【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及定位，尤其是涉及一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统。
技术介绍
1、海底观测网是观测海洋的新型平台，为认识海洋提供了广阔时空尺度下多种海洋内部特征同步、实时、连续的观测手段，从根本上改变认识海洋的途径，标志着海洋开发和研究的新阶段。针对长期、广域、实时观测的科学和社会需求，海底观测网成为海洋研究和防灾预警的重要工具。海底观测网将供电系统和通信系统直接从陆地延伸部署到海底，解决了众多原位观测设备在海底长期运行面临的持续电能供给和海量数据传输两大难题，可实现从海底直接对特定海域的物理、化学、生物和地质等过程进行高分辨率的原位实时观测，远程监测海底风暴潮、火山喷发、地震、海啸、滑坡和赤潮等各种突发事件。
2、海底观测网由海底主基站、海底设备适配器、多种海底原位实验仪器、光电复合通信海缆、海底中继器和分支器等众多设备组成。其中，大规模海底广域观测网通常超过500km，具有多个海底主基站、海底设备适配器、海底中继器和分支器，且大多分布于近海海域。但近海海域商船活动繁忙，渔业捕捞作业频繁，且有的海域水动力强、地质稳定性弱，存在沉积物的冲刷和淤积。同时，陆架海域多为活动性沙波，而陆架残留砂平原区在强台风作用期间，海底表层会遭受扰动。故海底仪器设备时刻面临着渔船拖网、泊船抛锚、海底水文和地质情况复杂等相当严峻的外部条件，运行过程中面临极高的不确定风险。尤其近年来也多次发生海底实验设备被渔船拖网破坏的事件，造成了科学研究中断及经济损失。因此，实时动态掌握海底仪器设备的实际运行状态、精确部署位置及位移轨迹极其
3、现有海底设备缺乏有效的安防手段，目前主要依靠海底电缆安全监测的经验，即通过ais、雷达、视频、卡口抓拍等方式实现海面船舶实时态势感知，对船舶进入限行区域、逆行、滞留、关闭ais系统、抛锚、拖网等行为进行实时预警，一定程度上保障了海底设备的运行安全。但是，仍然可能出现海底设备被渔船拖网或大型船只拖锚拖走的情况。因此迫切需要提出一种高定位精度，能够踪定位海底设备位移轨迹的海底设备位移监测系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的难以定位海底设备位置的缺陷而提供一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，海底设备位移监测系统包括海底设备、多个警戒浮标单元、海底应答警报单元、卫星和岸基检测中心，海底设备设有呈三角形排布的多个海面定位点，各个海面定位点均设有警戒浮漂单元，海底应答警报单元安装在海底设备中，海底设备包括连缆和不间断电源，岸基监测中心分别连接每个警戒浮标单元和海底应答警报单元，海底设备及海底应答警报单元在正常工作状态下由连缆供电，不间断电源作为储能单元，当海底设备被渔船拖网或泊船拖锚拖动时，海底设备及海底应答警报单元由不间断电源供电，卫星与岸基检测中心、各个警戒浮标单元和海底应答警报单元通信；
4、海底应答警报单元监测自身当前的供电方式，当监测到不间断电源供电则持续发射包含报警指令的声脉冲信号，警戒浮标单元接收并解析到报警指令后发射高频次声脉冲信号以获取海底设备的动态定位信息，监测跟踪其运动轨迹，海底应答报警单元判断海底设备所处水深，当设备出水时海底应答报警单元采集gnss数据并发送到岸基检测中心，岸基检测中心根据gnss数据解算当前海底设备所在位置。
5、进一步地，警戒浮标单元包括避雷针、gnss接收机、无线通讯模块、声学换能器、姿态测量传感器、浮标标体、自升降式温盐深剖面传感器、锚系、配重块和蓄电池，避雷针、gnss接收机和无线通讯模块安装在浮标标体浮出水面的部分，姿态测量传感器和蓄电池安装在浮标标体内部，声学换能器和锚系安装在浮标标体沉入水面的部分，自升降式温盐深剖面传感器安装在锚系上，配重块安装在锚系一端。
6、进一步地，自升降式温盐深剖面传感器包括驱动模块、传感器模块和磁耦合无线携能通信模块，驱动模块沿锚系缆绳进行升降运动，传感器模块测量海水温盐剖面并记录测量结果，磁耦合无线携能通信模块安装在浮标标体内部，通过磁耦合方式和传感器进行充电和双向数据传输。
7、进一步地，警戒浮标单元设有全景相机，全景相机安装在浮标标体浮出水面的部分，实时记录海底设备周围环境的图像。
8、进一步地，警戒浮标单元包括太阳能发电设备和/或风力发电设备，太阳能发电设备和/或风力发电设备与蓄电池连接。
9、进一步地，海底应答警报单元包括声学应答器、微控制器、压力传感器、gnss模块、无线通信模块，微控制器用于监测海底应答警报单元的供电方式，压力传感器用于计算海底应答警报单元的所处深度，声学应答器接收声学换能器发出的声脉冲，当海底应答警报单元出水时，gnss模块接收gnss数据，无线通信模块与岸基监测中心通信。
10、进一步地，声学应答器采用二进制声学命令系统代码结构进行编程，声学应答器包括启用程序、禁用程序、应答程序和警报程序，执行禁用程序后，声学应答器禁用应答程序。
11、进一步地，系统给定海底设备的声学应答器坐标初值，基于该海底设备所在海域温度、盐度和深度数据建立声速模型，利用声脉冲信号在声学应答器和声学换能器往返时间、gnss接收机接收的gnss数据、gnss接收机相位中心与声学换能器测量中心之间的杆臂值、姿态传感器接收的警戒浮标姿态数据，计算得到声学换能器坐标；
12、依据声学换能器至声学应答器之间的水平距离确定权值，解算每个声学应答器的坐标，根据各个声学应答器坐标，采用二次多项式精化声速模型，依据等权模型解算二次多项式的声速改正系数，利用改正系数后的声速重新计算每个声学应答器的坐标，循环迭代计算每个声学应答器的坐标，直至各个声学应答器坐标参数收敛，最终得到海底设备在gnss全球参考框架中的绝对坐标。
13、进一步地，海底应答警报单元包括出水警报模块，当海底设备处于出水状态时，出水警报模块与岸基监测中心通信，并广播设备警报信息与设备位置信息。
14、进一步地，岸基监测中心包括岸基gnss基准站，岸基监测中心设有计算设备、监控设备、控制设备、响应设备和可视化设备，计算设备用于解算海底设备所在坐标，监控设备、控制设备和响应设备用于远程监测、控制警戒浮标单元的各项工作进程及运行状态，可视化设备用于显示海底设备的位移轨迹。
15、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
16、(1)本专利技术提供了一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，通过呈三角几何位置关系布放的警戒浮标组成三阵元海面监测基阵网，采用卫星和声学联合定位的方式，实时动态解算得到海底设备在全球参考框架中的绝对坐标，对海底设备大幅度位移等异常情况及时报警，全程跟踪定位海底设备位移轨迹，为搜寻工作提供支持。
17、(2)本专利技术实现了重要海底设备全生命周期内的精确位置监测、预警及跟踪，覆盖其正常运行时期本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述海底设备位移监测系统包括海底设备、多个警戒浮标单元、海底应答警报单元、卫星和岸基检测中心，所述海底设备设有呈三角形排布的多个海面定位点，各个海面定位点均设有警戒浮漂单元，所述海底应答警报单元安装在海底设备中，所述海底设备包括连缆和不间断电源，所述岸基监测中心分别连接每个警戒浮标单元和海底应答警报单元，所述海底设备及海底应答警报单元在正常工作状态下由连缆供电，所述不间断电源作为储能单元，当海底设备被渔船拖网或泊船拖锚拖动时，所述海底设备及海底应答警报单元由不间断电源供电，所述卫星与岸基检测中心、各个警戒浮标单元和海底应答警报单元通信；
2.根据权利要求1所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述警戒浮标单元包括浮标标体和安装在浮标标体上的避雷针、GNSS接收机、无线通讯模块、声学换能器、姿态测量传感器、自升降式温盐深剖面传感器、锚系、配重块和蓄电池，所述避雷针、GNSS接收机和无线通讯模块安装在浮标标体浮出水面的部分，所述姿态测量传感器和蓄电池安装在浮标标体内部，所述声学
3.根据权利要求2所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述自升降式温盐深剖面传感器包括驱动模块、传感器模块和磁耦合无线携能通信模块，所述驱动模块沿锚系缆绳进行升降运动，所述传感器模块测量海水温盐剖面并记录测量结果，所述磁耦合无线携能通信模块安装在浮标标体内部，通过磁耦合方式和传感器进行充电和双向数据传输。
4.根据权利要求2所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述警戒浮标单元设有全景相机，所述全景相机安装在浮标标体浮出水面的部分，实时记录海底设备周围环境的图像。
5.根据权利要求2所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述警戒浮标单元包括太阳能发电设备和/或风力发电设备，所述太阳能发电设备和/或风力发电设备与蓄电池连接。
6.根据权利要求2所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述海底应答警报单元包括声学应答器、微控制器、压力传感器、GNSS模块、无线通信模块，所述微控制器用于监测海底应答警报单元的供电方式，所述压力传感器用于计算海底应答警报单元的所处深度，所述声学应答器接收声学换能器发出的声脉冲，当海底应答警报单元出水时，所述GNSS模块接收GNSS数据，所述无线通信模块与岸基监测中心通信。
7.根据权利要求6所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述声学应答器采用二进制声学命令系统代码结构进行编程，所述声学应答器包括启用程序、禁用程序、应答程序和警报程序，执行所述禁用程序后，所述声学应答器禁用应答程序。
8.根据权利要求6所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述系统给定海底设备的声学应答器坐标初值，基于该海底设备所在海域温度、盐度和深度数据建立声速模型，利用声脉冲信号在声学应答器和声学换能器往返时间、GNSS接收机接收的GNSS数据、GNSS接收机相位中心与声学换能器测量中心之间的杆臂值、姿态传感器接收的警戒浮标姿态数据，计算得到声学换能器坐标；
9.根据权利要求6所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述海底应答警报单元包括出水警报模块，当所述海底设备处于出水状态时，所述出水警报模块与岸基监测中心通信，并广播设备警报信息与设备位置信息。
10.根据权利要求1所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述岸基监测中心包括岸基GNSS基准站，所述岸基监测中心设有计算设备、监控设备、控制设备、响应设备和可视化设备，所述计算设备用于解算海底设备所在坐标，所述监控设备、控制设备和响应设备用于远程监测、控制警戒浮标单元的各项工作进程及运行状态，所述可视化设备用于显示海底设备的位移轨迹。
...【技术特征摘要】
1.一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述海底设备位移监测系统包括海底设备、多个警戒浮标单元、海底应答警报单元、卫星和岸基检测中心，所述海底设备设有呈三角形排布的多个海面定位点，各个海面定位点均设有警戒浮漂单元，所述海底应答警报单元安装在海底设备中，所述海底设备包括连缆和不间断电源，所述岸基监测中心分别连接每个警戒浮标单元和海底应答警报单元，所述海底设备及海底应答警报单元在正常工作状态下由连缆供电，所述不间断电源作为储能单元，当海底设备被渔船拖网或泊船拖锚拖动时，所述海底设备及海底应答警报单元由不间断电源供电，所述卫星与岸基检测中心、各个警戒浮标单元和海底应答警报单元通信；
2.根据权利要求1所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述警戒浮标单元包括浮标标体和安装在浮标标体上的避雷针、gnss接收机、无线通讯模块、声学换能器、姿态测量传感器、自升降式温盐深剖面传感器、锚系、配重块和蓄电池，所述避雷针、gnss接收机和无线通讯模块安装在浮标标体浮出水面的部分，所述姿态测量传感器和蓄电池安装在浮标标体内部，所述声学换能器和锚系安装在浮标标体沉入水面的部分，所述自升降式温盐深剖面传感器安装在锚系上，所述配重块安装在锚系一端。
3.根据权利要求2所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述自升降式温盐深剖面传感器包括驱动模块、传感器模块和磁耦合无线携能通信模块，所述驱动模块沿锚系缆绳进行升降运动，所述传感器模块测量海水温盐剖面并记录测量结果，所述磁耦合无线携能通信模块安装在浮标标体内部，通过磁耦合方式和传感器进行充电和双向数据传输。
4.根据权利要求2所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述警戒浮标单元设有全景相机，所述全景相机安装在浮标标体浮出水面的部分，实时记录海底设备周围环境的图像。
5.根据权利要求2所述的一种基于卫星和声学联合定位的海底设备位移监测系统，其特征在于，所述警戒浮标单元包括...
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