一种子母式水生动物定位与生境获取装置及其使用方法

本发明属于生态环境保护，具体涉及一种子母式水生动物定位与生境获取装置及其使用方法，适用于利用北斗卫星导航系统传输来自水下，特别是深海的生境参数。

背景技术：

1、水生哺乳动物/鱼类（如鲸类、海豚、鲟类）是海洋的旗舰物种，它们的生存状态与生境可以代表海洋尤其是浅海、深海水生态环境，如何定期获取它们的生境参数对于海洋生态环境保护至关重要。北斗卫星导航系统通过北斗卫星及其系统将搭载了北斗导航模块的目标位置和相关数据传输给地面客户端，广泛应用于车载、船载导航等交通、物流与生态环境领域。但是，北斗导航技术难以直接对水下、尤其是位于深海的水生哺乳动物/鱼类进行直接的定位和相关生境数据传输。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够利用北斗卫星导航系统传输来自水下，特别是深海生境参数的子母式水生动物定位与生境获取装置及其使用方法。

2、为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

3、一种子母式水生动物定位与生境获取装置，所述定位与生境获取装置包括母模块、多个子模块，所述母模块包括可拆卸设置在水生动物上的母壳体，所述子模块包括可拆卸设置在母壳体上的子壳体；

4、所述母壳体的内部安装有控制器、数据传输器，其一侧外壁上安装有生境探测器，所述子壳体内部安装有数据发送器、数据存储器；

5、所述控制器用于控制生境探测器按预设采样间隔采集水生动物周围环境的生境参数，以及控制各子模块按各自的预设释放时间逐个释放；

6、所述数据传输器用于将生境探测器采集的生境参数传输至待释放子模块中的数据存储器；

7、所述数据发送器用于在已释放子模块上浮至水面后将数据存储器存储的生境参数经北斗卫星导航系统传输至地面接收端。

8、所述子壳体内部还安装有导航模块；

9、所述导航模块用于在已释放子模块上浮至水面后从北斗卫星导航系统处获得定位信息并将其发送至数据发送器；

10、所述数据发送器用于在已释放子模块上浮至水面后将定位信息和数据存储器存储的生境参数传输至北斗卫星导航系统，由北斗卫星导航系统将已释放子模块的定位信息和生境参数传输至地面接收端。

11、所述定位与生境获取装置还包括分离模块、固定模块；

12、所述控制器通过分离模块控制各子模块按各自的预设释放时间逐个释放；

13、所述控制器还用于通过固定模块控制母壳体按预设脱离时间与水生动物分离。

14、所述分离模块包括安装块，所述安装块的底部与母壳体的顶部固定连接，安装块的顶部设置有多个与子模块一一对应的凹槽，安装块的内部设置有多个与子模块一一对应的一号微型电机、多个与子模块一一对应的伸缩柱组，所述伸缩柱组包括两个与对应的一号微型电机相连接的伸缩柱，所述两个伸缩柱在伸出时分别与开设在对应子模块中的子壳体两侧上的插槽插入配合。

15、所述固定模块包括固定块，所述固定块的顶部与母壳体的底部固定连接，固定块内部设置有滑道、二号微型电机，固定块上开设有多个与滑道并排设置的固定孔，所述固定孔上穿设有用于绑在水生动物上的软绳，所述滑道上设置有与二号微型电机相连接的刀片，所述刀片可沿滑道滑动以切割软绳。

16、所述母壳体内部还设置有为整个母模块供电的母电源，所述子壳体内部还设置有为整个子模块供电的子电源，所述生境探测器上集成有水温检测探头、盐度检测探头、叶绿素检测探头、深度检测探头、流速检测探头、放射性辐射值检测探头。

17、一种子母式水生动物定位与生境获取装置的使用方法，所述使用方法包括：

18、s1、先通过控制器预设生境探测器的采样间隔以及各个子模块的释放时间，然后利用固定模块将整个装置固定在水生动物上并进行野外放流；

19、s2、所述生境探测器按预设的采样间隔定时采集水生动物周围环境的生境参数，采集到的生境参数通过数据传输器输入待释放子模块中的数据存储器中存储；

20、s3、在达到待释放子模块的释放间隔时，所述控制器控制该待释放子模块释放，所述数据传输器将生境探测器采集到的生境参数输入下一个待释放子模块中的数据存储器中存储；

21、s4、循环重复步骤s2至s3直至所有子模块释放完毕；

22、s5、所述子模块被释放上浮至水面后，其中的数据发送器将数据存储器存储的生境参数经北斗卫星导航系统传输至地面接收端。

23、所述子壳体内部还安装有导航模块；

24、步骤s5中，所述已释放子模块上浮至水面后，其中的导航模块从北斗卫星导航系统处获得定位信息并将其发送至数据发送器，所述数据发送器将定位信息和数据存储器存储的生境参数通过北斗卫星导航系统传输至地面接收端。

25、所述定位与生境获取装置还包括分离模块、固定模块；

26、步骤s3中，在达到待释放子模块的释放间隔时，所述控制器通过分离模块控制各子模块按各自的预设释放时间逐个释放；

27、步骤s4中，所有子模块释放完毕后，所述控制器通过固定模块控制母壳体按预设的脱离时间与水生动物分离。

28、所述使用方法还包括步骤s6：

29、s6、所述地面接收端基于已释放子模块的定位信息以及其数据存储器中存储的生境参数计算得到已释放子模块的释放位置（、），所述计算公式为：

30、；

31、；

32、；

33、；

34、；

35、；

36、；

37、；

38、上式中，、分别为子模块被释放时的横、纵坐标；、分别为子模块上浮至水面时的横、纵坐标；、分别为子模块上浮至水面后经过时间时的横、纵坐标；为子模块被释放时的水下流速，为von karman 经验常数，为子模块被释放时的水深，为河床或海床的粗糙度，为剪切力流速，为子模块在上浮过程中的平均水平偏移速度，为子模块从被释放到上浮至水面所经过的时间，为子模块在上浮过程中的水平偏移距离，为子模块在上浮过程中的水平偏移角度，为子模块在水面上的移动速度，为子模块被释放时的水下洋流流向与子模块在水面上移动方向之间的夹角，为中间变量。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

40、1、本发明一种子母式水生动物定位与生境获取装置，包括母模块、多个子模块，母模块包括可拆卸设置在水生动物上的母壳体，子模块包括可拆卸设置在母壳体上的子壳体，母壳体的内部安装有控制器、数据传输器，其一侧外壁上安装有生境探测器，子壳体内部安装有数据发送器、数据存储器；该装置的工作过程为，先通过控制器预设生境探测器的采样间隔以及各个子模块的释放时间，然后将母壳体固定在水生动物上，进行野外放流，生境探测器按预设的采样间隔定时采集水生动物周围环境的生境参数，采集到的生境参数通过数据传输器输入待释放子模块中的数据存储器中存储，控制器在达到待释放子模块的释放时间时控制该待释放子模块释放，数据传输器将生境探测器采集到的生境参数输入下一个待释放子模块中的数据存储器中存储，直至所有子模块释放完毕，子模块被释放上浮至水面后，其中的数据发送器将数据存储器存储的生境参数经北斗卫星导航系统传输至地面接收端；该装置采用了可分离的子母模块式设计，子模块被释放后上浮至水面，即可与北斗卫星导航系统恢复通讯，利用北斗导航系统将从母模块处获取的生境参数传输至地面接收端，克服了难以利用北斗导航系统在水下，特别是深海环境进行数据传输的问题。因此，本发明能够获取水下，特别是深海的水生哺乳动物/鱼类周围环境的生境参数。

41、2、本发明一种子母式水生动物定位与生境获取装置中，子壳体内部还安装有导航模块；实际工作时，在已释放子模块上浮至水面后，其中的导航模块从北斗卫星导航系统处获得定位信息并将其发送至数据发送器，数据发送器将定位信息和数据存储器存储的生境参数通过北斗卫星导航系统传输至地面接收端，克服了难以利用北斗导航系统对水下，特别是深海的水生哺乳动物/鱼类进行定位问题，从而使研究人员能够获取生境信息与时间、空间信息，更好的为水生哺乳动物/鱼类以及海洋环境保护提供数据基础。因此，本发明能够同时获取生境信息与时空信息，更好的为水生哺乳动物/鱼类以及海洋环境保护提供数据基础。

42、3、本发明一种子母式水生动物定位与生境获取装置还包括分离模块、固定模块，分离模块包括安装块，安装块的底部与母壳体的顶部固定连接，安装块的顶部设置有多个与子模块一一对应的凹槽，安装块的内部设置有多个与子模块一一对应的一号微型电机、多个与子模块一一对应的伸缩柱组，伸缩柱组包括两个与对应的一号微型电机相连接的伸缩柱，两个伸缩柱在伸出时分别与开设在对应子模块中的子壳体两侧上的插槽插入配合，固定模块包括固定块，固定块的顶部与母壳体的底部固定连接，固定块内部设置有滑道、二号微型电机，固定块上开设有多个与滑道并排设置的固定孔，固定孔上穿设有用于绑在水生动物上的软绳，滑道上设置有与二号微型电机相连接的刀片，刀片可沿滑道滑动切割软绳；实际工作时，伸缩柱伸出时与插槽插入配合固定住子模块，待到需释放子模块时，控制器控制与该子模块对应的伸缩柱回缩，伸缩柱从插槽中退出，使子模块得到释放上浮，待所有子模块释放完毕后，控制器控制刀片沿滑道滑动，割断所有软绳，使母模块能够从水生动物上分离；本设计通过分离模块、固定模块能够使所有子模块以及母模块按设定的时间陆续分离，且结构简单、可靠。因此，本发明通过分离模块、固定模块能够使所有子模块以及母模块按设定的时间陆续分离，且结构简单、可靠。

43、4、本发明一种子母式水生动物定位与生境获取方法，通过地面接收端基于已释放子模块的定位信息以及其数据存储器中存储的生境参数计算得到已释放子模块的释放位置，从而减少子模块的定位误差。因此，本发明能够减少子模块的定位误差。