一种空投式海洋数据测量装置和空投系统的制作方法

本方案涉及海洋监测技术领域。更具体地，涉及一种空投式海洋数据测量装置和空投系统。

背景技术：

海洋中具有十分丰富的资源，因此我国对海洋的开发与探索从未停止。海洋资源的开发有利于促进我国国防军事领域、民生经济领域、交通运输领域等进一步发展。

海洋气象水文环境要素信息的快速实时获取对于航海安全和海上军事活动保障具有重要意义。传统上海洋气象环境要素剖面主要通过探空仪获取，海洋温盐深剖面要素信息主要利用船载测量仪器进行测量获取，海浪要素信息主要利用测波浮标进行测量，上述传统测量方式存在观测范围小、使用成本高、时效性差等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种空投式海洋数据测量装置和空投系统。

为达到上述目的，本方案采用下述技术方案：

第一方面，本方案提供一种空投式海洋数据测量装置，包括：设置在空投载体内的减速部、数据测量部和分离部；

所述减速部与所述数据测量部连接；

所述分离部与所述数据测量部直接或间接抵接；

在所述空投载体到达空中的预定区域的情况下，所述分离部将所述减速部和数据测量部从所述空投载体内推出；

所述数据测量部在所述减速部的作用下，降速坠入海洋中。

在一种优选地实施例中，所述空投载体包括：腔体和盖体；

所述腔体的一侧设有开口，所述盖体固定在所述腔体的开口处；

所述分离部固定在腔体远离所述开口的一侧；

所述减速部和数据测量部可移动的设置在腔体内。

在一种优选地实施例中，所述空投载体的外部设有推进器和/或尾翼结构。

在一种优选地实施例中，所述推进器固定在所述腔体的远离所述开口的一侧的外部；和/或，

所述尾翼结构固定在所述腔体的远离所述开口的一侧的外部或推进器的外部。

在一种优选地实施例中，所述空投载体为火箭弹体。

在一种优选地实施例中，所述减速部包括：降落伞；

所述降落伞通过缆绳与所述数据测量部连接固定；或者，

所述减速部包括：设置在数据测量部上的喷气机构；通过所述喷气机构喷出的气流减缓数据测量部在空中的下降速度。

在一种优选地实施例中，所述分离部包括：点火装置、活塞和衬瓦；

所述活塞通过活塞杆与衬瓦固定，且活塞的侧面与空投载体内壁抵接；

所述点火装置固定在活塞的远离所述衬瓦一侧的空投载体内部；

所述衬瓦直接或间接与所述数据测量部抵接；

所述点火装置点燃预先添加的火药产生高压气体，所述活塞在高压气体的作用下，将衬瓦前侧的数据测量部从空投载体内部推出；

或者，

所述分离部包括：具有解锁开关的锁紧机构、预紧弹簧和推板；

所述弹簧的一端与空投载体固定，其另一端与推板固定；

所述锁紧机构的一端与空投载体固定，其另一端与推板固定；

所述推板在解除锁紧机构对其限位的情况，通过预紧弹簧的弹力，将推板前侧的数据测量部从空投载体内部推出。

在一种优选地实施例中，所述分离部还包括：延时器；

所述延时器与点火装置的开关电连接；或者，所述延时器与所述锁紧机构的解锁开关电连接。

在一种优选地实施例中，所述数据测量部包括：漂浮结构；

所述漂浮结构内部设置有十轴传感器、温湿压传感器、定位传感器、温盐深测量机构、通讯器中的一种或多种；

所述漂浮结构内部设置有十轴传感器、温湿压传感器、定位传感器、温盐深测量机构、通讯器中的至少一种与设置在漂浮结构内的控制器电连接；

所述漂浮结构内部设置有十轴传感器、温湿压传感器、定位传感器、温盐深测量机构、通讯器和控制器中的至少一种与设置在漂浮结构内的供电电源电连接；

所述漂浮结构的外部设置有与通讯器电连接的数据传输天线和/或与定位传感器电连接的定位信号接收天线。

在一种优选地实施例中，温盐深测量机构包括：固定有温盐深测量探头的探头释放机构；

所述探头释放机构固定在漂浮结构底部；

所述探头释放机构和温盐深测量探头分别与所述控制器电连接；

所述探头释放机构在控制器发出的释放信号的作用下，将所述温盐深测量探头释放至海洋中。

在一种优选地实施例中，所述漂浮结构包括：中空的壳体；

所述十轴传感器、温湿压传感器、定位传感器、温盐深测量机构、通讯器、控制器和供电电源中的一种或多种固定在壳体的内壁上或通过安装架固定在壳体内。

在一种优选地实施例中，所述漂浮结构的内壁上开设有探测口；

所述温湿压传感器固定在探测口处。

第二方面，本方案提供一种空投系统，包括：发射架和如上所述的空投式海洋数据测量装置；

所述发射架固定在飞行器、船只或车辆上；

所述空投式海洋数据测量装置设置在发射架上。

本发明的有益效果如下：

本申请所述方案将数据测量部设置在空投载体上，通过远程投掷或发射的方式，将数据测量部投放至目标区域，从而降低环境因素对数据测量部投放过程的影响，降低投放过程中的安全风险，提高数据测量部的投放效率。

本申请所述方案将多种采集手段集成在数据测量部中，通过远程投掷或发射的方式，将数据测量部投放至目标区域，从而能够一次性采集多种数据，从而增加了数据采集的范围，降低投入成本，提高数据采集的效率。

本申请所述方案能实现全天候、全时段、全海域海洋环境要素的快速测量，尤其适合特殊海域、恶劣天气海况和紧急状况下海洋气象水文环境要素的快速实时、安全可靠和一体化测量，可为海洋科考、航海安全保障、海上军事活动等提供新型探测手段及方法，在海洋环境要素快速测量领域具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本方案所述空投式海洋数据测量装置的一个实例的示意图；

图2示出本方案所述数据测量部内部器件连接方式的一个实例的示意图；

图3示出本方案所述空投式海洋数据测量装置的使用方式的一个实例的示意图。

附图标号

1、空投载体；101、腔体；102、盖体；103、推进器；104、尾翼结构；

2、减速部；201、降落伞；202、缆绳；

3、数据测量部；301、漂浮结构；302、十轴传感器；303、温湿压传感器；304、定位传感器；305、温盐深测量探头；306、通讯器；307、控制器；308、供电电源；309、数据传输天线；310、定位信号接收天线；

4、分离部；

5、发射架。

具体实施方式

为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

经过对现有技术的分析和研究，近些年，国内外发展出了一些无人机、无人船载海洋气象水文环境测量系统，然而这些系统存在使用环境要求高、安全风险大、时效性仍显不足的问题，无法满足恶劣天气海况等极端条件下海洋科考、航海安全保障和海上军事活动对海洋气象、温盐深剖面和海浪要素的快速实时、安全可靠和一体化测量需求。

因此，本方案旨在提供一种空投式海洋数据测量装置，将海洋数据测量装置与空投载体1相结合，利用远程投掷或发射的方式，将数据测量部3投放至目标区域，从而降低环境因素对数据测量部3投放过程的影响，降低投放过程中的安全风险，提高数据测量部3的投放效率。

以下，结合附图对本方案提出的一种空投式海洋数据测量装置进行详细描述。

如图1所示，本方案所述空投式海洋数据测量装置包括：空投载体1、减速部2、数据测量部3和分离部4。减速部2、数据测量部3和分离部4由上至下依次固定在空投载体1内部。数据测量部3与减速部2连接，并与分离部4直接或间接抵接。使用时，将空投载体1发射或投掷到空中，当空投载体1到达空中的预定区域时，分离部4将减速部2和数据测量部3从所述空投载体1内推出，数据测量部3通过减速部2减速，缓慢落入海洋中，进行海洋数据的测量和发送。

本方案中，空投载体1作为减速部2、数据测量部3和分离部4在空中飞行过程中的载体，不但可以将减速部2、数据测量部3和分离部4携带至预定区域，还可以保证在飞行过程中，阻挡外界环境因素对减速部2、数据测量部3和分离部4造成的损坏、路线偏移等不良影响。空投载体1可以采用抗冲击、耐腐蚀的金属材料，例如不锈钢等，以保证其在存放或使用过程中的稳定性和安全性。另外，考虑到空投载体1在空气中运动时，由于风阻等问题，会影响空投载体1的运行轨迹，因此，可以将空投载体1设计成流线型结构，以减少空中的风阻对空投载体1运行轨迹的影响。

为了便于安装和拆卸，本方案可以将空投载体1设计为分体结构。具体来说，空投载体1可以包括：腔体101和盖体102。腔体101的一侧设有开口，通过该开口依次安装分离部4、数据测量部3和减速部2；待部件安装完毕后，将盖体102卡固在腔体101的开口处，完成对空投载体1的安装。在一种实施例中，腔体101可以设计为一端开口，且内部中空的圆柱型结构，分离部4、数据测量部3和减速部2可以固定在圆柱形结构内。盖体102可以设计为锥形结构，锥形结构的一侧与圆柱型结构的腔体101匹配连接固定。在盖体102设计的过程中，可以将盖体102设计为中空结构，也可以设计为非中空结构，具体可以根据盖体102的强度和重量要求进行适当调整。

此处需要注意的是，腔体101和盖体102进行连接固定时，应当考虑到，不能影响分离部4的正常工作。即，安装完毕后，盖体102和腔体101之间的连接力，能够抵抗腔体101内的部件对盖体102造成的挤压力，防止盖体102与腔体101脱离；还需要保证盖体102和腔体101之间的连接力小于分离部4提供的推力，这样才能实现分离部4顺利将盖体102推离腔体101，并将数据测量部3和减速部2推出腔体101。

在空投载体1到达预定区域时，分离部4需要将数据测量部3和减速部2推出腔体101，因此，数据测量部3和减速部2不能完全固死在空投载体1内，可以将数据测量部3和减速部2可移动放置在空投载体1内，通过其他部件之间的挤压力和空投载体1内壁的挤压力，实现数据测量部3和减速部2在空头载体内静止放置。

另外，为了便于分离部4的安装，也可以单独在空投载体1上开设分离部4的安装口，以便单独安装和调整分离部4。

为了提高空投载体1在空中飞行过程中的可控性，本方案可以在空投载体1的外部进一步增加推进器103和/或尾翼结构104。在一种实施例中，推进器103可以安装在空投载体1中腔体101的远离开口一侧的外部。通过推进器103，调整空投载体1在空中飞行的姿态和方向。在另一种实施例中，可以在推进器103的喷射端附近均匀的设置多个尾翼结构104，从而提高飞行载体在空中飞行的稳定性。在另一种实施例中，可以在空投载体1中腔体101的远离开口一侧的外部附近均匀的设置多个尾翼结构104，从而提高飞行载体在空中飞行的稳定性。

本方案中，空投载体1可以采用火箭弹体结构，在火箭弹体内划分出放置分离部4、数据测量部3和减速部2的区域，并将分离部4、数据测量部3和减速部2依次布置在火箭弹体内。使用时，可以利用飞行器空投，或者，平台发射的方式，将火箭弹体空投至预定区域，之后，利用分离部4将数据测量部3和减速部2推出火箭弹体。数据测量部3在减速部2的作用下，缓慢的落入预定的海洋区域，进行海洋数据的采集和测量。

本方案考虑到，数据测量部3被推出空投载体1后，不能直接自由落体坠入海洋中，这样可能会导致数据测量部3中敏感部件的损坏。因此，单独为数据测量部3配备了减速部2，这样可以在空中对数据测量部3进行减速，使其缓慢的落入海洋中，从而降低数据测量部3受到的冲击。在一种实施例中，减速部2可以包括：降落伞201；将降落伞201的缆绳202与数据测量部3外部预留的挂钩、吊耳等连接结构固定。在数据测量部3飞出空投载体1后，降落伞201在气流作用下展开，数据测量部3吊在降落伞201下方，并缓缓的下降，直至落入海洋中。在另一种实施例中，减速部2可以包括：喷气机构；将多个喷气机构均匀的固定在数据测量部3的外部。在数据测量部3飞出空投载体1后，随着数据测量部3的下落，位于数据测量部3下方或侧方的喷气机构会通过喷出气流，来减缓数据测量部3的下降速度，从而使数据测量部3能够降速落入洋洋中。

分离部4可以在空投载体1达到预定区域时，将数据测量部3和减速部2从空投载体1中推出，从而实现数据测量部3和空投载体1的分离。在一种实施例中，分离部4可以包括：点火装置、活塞和衬瓦；点火装置安装在空投载体1内部的底部，活塞和衬瓦连接固定，且位于点火装置的上方。为了保证数据测量部3在空投载体1中的稳定性，数据测量部3的一侧可以直接与衬瓦抵接，另一侧的减速部2通过空投载体1中的盖体102顶住，这样就可以保证数据测量部3和减速部2稳定的放置在空投载体1内，防止数据测量部3和/或减速部2在空投载体1内滑动。此外，由于点火装置产生的高压气体通过活塞和衬瓦传递时，瞬间推力较大，有可能对数据测量部3产生冲击，因此，也可以在数据测量部3和衬瓦之间增加缓冲垫、缓冲板等缓冲结构，以减少衬瓦对数据测量部3的冲击。点火装置的使用还需要配合火药等引燃物的配合，因此，可以在空投载体1使用前，在点火装置需要进行点火操作的腔室内填充火药等引燃物，这样就可以在空投载体1飞行到预定区域时，点火装置点燃火药产生高压气体，所述活塞在高压气体的作用下，将衬瓦前侧的数据测量部3从空投载体1内部推出。

在另一种实施例中，分离部4可以包括：具有解锁开关的锁紧机构、预紧弹簧和推板。预紧弹簧的一端与空投载体1的内壁固定，其另一端与推板的一侧固定。数据测量部3位于推板的另一侧。锁紧机构可以采用电磁铁，通过电磁铁吸住金属材料制成的推板，使得弹簧形成预紧状态。推板在解除锁紧机构对其限位后，可以通过预紧弹簧的回弹力，将推板前侧的数据测量部3从空投载体1内部推出。为了保证数据测量部3在空投载体1中的稳定性，数据测量部3的一侧可以直接与推板抵接，另一侧的减速部2通过空投载体1中的盖体102顶住，这样就可以保证数据测量部3和减速部2稳定的放置在空投载体1内，防止数据测量部3和/或减速部2在空投载体1内滑动。此外，由于预紧弹簧解除限位后瞬间推力较大，有可能对数据测量部3产生冲击，因此，也可以在数据测量部3和推板之间增加缓冲垫、缓冲板等缓冲结构，以减少推板对数据测量部3的冲击。

在空投载体1完成空投操作之后，为了便于及时触发分离部4，将数据测量部3和减速部2推出空投载体1。可以在分离部4中进一步增加延时器，将延时器与控制点火装置的开关，或者，锁紧机构的开关相连接。设定延时器的延时时间，在达到预定时间时发出触发信号。点火装置可以根据该触发信号，开启点火操作。电磁铁中的开关可以根据该触发信号，断开供电，使电磁铁失去磁性，从而对金属推板解除限位。

本方案中，数据测量部3可以采用漂浮结构301作为载体，保证数据测量部3落入海洋后，能够漂浮在海洋中进行海洋数据测量。在一种实施例中，漂浮结构301可以设计为中空的壳体结构。例如，壳体结构可以为铝质圆筒。将测量部件固定在圆筒内壁上，或者，通过安装架固定在壳体内，从而使测量部件能够稳定的在圆筒内完成测量工作。

如图2所示，为了能够在一次空投操作中获得多种数据，可以在漂浮结构301内部配置多种测量和通信设备，例如，十轴传感器302、温湿压传感器303、定位传感器304、温盐深测量机构、通讯器306等等。十轴传感器302、温湿压传感器303、定位传感器304、温盐深测量机构采集回来的波浪加速度数据、欧拉角数据、温度数据、湿度数据、压力数据、定位数据、温盐深数据等等数据，可以通过控制器307进行处理后，利用通讯器306和固定在漂浮结构301外部的传输天线发送给船只、地面站、控制中心等设施。本方案中，控制器307可以对多个传感器采集得到的数据进行预处理后，发送给外部设施；也可以在控制器307中预先烧写程序，该程序可以对波浪的数据进行处理，得到波浪的高度、周期、方向等信息，从而可以直接为船只提供海洋波浪的实时数据信息。另外，定位传感器304可以采用gps/北斗定位模块，通过安装于漂浮结构301的外部上端的定位信号接收天线310获取卫星定位信号，并将定位信息传输至控制器307。

本方案中，温盐深测量机构包括：固定有温盐深测量探头305(温盐深测量xctd)的探头释放机构；温盐深测量探头305通过探头释放机构锁止于漂浮结构301内，温盐深测量探头305通过铜质细漆包线与控制器307电连接，可将实测的海洋水文要素剖面数据通过该漆包线实时传输至控制器307。数据测量部3落入海洋后，漂浮结构301的部分位于海面之上，部分位于海面以下。温盐深测量机构中的探头释放机构启动，释放温盐深测量探头305，探头自由下落，完成对海洋0至1850m范围内的温盐深剖面数据进行测量，测量数据通过漆包线实时传输至控制器307。另外，温盐深测量探头305为一次性测量装置，待海洋温盐深剖面测量完成后漆包线在温盐深测量探头305重力作用下自动断裂，温盐深测量探头305沉入海底。本方案中，可以利用控制器307接收外部控制指令，根据外部控制指令，向探头释放机构发送释放控制信号；探头释放机构根据释放控制信号，解除对温盐深测量探头305的限制，将其释放到海洋中。

为了能够更好的使温湿压传感器303对温度、湿度和压力进行测量，可以在漂浮结构301的内壁上开设一个探测口，将温湿压传感器303固定在探测口处，并做好密封处理，防止海水深入漂浮结构301内。

本方案中，还可以在漂浮结构301内配置供电电源308，通过供电电源308为十轴传感器302、温湿压传感器303、定位传感器304、通讯器306等部件供电。在一种实施例中，供电电源308可以为蓄电池，超级电容等储能器件。

本方案进一步提供了配合上述空投式海洋数据测量装置实施的空投系统。该空头系统包括：发射架5；上述空投式海洋数据测量装置可以通过发射架5固定在飞行器、船只、车辆或陆基上。如图3所示，例如，发射架5固定在船只、车辆或陆基，空投式海洋数据测量装置安装在发射架5上，调整发射角度后，通过发射架5的发射装置将空投式海洋数据测量装置朝向预定区域发射出去，随后通过空投式海洋数据测量装置上的推进器103，将空投式海洋数据测量装置送至空中的预定区域，随后，空投式海洋数据测量装置中的分离部4将数据测量部3和减速部2推出空投载体1；数据测量部3在减速部2的作用下，缓慢落入海洋中。再例如，发射架5固定在飞行器上，利用飞行器将空投式海洋数据测量装置携带至预定高度后，利用发射架5解除对空投式海洋数据测量装置的限位，将其投掷至空中预定区域，随后，数据测量部3的分离和落入海洋中的过程与上述步骤基本相同，此处不再赘述。

综上所述，本申请所述方案将数据测量部3设置在空投载体1上，通过远程投掷或发射的方式，将数据测量部3投放至目标区域，从而降低环境因素对数据测量部3投放过程的影响，降低投放过程中的安全风险，提高数据测量部3的投放效率。

本申请所述方案将多种采集手段集成在数据测量部3中，通过远程投掷或发射的方式，将数据测量部3投放至目标区域，从而能够一次性采集多种数据，从而增加了数据采集的范围，降低投入成本，提高数据采集的效率。

本申请所述方案能实现全天候、全时段、全海域海洋环境要素的快速测量，尤其适合特殊海域、恶劣天气海况和紧急状况下海洋气象水文环境要素的快速实时、安全可靠和一体化测量，可为海洋科考、航海安全保障、海上军事活动等提供新型探测手段及方法，在海洋环境要素快速测量领域具有广阔的应用前景。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。