一种小型潜标系统及其布放和回收方法与流程

1.本发明涉及潜标系统技术领域，特别是涉及一种小型潜标系统及其布放和回收方法。


背景技术：

2.常规潜标系统由浮球(多个)、传感器、声学释放器、重块(水泥块、铸铁等，重达数百千克)等，通过绳索(较长，几十米)串联组成。他们由水面船舶进行布放，通过重块的重力下拽快速(下降速度通常70
‑
150m/min)到达海底；待任务完成后，水面船舶上的声学甲板控制单元发出释放命令，声学释放器接收后，其释放机构开启工作，并与重块脱钩，此时浮球提供的浮力大于潜标系统自身重力(没有了重块的重力)，整个潜标系统在浮球浮力的作用下，快速上浮至水面，然后由水面船舶进行回收。常规潜标系统的主要缺点是，需要多个浮球，而且重块很大，无论是布放还是回收，都费事费力。此外，受海流的影响，常规潜标系统难以准确布放到海底某个具体位置，通常会与水面布放点发生数百米的偏离。随着海洋观测技术的发展，对海洋精准探测提出了更高的要求，需要将潜标系统准确布放到海底某个具体位置。例如在深海热液区，我们需要将潜标准确布放到某个热液喷口附近，一方面通过潜标系统携带的传感器进行观测，另一方面可以准确标记热液喷口位置，以便下次潜水器再次准确找到热液喷口。
3.载人潜水器作为一种典型深海作业型潜水器，具有机械手，而且可以准确到达深海某个位置，并开展悬停作业。然而，载人潜水器能够携带的负载是有限的。常规潜标系统不仅体积大，而且质量也大，只能由水面船舶布放，不仅费时费力，而且受海流影响布放精度较低。这意味着，常规潜标系统无法通过载人潜水器进行布放。由此可见，如何将潜标系统与载人潜水器有机结合起来，充分利用载人潜水器的作业能力，将潜标系统准确布放到目标点，是一个迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种小型潜标系统及其布放和回收方法，将潜标系统与载人潜水器有机结合起来，充分发挥载人潜水器精确定点作业的技术优势，实现深海潜标系统的精确定点布放，并能够通过水面船舶进行回收。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种小型潜标系统，包括通过绳索依次连接的可充气球、声学释放器以及小型重块；所述可充气球通过载人潜水器的高压气罐进行充气；
7.充气后的所述可充气球用于为所述小型潜标系统提供浮力；
8.所述声学释放器用于声学定位或测距，水面船舶上的超短基线或声学甲板单元根据所述声学释放器的检测信号，发射声波控制所述声学释放器释放所述小型重块；
9.所述小型重块用于提供重力，将所述小型潜标系统固定在海底。
10.进一步地，所述可充气球的浮力大于所述绳索以及所述声学释放器的重力之和，
并且所述可充气球的浮力小于所述绳索、所述声学释放器以及所述小型重块的重力之和。
11.进一步地，所述可充气球上安装有单向压力平衡阀，当所述可充气球的内部压力大于周围海水压力时，所述单向压力平衡阀开启，释放所述可充气球内的高压气体。
12.本发明还提供了一种小型潜标系统的布放和回收，所述布放和回收方法应用于上述小型潜标系统，所述方法包括：
13.通过载人潜水器将小型潜标系统进行布放；
14.通过水面船舶将小型潜标系统进行回收。
15.进一步地，通过载人潜水器将小型潜标系统进行布放，具体包括：
16.将可充气球、声学释放器以及小型重块，通过绳索依次连好，组成小型潜标系统，放置在载人潜水器的采样篮中；
17.载人潜水器下潜到达海底，并航行至潜标系统布放点；
18.载人潜水器的机械手将小型重块、声学释放器、可充气球和绳索依次从采样蓝中取出，放置在布放点上；
19.载人潜水器的机械手将可充气球的充气孔对准载人潜水器高压气罐的充气管，冲入高压气体；
20.调整可充气球的单向压力平衡阀，使单向压力平衡阀处于平衡状态；
21.重复上述步骤，完成潜标系统的布放；
22.进一步地，通过水面船舶将小型潜标系统进行回收，具体包括：
23.潜标系统任务完成后，通过水面船舶上的超短基线或声学甲板单元，发射声波让声学释放器释放重块；
24.声学释放器释放后，可充气球带着声学释放器上浮，此时单向压力平衡阀开始工作，随着深度变小，不断向外释放气体，保持可充气球体积不变；
25.水面船舶上超短基线时刻跟踪声学释放器的位置和深度；
26.待可充气球和声学释放器到达水面后，水面船舶将潜标系统回收。
27.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
28.本发明提供了一种小型潜标系统及其布放和回收方法，所述小型潜标系统包括通过绳索依次连接的可充气球、声学释放器以及小型重块；所述可充气球通过载人潜水器的高压气罐进行充气。通过载人潜水器将小型潜标系统进行布放；通过水面船舶将小型潜标系统进行回收。本发明提供了的小型潜标系统具有小型化、便携式的特点，且将潜标系统与载人潜水器有机结合起来，通过载人潜水器准确布放在海底指定位置，并由水面船舶进行回收，充分发挥了载人潜水器精确定点作业的技术优势，实现深海潜标系统的精确定点布放。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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。
30.图1为本发明实施例小型潜标系统的结构框图；
31.图2为本发明实施例通过载人潜水器将小型潜标系统进行布放的流程图；
32.图3为本发明实施例通过水面船舶将小型潜标系统进行回收的流程图。
具体实施方式
33.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。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。
34.本发明的目的是提供一种小型潜标系统及其布放和回收方法，将潜标系统与载人潜水器有机结合起来，充分发挥载人潜水器精确定点作业的技术优势，实现深海潜标系统的精确定点布放，并能够通过水面船舶进行回收。
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
36.如图1所示，本发明提供的小型潜标系统，包括通过绳索(米级)依次连接的可充气球1、声学释放器2以及小型重块3(十千克左右)。
37.本发明利用可充气球1代替常规潜标系统中的多个浮球。在下潜前，可充气球1内部没有气体，其体积忽略不计；到达海底布放潜标系统后，由载人潜水器的高压气罐对可充气球1充气，可充气球1体积膨胀后，为潜标系统提供浮力。需要注意的是，要求可充气球1的浮力大于绳索+声学释放器2的重力，但小于绳索+声学释放器2+小型重块3的重力，这样既可以保证潜标系统在海底是垂直的，又可以保证释放小型重块后，潜标系统能够依靠可充气球提供的浮力上浮至水面。
38.需要注意的是，可充气球1上安装有单向压力平衡阀，当可充气球1内部压力大于周围海水压力时，单向压力平衡阀会自动工作，可充气球1内的高压气体会释放一部分到周围海水中，直到达到新的平衡。也就是说，在潜标系统回收过程中，随着潜标系统深度的逐渐变小，周围海水的压力不断变小，可充气球1内的高压气体会不断释放到周围海水中，这样可以保证可充气球1的体积保持不变或略有增大，否则可充气球1的体积会不断增大，直到破裂。
39.常规潜标系统的绳索很长，主要原因是从水面船舶布放，潜标系统下降速度较快，通常达到70
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150米/秒，当重块到达海底后，为了避免声学释放器碰触到海底，要求连接声学释放器和重块的绳子长度在50米左右；同时多个浮球之间也需要20米左右的绳索连接，最下面浮球和声学释放放之间的长度也在20米左右。在本发明的小型潜标系统中，绳索长度很短，连接声学释放器2和小型重块3的绳索长度1米左右，连接声学释放器2和可充气球1的绳索长度可以根据需要设置。较短的绳索，可以保证声学释放器2的位置变化半径很小，可以忽略不计。而50米长绳索，声学释放器2的位置变化半径较大，这对于声学导航定位是不利的。
40.声学释放器2主要用于声学定位或测距，也可由声学甲板单元进行遥控释放。声学释放器2既可以选择与常规潜标系统相同的声学释放器，也可以选择一些小型的声学释放器。
41.小型重块3用于提供重力，将潜标系统固定在海底，其重量约为十千克。小型铸铁
重块体积小，便于载人潜水器携带。
42.本发明还提供了一种小型潜标系统的布放和回收，所述布放和回收方法应用于上述小型潜标系统，所述方法包括：
43.步骤10：通过载人潜水器将小型潜标系统进行布放。
44.步骤20：通过水面船舶将小型潜标系统进行回收。
45.如图2所示，步骤10具体包括：
46.步骤101：将可充气球、声学释放器、小型重块，通过绳索依次连好，组成小型潜标系统，放置在载人潜水器采样篮中。根据需要，可以同时放置数套潜标系统。
47.步骤102：载人潜水器下潜到达海底，并航行至潜标系统布放点。
48.步骤103：载人潜水器机械手将小型铸铁重块、声学释放器、可充气球和连接绳索依次从采样蓝中取出，放置在布放点上。
49.步骤104：载人潜水器机械手将可充气球的充气孔对准载人潜水器高压气罐的充气管，缓慢冲入高压气体，直到可充气球的直径达到40厘米左右。
50.步骤105：冲完气后，调整可充气球的单向压力平衡阀，使单向压力平衡阀处于平衡状态，且当海水压力变小时，可充气球内的高压气体可以通过单向压力平衡阀释放到海水中，直到再次达到平衡。
51.如果有多个潜标需要布放，则重复步骤(102)
‑
(105)。至此，完成潜标系统的布放。
52.如图3所示，步骤20具体包括：
53.步骤201：潜标系统任务完成后，通过水面船舶上的超短基线或声学甲板单元，发射声波让声学释放器释放重块。
54.步骤202：声学释放器释放后，可充气球带着声学释放器开始上浮，此时单向压力平衡阀开始工作，随着深度变小，不断向外释放气体，保持可充气球体积不变。
55.步骤203：水面船舶上超短基线时刻跟踪声学释放器的位置和深度。
56.步骤204：待可充气球和声学释放器到达水面后，水面船舶将其回收。
57.本发明通过设计一种小型化、便携式、适用于深海载人潜水器布放、水面船舶回收的潜标系统，将潜标系统与载人潜水器有机结合起来，充分发挥载人潜水器精确定点作业的技术优势，实现深海潜标系统的精确定点布放，并能够通过水面船舶进行回收。
58.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
59.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。