【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自主浮标，具体涉及一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置及控制方法。
技术介绍
1、海洋中还有许多资源有待开发，包括矿物资源、油气和海洋生物等。在开发这些资源之前，人们会采用设备对采矿环境进行考察，观测数据需要通过高带宽卫星双向通信基站回传至云监控平台。通信基站需要漂浮在海面进行数据传输，但是海面风浪大，一旦遇上恶劣天气可能会导致基站丢失在茫茫的大海中。为了提高通信基站的抗风浪能力和隐蔽性，可以让通信基站潜伏于水下，上浮后再进行卫星数据传输；一旦数据传输结束，沉浮控制模块控制通信基站沉入水下。但是，为了保证数据传输的及时性，通信基站应能及时地上浮。因此，对于风浪应做到实时监测，采集并计算对风浪产生间接影响的数据，从而判断当前海面的风浪等级，及时上浮通信基站，实现数据回传。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置及控制方法，该装置可以判断周边海面的风浪等级，以此作为通信基站沉浮控制模块的依据，控制泵送模块改变外部和内部气囊之间的体积差，从而实现通信基站的浮沉。
2、第一方面，本专利技术提供了一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，该自升沉潜标装置包括浮体块以及安装在浮体块上的铱星天线、升沉模块、承载支架和电池仓；铱星天线安装在浮体块的顶部，铱星天线通过电缆与电池仓连接；承载支架固定在浮体块的底部，装载升沉模块和电池仓。
3、升沉模块包括泵送模块以及一个或多个内油囊、外油囊和气罐；气罐中存储有气体；内油囊中滑动连接有可移动隔
4、升沉模块包括常态上浮、下沉和紧急上浮三种状态；升沉模块处于常态上浮状态下，气罐通过第一气体通道向内油囊输送气体，内油囊通过第一液体通道向外油囊输送液压油，其余通道闭合；升沉模块处于下沉状态下，外油囊通过第二液体通道向内油罐输送液压油，内油囊通过第一气体通道向气罐输送气体，其余通道闭合；升沉模块处于紧急上浮状态下，气罐通过第二气体通道向外油囊输送气体，其余通道闭合。
5、作为优选，所述的泵送模块还包括内部压力传感器和流量计；电池仓中设有风浪检测仪，风浪检测仪包括六轴传感器、外部压力传感器和电机电流传感器；六轴传感器安装在电池仓内，用于检测潜标装置的加速度和角速度；外部压力传感器用于测量潜标装置的水深变化；电机电流传感器与驱动电机相连，用于监控驱动电机的电流大小。
6、作为优选，所述的电池仓中设有核心处理单元；核心处理单元与泵送模块连接，通过控制泵送模块使升沉模块切换不同的状态。
7、作为优选，所述的气罐中存储的气体为氮气。
8、作为优选，所述的浮体块呈椭圆形，采用玻璃微珠材料。
9、作为优选，所述的驱动电机连接有电机驱动器和电机制动器，电机驱动器用于驱动电机工作，电机制动器用于在电机停止时将电机抱死。
10、第二方面，本专利技术提供了一种油泵浮力调节的自升沉潜标控制方法，用于控制上述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，控制方法包括以下步骤：
11、步骤一、将潜标装置沉入被测海域的水下。
12、步骤二、构建前馈神经网络，使用潜标装置处于正常时的传感器数据和海域历史环境数据作为前馈神经网络的输入和输出对前馈神经网络进行训练。
13、步骤三、使用风浪检测仪检测潜标装置自身数据，判断风浪等级，根据风浪等级决定潜标处于常态上浮或下沉状态，潜标装置在常态上浮状态结束后，通过铱星天线向铱星卫星传输数据。
14、步骤四、将潜标装置的传感器收集的实时数据和海域历史环境数据输入前馈神经网络获取重建数据。根据输入数据与重建数据判断是否向升沉模块发送紧急上浮信号。
15、步骤五、重复步骤三和四，直至升沉模块接收到紧急上浮信号，完成潜标装置的上浮后，将数据传输到铱星卫星，废弃该潜标装置。
16、作为优选，所述的步骤二中，传感器数据包括管道压力、油路流量、海面风浪等级和上浮下潜深度；海域历史环境数据包括风速、风向、温度、湿度、海面气压、波高和潮汐。
17、作为优选，所述的步骤四中，判断是否向升沉模块发送紧急上浮信号的方法如下：
18、根据前馈神经网络的输入数据与重建数据获取异常评分score，异常评分score的表达式为：
19、
20、其中，为输入数据的第i个特征；为对应的重建特征；n为每个输入数据的特征数。
21、将所有数据的异常评分score与预先设定的阈值进行比较，若异常评分score大于或等于高阈值，则执行高阈值响应，向升沉模块发出紧急上浮信号；若异常评分score大于或等于中阈值且小于高阈值，则向控制终端发出警报，由操作人员进行下一步判断，是否向升沉模块发出紧急上浮信号；若不发送，则仅记录异常事件；若异常评分score小于中阈值，则执行低阈值响应，不采取任何操作。
22、作为优选，所述的步骤三中，潜标处于常态上浮或下沉状态的判断方法如下：
23、根据潜标装置的自身数据计算结果值rstorm：
24、
25、其中，xaccel、yaccel、zaccel分别为潜标装置在x、y、z三轴上的加速度；xgyro、ygyro、zgyro分别为潜标装置在x、y、z三轴上的角速度；∆h为潜标装置以水面为基准的水深变化量；if为电机电流大小；a,b,c,d,e,f,g,h为权重系数，a+b+c+d+e+f+g+h=1。
26、根据结果值rstorm判断风浪等级：
27、
28、其中，为风浪阈值。
29、若风浪等级低，则潜标处于常态上浮状态；反之，潜标处于下沉状态。
30、作为优选，潜标切换不同状态的过程如下：
31、（1）潜标装置从下沉状态切换到常态上浮状态的过程如下：
32、打开二号电动球阀、一号电磁阀和电机制动器，第一液体通道和第一气体通道开启，其余通道闭合。电机制动器控制驱动电机正转，驱动电机驱动柱塞泵工作，柱塞泵容积减小，将内油囊中的液压油通过第一液体通道输入到外油囊中，使得外油囊体积增大，从而驱动潜标装置上浮；当流量计检测到的流量大于预设值或者外部压力传感器显示位置已达到要求水深，则关闭本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，其特征在于：该自升沉潜标装置包括浮体块（4）以及安装在浮体块（4）上的铱星天线（1）、升沉模块（5）、承载支架（6）和电池仓（7）；铱星天线（1）安装在浮体块（4）的顶部；承载支架（6）固定在浮体块（4）的底部，其上装载升沉模块（5）和电池仓（7）；
2.根据权利要求1所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，其特征在于：所述的泵送模块还包括内部压力传感器和流量计（13）；内部压力传感器包括一号压力传感器（9）、二号压力传感器（15）、三号压力传感器（20）和四号压力传感器（23）；一号压力传感器（9）设在单向节流阀（10）与内油囊（8）之间；二号压力传感器（15）设在一号单向阀（14）和外油囊（17）之间；三号压力传感器（20）设在二号单向阀（19）和二号电磁阀（21）之间；四号压力传感器（23）设在安全阀（22）和气罐（24）之间；流量计（13）设置在柱塞泵（12）和一号单向阀（14）之间；电池仓（7）中设有风浪检测仪，风浪检测仪包括六轴传感器、外部压力传感器和电机电流传感器；六轴传感器安装在电池仓（7）内，用于检测潜标装置的加
3.根据权利要求1所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，其特征在于：所述的电池仓（7）中设有核心处理单元；核心处理单元与泵送模块连接，通过控制泵送模块使升沉模块（5）切换不同的状态。
4.根据权利要求1所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，其特征在于：所述的气罐（24）中存储的气体为氮气；浮体块（4）呈椭圆形，采用玻璃微珠材料。
5.根据权利要求1所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，其特征在于：所述的驱动电机（11）连接有电机驱动器和电机制动器，电机驱动器用于驱动电机工作，电机制动器用于在电机停止时将电机抱死。
6.一种油泵浮力调节的自升沉潜标控制方法，用于控制权利要求1所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，该控制方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标控制方法，其特征在于：所述的步骤二中，传感器数据包括管道压力、油路流量、海面风浪等级和上浮下潜深度；海域历史环境数据包括风速、风向、温度、湿度、海面气压、波高和潮汐。
8.根据权利要求6所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标控制方法，其特征在于：所述的步骤四中，判断是否向升沉模块（5）发送紧急上浮信号的方法如下：
9.根据权利要求6所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标控制方法，其特征在于：所述的步骤三中，潜标处于常态上浮或下沉状态的判断方法如下：
10.根据权利要求6所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标控制方法，其特征在于：潜标切换不同状态的过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，其特征在于：该自升沉潜标装置包括浮体块（4）以及安装在浮体块（4）上的铱星天线（1）、升沉模块（5）、承载支架（6）和电池仓（7）；铱星天线（1）安装在浮体块（4）的顶部；承载支架（6）固定在浮体块（4）的底部，其上装载升沉模块（5）和电池仓（7）；
2.根据权利要求1所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，其特征在于：所述的泵送模块还包括内部压力传感器和流量计（13）；内部压力传感器包括一号压力传感器（9）、二号压力传感器（15）、三号压力传感器（20）和四号压力传感器（23）；一号压力传感器（9）设在单向节流阀（10）与内油囊（8）之间；二号压力传感器（15）设在一号单向阀（14）和外油囊（17）之间；三号压力传感器（20）设在二号单向阀（19）和二号电磁阀（21）之间；四号压力传感器（23）设在安全阀（22）和气罐（24）之间；流量计（13）设置在柱塞泵（12）和一号单向阀（14）之间；电池仓（7）中设有风浪检测仪，风浪检测仪包括六轴传感器、外部压力传感器和电机电流传感器；六轴传感器安装在电池仓（7）内，用于检测潜标装置的加速度和角速度；外部压力传感器用于测量潜标装置的水深变化；电机电流传感器与驱动电机（11）相连，用于监控驱动电机（11）的电流大小。
3.根据权利要求1所述的一种油泵浮力调节的自升沉潜标装置，其特征在于：所述的电池仓（7）中设有核心处...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡文郁，王盼，王俊杰，张美燕，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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