一种座底式观测装置及其调平与防掩埋控制方法与流程

本发明涉及座底式观测装置，更具体为一种座底式观测装置及其调平与防掩埋控制方法。

背景技术：

1、座底式观测装置是海洋环境监测、海底资源勘探和水下工程观测的重要装备。现有的座底式观测装置通常采用固定高度的支撑腿或重力式底座结构。然而，在海底布放过程中，由于海底地形起伏不平、底质软硬不均、海流冲刷等因素，观测装置容易出现以下问题：

2、1、装置落座后无法自动适应海底地形，导致观测平台倾斜，影响观测设备的指向精度和测量准确性。

3、2、倾斜状态下长期工作，装置重心偏移，增加了倾覆风险；在软泥底质环境下，装置还可能出现单侧沉降加剧的“虚腿”现象，进一步破坏稳定性。

4、3、装置与海底的高度距离无法调节，当泥沙淤积时，观测设备容易被掩埋，导致设备无法正常工作甚至丢失。

5、现有技术中，部分水下整平架采用液压支腿配合压力传感器进行高度调节，但压力传感器仅能检测支腿受力情况，无法直接获取装置与海底的距离信息。部分三脚架平台通过机械调节方式实现水平调整，但调节过程依赖人工或预设指令，无法实现自动闭环控制。另有部分技术采用声学测距方式测量水深，但通常仅设单一方向的声学传感器，无法同时监测装置上方和下方的空间状态，难以全面感知装置所处的环境。因此，需要提供一种新的技术方案给予解决。

技术实现思路

1、

2、本发明目的在于提供一种座底式观测装置及其调平与防掩埋控制方法，解决了背景技术中所提出的问题。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种座底式观测装置及其调平与防掩埋控制方法，包括：支撑腿，所述支撑腿的上部设在有搭载平台且搭载平台的内部安装有观测设备，所述观测设备包括主控舱、电源舱、姿态仪、向上声学雷达、向下声学雷达、水深通信器、泥沙高度传感器和深度传感器，所述支撑腿的内部设置有伸缩机构且伸缩机构与搭载平台之间固定连接，所述姿态仪用于检测搭载平台的倾斜角度，所述向上声学雷达安装于搭载平台的顶部，用于测量搭载平台顶部至水面的距离，所述向下声学雷达安装于搭载平台的底部，用于测量搭载平台底部至海底表面的距离，所述水声通信机安装于搭载平台上，用于与远程终端进行双向数据通信，所述主控舱内设置有控制器且分别与姿态仪、向上声学雷达、向下声学雷达、水声通信机以及伸缩机构电性连接，。

5、作为本发明的一种优选实施方式，所述控制器包括自动控制模式和手动控制模式，在自动控制模式下，接收所述姿态仪检测的倾斜角度和所述向下声学雷达测量的向下距离；根据所述倾斜角度计算各支撑腿所需的高度调整量，控制各伸缩机构执行高度调整，使搭载平台恢复水平状态；且当所述向下距离小于预设的安全阈值时，控制各伸缩机构同步伸出以抬升搭载平台；在手动控制模式下，通过所述水声通信机将所述姿态传感器的倾斜角度数据、所述向上声学雷达和向下声学雷达的测距数据、以及观测设备的测量数据实时发送至远程终端；并接收所述远程终端根据所述数据发送的手动调节指令，根据所述手动调节指令控制指定的伸缩机构执行对应的高度调整。

6、作为本发明的一种优选实施方式，所述伸缩机构包括电机和推杆组件，所述电机固定于支撑腿内部且电机的输出轴与推杆组件的联动机构之间相连接，所述控制器通过电机转动实现推杆组件的伸出和缩回。

7、作为本发明的一种优选实施方式，所述支撑腿的底部设置有支撑底座，所述支撑底座的底面积大于支撑腿的截面积；所述支撑底座的底面设置有多个防滑齿或抓地凸起。

8、作为本发明的一种优选实施方式，所述向下声学雷达和向上声学雷达的工作频率为50khz～500khz，测距精度优于5mm。

9、作为本发明的一种优选实施方式，所述姿态仪为三轴加速度计或倾角仪，用于检测搭载平台在俯仰方向和横滚方向上的倾斜角度。

10、作为本发明的一种优选实施方式，所述深度传感器用于测量搭载平台所处的水深；所述深度传感器与控制器电性连接，所述控制器在手动控制模式下还将深度传感器的数据通过水声通信机发送至远程终端。

11、作为本发明的一种优选实施方式，所述泥沙高度传感器用于检测泥沙淤积高度；所述泥沙高度传感器与控制器电性连接，在自动控制模式下，泥沙高度传感器检测的淤积高度超过预设阈值时，控制器控制各伸缩机构同步伸出以抬升搭载平台；在手动控制模式下，控制器将所述淤积高度数据发送至远程终端。

12、作为本发明的一种优选实施方式，所述方法包括如下步骤：

13、步骤1：布放阶段：将装置从水面布放至海底，姿态仪实时检测倾斜角度，向下声学雷达实时测量底部至海底距离，向上声学雷达实时测量顶部至水面距离，上述数据通过水声通信机实时上传至远程终端；

14、步骤2：初始触底判定：当向下声学雷达测量的距离值由下降趋势转变为稳定值或零值时，判定搭载平台已触底；

15、步骤3：初始自动调平：控制器读取倾斜角度，计算各支撑腿的高度调整量，控制各伸缩机构执行调整，直至倾斜角度小于水平误差阈值，控制器计算各支撑腿高度调整量的方法包括：建立以搭载平台中心为原点的坐标系，根据各支撑腿的位置坐标和倾斜角度在俯仰及横滚方向上的分量解算所需升降高度值；控制器按照“追高不追低”的策略，仅对各支撑腿执行伸出操作；

16、步骤4：数据反馈与模式切换：长期工作中，控制器以预设周期将倾斜角度、向上距离、向下距离、水深、淤积高度及观测设备数据通过水声通信机发送至远程终端；操作人员根据反馈的姿态和环境信息判断是否需要手动干预，若需要则通过远程终端发送手动调节指令；

17、步骤5：手动调节执行：控制器接收手动调节指令，解析目标支撑腿和目标调整量，驱动对应的伸缩机构执行伸缩动作，并将更新后的倾斜角度和距离数据反馈至远程终端；

18、步骤6：自动防掩埋保护：控制器持续监测向下距离，当距离值小于预设安全阈值或持续减小时，控制各伸缩机构同步伸出抬升搭载平台，并通过水声通信机发送报警信息；

19、步骤7：深度自适应调整：当深度传感器检测到水位变化或装置沉降，且装置处于自动控制模式时，控制器根据实时测距值和倾斜角度动态调整各支撑腿高度。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

21、1、本发明通过在搭载平台上集成向上声学雷达和向下声学雷达，实现了对装置上方水面距离和下方海底距离的双向声学感知，配合姿态传感器，构建了完整的水下空间状态感知体系，能够全面掌握装置所处的三维空间位置和姿态。

22、2、通过水声通信机实现了装置状态数据和观测数据的实时远程反馈，使操作人员能够全面掌握水下装置的真实姿态、环境距离和仪器工作状况，解决了水下装置“盲放盲收”的信息孤岛问题。

23、3、采用三个独立控制的支撑腿，结合控制器对倾斜角度的实时解算和各腿高度调整量的精确计算，实现了装置落座后的自动初始调平和长期工作过程中的动态调平，有效解决了海底地形不平带来的倾斜问题，保证了观测设备的指向精度和测量准确性。

24、4、利用向下声学雷达持续监测装置与海底的间距，当检测到距离减小（表明装置沉降或泥沙淤积）时，控制器自动控制三个支撑腿同步伸出抬升装置整体，从而有效防止装置被泥沙掩埋，提高了装置在软泥底质环境下的生存能力。

25、5、调平控制策略采用“追高不追低”的原则，即仅通过伸出操作完成调平，避免缩回操作可能导致的支腿悬空（虚腿）问题，保证了调平过程中装置始终获得稳定的支撑。

26、6、支撑腿底部设置有大面积支撑底座和防滑结构，增加了装置与海底的接触面积和摩擦力，有效降低了装置在水平滑动、垂向沉降和不均匀沉降方面的风险。