于，所述智能浮标系统和智能潜水器系统之间采用的控制指令、反馈信号及小数据量调查结果采取水声通讯信号(7)、无线通讯信号(8)和卫星通讯信号(6)，具体为：实现潜入水下时，智能浮标系统和智能潜水器系统间采取水声通讯信号(7)；浮上水面时，智能浮标系统和智能潜水器系统间采取无线通讯信号(8)；信息最终汇集至担任中枢节点的智能浮标系统，并通过卫星通讯信号(6)与陆地数据终端系统(3)交换数据。