本發(fā)明涉及移動海洋觀測網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種以智能浮標(biāo)和多臺智能潛水器為觀測節(jié)點，實現(xiàn)“大氣-海面-海中-海底”高精度、高效率、立體化海洋調(diào)查的基于智能浮標(biāo)和智能潛水器的移動海洋觀測網(wǎng)。

背景技術(shù)：
海洋占地球表面70%以上，海洋-大氣的物質(zhì)和能量的交換、洋流的變遷、溫鹽分布均在全球氣候變化中起著重要的調(diào)節(jié)器作用;海洋申蘊含著海洋油氣資源、多金屬結(jié)核、富鈷錳結(jié)核、可燃冰資源、熱液礦藏等大量礦產(chǎn)資源，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價值;海底地形、聲速變換緊密關(guān)系到水下戰(zhàn)場環(huán)境，關(guān)系到國家、人民安全?？梢?，海洋調(diào)查是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步、國防安全的重要工作。浮標(biāo)(Buoys)是一種重要的海洋觀測手段，具有全天候、全天時穩(wěn)定可靠的收集海洋環(huán)境資料的能力，并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、自動標(biāo)示和自動發(fā)送。海洋浮標(biāo)研制于20世紀(jì)40-50年代，60年代在海洋調(diào)查中開始試使用，70年代中期技術(shù)趨于成熟進(jìn)入實用階段。浮標(biāo)根據(jù)是否被錨定分為錨定浮標(biāo)(Mooredbuoys)和漂流浮標(biāo)(Driftingbuoys)。目前，美國、俄羅斯、加拿大、英國、法國、西德、日本、挪威、荷蘭、和澳大利亞等十多個國家研制和使用的錨泊浮標(biāo)有200多個，漂流浮標(biāo)1000多個。其中，部分先進(jìn)的漂流浮標(biāo)增加了浮力調(diào)節(jié)單元，實現(xiàn)垂直方向的自動升降采樣，被稱為自動升降浮標(biāo)。然而，在水平方向依然沒有控制能力，只能隨波逐流。潛水器(Underwatervehicle)是另外一種先進(jìn)的海洋觀測手段，具有水下觀察、水下作業(yè)和水下航行能力，可代替潛水員執(zhí)行更深海域的水下考察、海底勘探、海底開發(fā)和打撈、救生等任務(wù)。1554年意大利人塔爾奇利亞發(fā)明制造了木質(zhì)球形潛水器;1717年英國人哈雷設(shè)計了第一款有價值的潛水器，用于探尋沉船寶物，但是沒有動力的，須由管子和繩索與水面上的母船保持聯(lián)系;20世紀(jì)50年代以后，出現(xiàn)了各種以科學(xué)考察為目的的自航深潛器;1960年，美國利用新研制的深潛器首次下潛馬里亞納海溝(下潛深度10916米);1953年，第一艘無人遙控潛水器問世;1980年法國“逆戟鯨”號無人深潛器下潛6000米;1997年日本Kaiko號無人潛水器首次下潛到10911萬米深的馬里亞納海溝底部。潛水器已完成多種科學(xué)研究及救生、修理、尋找、探查、攝影等工作，如“阿爾文"號曾找到過落入地中海的氫彈和“泰坦尼克"號沉船，墨西哥灣漏油事件的搶險救援中大量使用無人潛水器。然而，由于潛水器航速低，作業(yè)效率低、作業(yè)成本高、水下定位精度差、定位依賴于母船或?qū)ｉT設(shè)置的海底基站，且與水面(或陸地)終端的實時通訊困難。海洋觀測(OceanObservation)是基于衛(wèi)星、飛機、調(diào)查船、浮標(biāo)、潛水器、聲學(xué)設(shè)備手段的，水下調(diào)查裝備的定位精度差、通訊的實時性差一直是主要技術(shù)瓶頸，從而導(dǎo)致調(diào)查效率低、調(diào)查成本高、暫時無法實現(xiàn)對大范圍海域時間、空間上的連續(xù)、智能觀測，這對于我們了解海洋、開發(fā)海洋是非常不利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的浮標(biāo)在運動控制能力方面的不足以及潛水器在水下定位和通訊方面的困難，提供了一種基于智能浮標(biāo)和智能潛水器的移動海洋觀測網(wǎng)，該移動海洋觀測網(wǎng)具備小型水平推進(jìn)器和浮力調(diào)節(jié)器的智能浮標(biāo)(AutonomousBuoy)和具備水平、垂直運動能力的小型智能潛水器(AutonomousUnderwaterVehicle)，針對現(xiàn)有海洋觀測網(wǎng)絡(luò)中建立基于多臺智能浮標(biāo)和多臺智能潛水器的海洋觀測網(wǎng)絡(luò)，通過節(jié)點間通訊提高水下節(jié)點定位精度和系統(tǒng)的調(diào)查效率。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種基于智能浮標(biāo)和智能潛水器的移動海洋觀測網(wǎng)，包括智能浮標(biāo)系統(tǒng)、智能潛水器系統(tǒng)以及陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)3，所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)分別通過由定位衛(wèi)星9和通訊衛(wèi)星10組成的衛(wèi)星系統(tǒng)與陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)3相連接，其中，智能浮標(biāo)系統(tǒng)用于完成海面至淺海域的自治升沉調(diào)查，智能潛水器系統(tǒng)用于完成海面至海底的自治潛航調(diào)查。所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)包括若干個智能浮標(biāo)1，其中，每一個智能浮標(biāo)1均包括：浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12、浮標(biāo)無線通訊天線13、浮標(biāo)天線安裝支架14、浮標(biāo)本體15、浮標(biāo)水密接插件16、浮標(biāo)電子艙17、浮標(biāo)推進(jìn)器系統(tǒng)18、浮標(biāo)第一通訊換能器19、浮標(biāo)第一定位換能器20、浮標(biāo)換能器安裝支架21、浮標(biāo)用戶傳感器以及浮標(biāo)控制系統(tǒng);其中：所述浮標(biāo)本體15為圓形球體，其內(nèi)部設(shè)有存儲空間，方便上浮下沉及水平運動，浮標(biāo)本體材料需采用耐腐耐碰撞的金屬材料;所述浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12、浮標(biāo)無線通訊天線13均布置在浮標(biāo)本體15的上部，并通過浮標(biāo)天線安裝支架14加高固定，以提高通訊性能;所述浮標(biāo)電子艙17安裝于浮標(biāo)本體15的內(nèi)部，為獨立的耐壓干艙，并通過浮標(biāo)水密接插件16與外部設(shè)備電連接;所述浮標(biāo)水密接插件16分布于浮標(biāo)電子艙17的上下艙蓋上;所述浮標(biāo)推進(jìn)器系統(tǒng)18包括4組推進(jìn)器，所述4組推進(jìn)器在浮標(biāo)本體重心所在水平面上呈十字對稱分布，且重心需始終低于浮標(biāo)本體的浮心，以提高浮標(biāo)本體運動時的穩(wěn)定性;所述浮標(biāo)第一通訊換能器19和浮標(biāo)第一定位換能器20在浮標(biāo)本體的外部下方一米處，并通過浮標(biāo)換能器安裝支架21與浮標(biāo)本體15剛性連接連接，以減小浮標(biāo)本體16對聲信號的反射;所述浮標(biāo)用戶傳感器安裝在以下任一位置：-浮標(biāo)本體15內(nèi)部;-浮標(biāo)電子艙17內(nèi)部;-浮標(biāo)天線安裝支架14上;-浮標(biāo)換能器安裝支架21上;所述浮標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)置于所述浮標(biāo)電子艙17內(nèi)部。所述浮標(biāo)控制系統(tǒng)包括:浮標(biāo)無線通訊單元22、浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元23、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元24、浮標(biāo)電機控制單元25、浮標(biāo)電機組、浮標(biāo)深度計30、浮標(biāo)高度計31、浮標(biāo)陀螺儀32、浮標(biāo)羅盤33、浮標(biāo)電池34、浮標(biāo)電源管理單元35、浮標(biāo)用戶接口36、浮標(biāo)數(shù)據(jù)存儲單元37、浮標(biāo)水泵38、浮標(biāo)漏水檢測單元39、浮標(biāo)第二通訊換能器40、浮標(biāo)水聲通訊單元41、浮標(biāo)水聲定位單元42、浮標(biāo)第二定位換能器43以及浮標(biāo)核心控制單元44;其中：所述浮標(biāo)無線通訊單元22與浮標(biāo)無線通訊天線13連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元23與浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元24與浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)電機組包括4組電機，所述浮標(biāo)電機控制單元25與4組電機相連，分別控制浮標(biāo)推進(jìn)器系統(tǒng)18的4組推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速，從而控制智能浮標(biāo)1的運動軌跡;所述浮標(biāo)電機控制單元25與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)深度計30、浮標(biāo)高度計31、浮標(biāo)陀螺儀32、浮標(biāo)羅盤33的數(shù)據(jù)均由浮標(biāo)核心控制單元44采集，并作為智能浮標(biāo)1的運動控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋信號;所述浮標(biāo)電池34通常采用鋰電池，當(dāng)執(zhí)行長期調(diào)查任務(wù)不方便更換電池的情況可采用太陽能電池或溫差發(fā)電;所述浮標(biāo)電池34為整個控制系統(tǒng)供電，電池的電壓、電流、溫度、余量、絕緣情況由浮標(biāo)電源管理單元35管理;所述浮標(biāo)電源管理單元35與浮標(biāo)核心控制單元44間采取串口通訊;所述浮標(biāo)用戶接口36是浮標(biāo)核心控制單元44提供的常見電源和控制接口，包括:RS232、RS485、1O、AD、±5VDC、±12VDC、±24VDC、±48VDC;所述浮標(biāo)數(shù)據(jù)存儲單元37用于所有控制命令、傳感器數(shù)據(jù)、位置信息、時間信息及系統(tǒng)日志的存儲，浮標(biāo)核心控制單元44可對其進(jìn)行讀寫操作;所述浮標(biāo)水泵38設(shè)置于浮標(biāo)電子艙17內(nèi)部，用于接收浮標(biāo)核心控制單元44控制信號，并將運行結(jié)果反饋給浮標(biāo)核心控制單元44;浮標(biāo)水泵的兩端分別設(shè)有浮標(biāo)水袋，并與艙外海水相連，通過調(diào)節(jié)浮標(biāo)水袋存水量調(diào)節(jié)智能浮標(biāo)1的重力，從而調(diào)節(jié)智能浮標(biāo)1的上浮或下沉;所述浮標(biāo)漏水檢測單元39用于檢測浮標(biāo)電子艙17及其他設(shè)備的獨立艙體的漏水情況，并發(fā)送至浮標(biāo)核心控制單元44，根據(jù)漏水情況和位置，浮標(biāo)核心控制單元44將采取緊急應(yīng)對措施;所述浮標(biāo)第二通訊換能器40與浮標(biāo)水聲通訊單元41連接，再與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)第二通訊換能器40負(fù)責(zé)聲電及電聲轉(zhuǎn)換;所述浮標(biāo)水聲通訊單元41用于發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與浮標(biāo)核心控制單元44通訊;所述浮標(biāo)第二定位換能器43與浮標(biāo)水聲定位單元42連接，再與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)第二定位換能器43用于聲電及電聲轉(zhuǎn)換;所述浮標(biāo)水聲定位單元42用于發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與浮標(biāo)核心控制單元44通訊;所述浮標(biāo)核心控制單元44由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，用于與浮標(biāo)無線通訊單元、浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元、浮標(biāo)電機控制單元、浮標(biāo)電源管理單元、浮標(biāo)水聲通訊單元以及浮標(biāo)水聲定位單元進(jìn)行通訊、運行主控程序和執(zhí)行應(yīng)急程序。所述智能潛水器系統(tǒng)包括若干個智能潛水器2，其中，每一個智能潛水器2均包括:潛水器第一通訊換能器45、潛水器第一定位換能器46、潛水器導(dǎo)流罩47、潛水器電子艙48、潛水器水密接插件49、潛水器水袋50、潛水器水平翼51、潛水器垂直尾翼52、潛水器尾推進(jìn)器53、潛水器無線通訊天線54、潛水器衛(wèi)星通訊天線55、潛水器衛(wèi)星定位天線56以及潛水器控制系統(tǒng);其中：潛水器第一通訊換能器45和潛水器第一定位換能器46均布置于潛水器導(dǎo)流罩47的船首位置，以提高聲信號性能;所述潛水器電子艙48為圓筒狀耐壓干艙，安裝于潛水器導(dǎo)流罩內(nèi)部，并通過潛水器水密接插件49與外部設(shè)備電連接;所述潛水器水密接插件49分布于潛水器電子艙48的上下艙蓋平面上;所述潛水器導(dǎo)流罩47為橢球形結(jié)構(gòu)，流體阻力小;潛水器導(dǎo)流罩與潛水器電子艙之間可安裝用戶設(shè)備、傳感器或加裝用于船體靜力學(xué)配平的浮力材料、壓載鉛塊;所述潛水器水袋布置于潛水器導(dǎo)流罩47內(nèi)部偏前側(cè)、潛水器電子艙48的下部，用于運動控制過程中船體重力的調(diào)節(jié);所述潛水器水平翼51為1對，1對潛水器水平翼分別安裝于潛水器導(dǎo)流罩左右兩側(cè)，為固定翼，起穩(wěn)定船體平衡的作用;所述潛水器垂直尾翼52為1對，1對潛水器垂直尾翼52分別安裝于潛水器導(dǎo)流罩尾部上下兩側(cè)，緊跟潛水器水平翼51之后，為固定翼，起穩(wěn)定船體平衡的作用;所述潛水器尾推進(jìn)器53安裝于潛水器導(dǎo)流罩47的尾部，用于提供水平推力;所述潛水器無線通訊天線54、潛水器衛(wèi)星通訊天線55、潛水器衛(wèi)星定位天線56均布置在向上的潛水器垂直尾翼52上，盡可能提高安裝高度從而提高信號質(zhì)量;所述潛水器控制系統(tǒng)設(shè)置于所述潛水器電子艙48內(nèi)部。所述潛水器控制系統(tǒng)包括：潛水器無線通訊單元57、潛水器衛(wèi)星定位單元58、潛水器衛(wèi)星通訊單元59、潛水器漏水檢測單元60、潛水器電機控制單元61、潛水器尾推進(jìn)器電機62、潛水器深度計63、潛水器高度計64、潛水器陀螺儀65、潛水器羅盤66、潛水器電池67、潛水器電源管理單元68、潛水器用戶接口69、潛水器數(shù)據(jù)存儲單元70、潛水器水泵71、潛水器姿態(tài)控制單元72、潛水器縱向調(diào)節(jié)電機73、潛水器橫向調(diào)節(jié)電機74、潛水器第二通訊換能器75、潛水器水聲通訊單元76、潛水器水聲定位單元77、潛水器第二定位換能器78和潛水器核心控制單元79;其中：所述潛水器無線通訊單元57與潛水器無線通訊天線54連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器衛(wèi)星定位單元58與潛水器衛(wèi)星定位天線56連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器衛(wèi)星通訊單元59與潛水器衛(wèi)星通訊天線55連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器漏水檢測單元60用于檢測潛水器電子艙48及其他設(shè)備的獨立艙體如有的漏水情況，并發(fā)送至潛水器核心控制單元79;根據(jù)漏水情況和位置，潛水器核心控制單元將采取緊急應(yīng)對措施;所述潛水器電機控制單元61與潛水器尾推進(jìn)器電機62相連，控制潛水器尾推進(jìn)器53的轉(zhuǎn)速，從而控制智能潛水器2的運動軌跡;所述潛水器電機控制單元61與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器深度計63、潛水器高度計64、潛水器陀螺儀65、潛水器羅盤66的數(shù)據(jù)均由核心控制單元79采集，作為智能潛水器2的運動控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋信號;所述潛水器電池67通常采用鋰電池，當(dāng)執(zhí)行長期調(diào)查任務(wù)不方便更換電池的情況可采用溫差發(fā)電方式;潛水器電池67為整個控制系統(tǒng)供電，電池的電壓、電流、溫度、余量、絕緣情況由潛水器電源管理單元68管理;所述潛水器電源管理單元68與潛水器核心控制單元79間采取串口通訊;所述潛水器用戶接口69是潛水器核心控制單元79提供的常見電源和控制接口，包括：RS232、RS485、1O、AD、±5VDC、±12VDC、±24VDC、±48VDC;所述潛水器數(shù)據(jù)存儲單元70是用于所有控制命令、傳感器數(shù)據(jù)、位置信息、時間信息及系統(tǒng)日志的存儲，潛水器核心控制單元79可對其進(jìn)行讀寫操作;所述潛水器水泵71設(shè)置于潛水器電子艙48內(nèi)部，用于接收潛水器核心控制單元79控制信號，并將運行結(jié)果反饋給潛水器核心控制單元79;潛水器水泵71的兩端分別與潛水器水袋50和艙外海水相連，通過調(diào)節(jié)潛水器水袋存水量調(diào)節(jié)智能潛水器2的重力，從而調(diào)節(jié)智能潛水器2的上浮或下沉;所述潛水器姿態(tài)控制單元72由潛水器縱向調(diào)節(jié)電機73和潛水器橫向調(diào)節(jié)電機74的驅(qū)動;所述潛水器第二通訊換能器75與潛水器水聲通訊單元76連接，再與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器第二通訊換能器75用于聲電及電聲轉(zhuǎn)換;所述潛水器水聲通訊單元76用于發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與潛水器核心控制單元44通訊;所述潛水器第二定位換能器43與潛水器水聲定位單元42連接，再與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器第二定位換能器78用于聲電及電聲轉(zhuǎn)換;所述潛水器水聲定位單元77用于發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與潛水器核心控制單元79通訊;所述潛水器核心控制單元44由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，用于與潛水器無線通訊單元、潛水器衛(wèi)星定位單元、潛水器衛(wèi)星通訊單元、潛水器電機控制單元、潛水器電源管理單元、潛水器水聲通訊單元以及潛水器水聲定位單元進(jìn)行通訊、運行主控程序和執(zhí)行應(yīng)急程序。所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)采取“衛(wèi)星定位-慣性導(dǎo)航”組合定位，具體為，智能浮標(biāo)系統(tǒng)浮上水面時接收衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)出的的衛(wèi)星定位信號4，沉入水下時依靠慣性導(dǎo)航定位。由于智能浮標(biāo)系統(tǒng)下潛深度小，下潛周期短，慣性導(dǎo)航的漂移誤差小，因此這種"衛(wèi)星-慣性導(dǎo)航”組合方式可實現(xiàn)高精度定位。所述智能潛水器系統(tǒng)采取"衛(wèi)星-水聲-慣性導(dǎo)航”組合定位，具體為：智能潛水器系統(tǒng)浮上水面時接收第一衛(wèi)星定位信號3，潛入水下時依靠“水聲-慣性導(dǎo)航”組合定位，即接收智能浮標(biāo)系統(tǒng)發(fā)出的水聲定位信號8，計算智能浮標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)下智能潛水器系統(tǒng)的位置坐標(biāo)，并將水聲定位的數(shù)據(jù)與慣性導(dǎo)航的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而提高定位精度。所述水聲定位具體為：通過測量聲信號的傳播時間差計算智能潛水器系統(tǒng)與智能浮標(biāo)系統(tǒng)間的斜距離，然后根據(jù)智能浮標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)和對應(yīng)的斜距離推算智能潛水器系統(tǒng)的位置坐標(biāo)。所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)之間的控制指令、反饋信號及小數(shù)據(jù)量調(diào)查結(jié)果采取水聲通訊信號7、無線通訊信號8和衛(wèi)星通訊信號6，具體為：實現(xiàn)潛入水下時，智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)間采取水聲通訊7;浮上水面時，智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)間采取無線通訊8;信息最終匯集至擔(dān)任中樞節(jié)點的智能浮標(biāo)系統(tǒng)，并通過衛(wèi)星通訊6與陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的基于智能浮標(biāo)和智能潛水器的移動海洋觀測網(wǎng)，以多臺智能浮標(biāo)和智能潛水器為節(jié)點，組網(wǎng)作業(yè)，實現(xiàn)大氣-海面-海水-海底的立體化海洋調(diào)查。智能浮標(biāo)采取衛(wèi)星-慣性導(dǎo)航組合定位，智能潛水器采取以智能浮標(biāo)為參考點的水聲-慣性導(dǎo)航組合定位。智能浮標(biāo)的垂直運動由浮力調(diào)節(jié)裝置控制，水平運動由四臺小型推進(jìn)器控制。智能潛水器的垂直和水平運動由浮力調(diào)節(jié)機構(gòu)、重心調(diào)解機構(gòu)、推進(jìn)器、雙翼、尾舵控制。觀測節(jié)點均提供常見傳感器的供電和通訊接口，可同時搭載多種海洋調(diào)查設(shè)備。水下節(jié)點采取水聲通訊，浮上水面后采取無線通訊。最終所有信息通過衛(wèi)星通訊回傳至陸地數(shù)據(jù)終端。通過節(jié)點間通訊，提高定位精度和調(diào)查效率，實時數(shù)據(jù)回傳。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖;圖2為本發(fā)明組成智能浮標(biāo)系統(tǒng)的智能浮標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為浮標(biāo)控制系統(tǒng)示意圖;圖4為本發(fā)明組成智能潛水器系統(tǒng)的智能潛水器結(jié)構(gòu)示意圖;圖5為潛水器控制系統(tǒng)示意圖;圖6至圖8為智能潛水器典型運動軌跡示意圖;圖中：1為智能浮標(biāo)，2為智能潛水器，3為陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)，4為衛(wèi)星定位信號，5為水聲定位信號，6為衛(wèi)星通訊信號，7為水聲通訊信號，8為無線通訊信號，9為定位衛(wèi)星，10為通訊衛(wèi)星，11為浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線，12為浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線，13為浮標(biāo)無線通訊天線，14為浮標(biāo)天線安裝支架，15為浮標(biāo)本體，16為浮標(biāo)水密接插件，17為浮標(biāo)電子艙，18為浮標(biāo)推進(jìn)器系統(tǒng)，19為浮標(biāo)第一通訊換能器，20為浮標(biāo)第一定位換能器，21為浮標(biāo)換能器安裝支架，22為浮標(biāo)無線通訊單元，23為浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元，24為浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元，25為浮標(biāo)電機控制單元，26為第一組電機，27為第二組電機，28為第三組電機，29為第四組電機，30為浮標(biāo)深度計，31為浮標(biāo)高度計，32為浮標(biāo)陀螺儀，33為浮標(biāo)羅盤，34為浮標(biāo)電池，35為浮標(biāo)電源管理單元，36為浮標(biāo)用戶接口，37為浮標(biāo)數(shù)據(jù)存儲單元，38為浮標(biāo)水泵，39為浮標(biāo)漏水檢測單元，40為浮標(biāo)第二通訊換能器，41為浮標(biāo)水產(chǎn)通訊單元，42為浮標(biāo)水聲定位單元，43為浮標(biāo)第二定位換能器，44為浮標(biāo)核心控制單元，45為潛水器第一通訊換能器，46為潛水器第一定位換能器，47為潛水器導(dǎo)流罩，48為潛水器電子艙，49為潛水器水密接插件，50為潛水器水袋，51為潛水器水平翼，52為潛水器垂直尾翼，53為潛水器尾推進(jìn)器，54為潛水器無線通訊天線，55為潛水器衛(wèi)星通訊天線，56為潛水器衛(wèi)星定位天線，57為潛水器無線通訊單元，58為潛水器衛(wèi)星定位單元，59為潛水器衛(wèi)星通訊單元，60為潛水器漏水檢測單元，61為潛水器電機控制單元，62為潛水器尾推進(jìn)器電機，63為潛水器深度計，64為潛水器高度計，65為潛水器陀螺儀，66為潛水器羅盤，67為潛水器電池，68為潛水器電源管理單元，69為潛水器用戶接口，70為潛水器數(shù)據(jù)存儲單元，71為潛水器水泵，72為潛水器姿態(tài)控制單元，73為潛水器縱向調(diào)節(jié)電機，74為潛水器橫向調(diào)節(jié)電機，75為潛水器第二通訊換能器，76為潛水器水聲通訊單元，77為潛水器水聲定位單元，78為潛水器第二定位換能器，79為潛水器核心控制單元。具體實施方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。請同時參閱圖1至圖8。本實施例提供了一種基于智能浮標(biāo)和智能潛水器的移動海洋觀測網(wǎng)，包括智能浮標(biāo)系統(tǒng)、智能潛水器系統(tǒng)以及陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)3，所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)分別通過由定位衛(wèi)星9和通訊衛(wèi)星10組成的衛(wèi)星系統(tǒng)與陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)3相連接，其中，智能浮標(biāo)系統(tǒng)用于完成海面至淺海域的自治升沉調(diào)查，智能潛水器系統(tǒng)用于完成海面至海底的自治潛航調(diào)查。進(jìn)一步地，所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)包括若干個智能浮標(biāo)1，其中，每一個智能浮標(biāo)1均包括：浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12、浮標(biāo)無線通訊天線13、浮標(biāo)天線安裝支架14、浮標(biāo)本體15、浮標(biāo)水密接插件16、浮標(biāo)電子艙17、浮標(biāo)推進(jìn)器系統(tǒng)18、浮標(biāo)第一通訊換能器19、浮標(biāo)第一定位換能器20、浮標(biāo)換能器安裝支架21、浮標(biāo)用戶傳感器以及浮標(biāo)控制系統(tǒng);其中：所述浮標(biāo)本體15為圓形球體，其內(nèi)部設(shè)有存儲空間，方便上浮下沉及水平運動，浮標(biāo)本體材料需采用耐腐耐碰撞的金屬材料;所述浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12、浮標(biāo)無線通訊天線13均布置在浮標(biāo)本體15的上部，并通過浮標(biāo)天線安裝支架14加高固定，以提高通訊性能;所述浮標(biāo)電子艙17安裝于浮標(biāo)本體15的內(nèi)部，為獨立的耐壓干艙，并通過浮標(biāo)水密接插件16與外部設(shè)備電連接;所述浮標(biāo)水密接插件16分布于浮標(biāo)電子艙17的上下艙蓋上;所述浮標(biāo)推進(jìn)器系統(tǒng)18包括4組推進(jìn)器，所述4組推進(jìn)器在浮標(biāo)本體重心所在水平面上呈十字對稱分布，且重心需始終低于浮標(biāo)本體的浮心，以提高浮標(biāo)本體運動時的穩(wěn)定性;所述浮標(biāo)第一通訊換能器19和浮標(biāo)第一定位換能器20在浮標(biāo)本體的外部下方一米處，并通過浮標(biāo)換能器安裝支架21與浮標(biāo)本體15剛性連接連接，以減小浮標(biāo)本體16對聲信號的反射;所述浮標(biāo)用戶傳感器安裝在以下任一位置：-浮標(biāo)本體15內(nèi)部;-浮標(biāo)電子艙17內(nèi)部;-浮標(biāo)天線安裝支架14上;-浮標(biāo)換能器安裝支架21上;所述浮標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)置于所述浮標(biāo)電子艙17內(nèi)部。進(jìn)一步地，所述浮標(biāo)控制系統(tǒng)包括：浮標(biāo)無線通訊單元22、浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元23、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元24、浮標(biāo)電機控制單元25、浮標(biāo)電機組、浮標(biāo)深度計30、浮標(biāo)高度計31、浮標(biāo)陀螺儀32、浮標(biāo)羅盤33、浮標(biāo)電池34、浮標(biāo)電源管理單元35、浮標(biāo)用戶接口36、浮標(biāo)數(shù)據(jù)存儲單元37、浮標(biāo)水泵38、浮標(biāo)漏水檢測單元39、浮標(biāo)第二通訊換能器40、浮標(biāo)水聲通訊單元41、浮標(biāo)水聲定位單元42、浮標(biāo)第二定位換能器43以及浮標(biāo)核心控制單元44;其中：所述浮標(biāo)無線通訊單元22與浮標(biāo)無線通訊天線13連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元23與浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元24與浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)電機組包括4組電機，所述浮標(biāo)電機控制單元25與4組電機相連，分別控制浮標(biāo)推進(jìn)器系統(tǒng)18的4組推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速，從而控制智能浮標(biāo)1的運動軌跡;所述浮標(biāo)電機控制單元25與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)深度計30、浮標(biāo)高度計31、浮標(biāo)陀螺儀32、浮標(biāo)羅盤33的數(shù)據(jù)均由浮標(biāo)核心控制單元44采集，并作為智能浮標(biāo)1的運動控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋信號;所述浮標(biāo)電池34通常采用鋰電池，當(dāng)執(zhí)行長期調(diào)查任務(wù)不方便更換電池的情況可采用太陽能電池或溫差發(fā)電;所述浮標(biāo)電池34為整個控制系統(tǒng)供電，電池的電壓、電流、溫度、余量、絕緣情況由浮標(biāo)電源管理單元35管理;所述浮標(biāo)電源管理單元35與浮標(biāo)核心控制單元44間采取串口通訊;所述浮標(biāo)用戶接口36是浮標(biāo)核心控制單元44提供的常見電源和控制接口，包括：RS232、RS485、1O、AD、±5VDC、±12VDC、±24VDC、±48VDC;所述浮標(biāo)數(shù)據(jù)存儲單元37用于所有控制命令、傳感器數(shù)據(jù)、位置信息、時間信息及系統(tǒng)日志的存儲，浮標(biāo)核心控制單元44可對其進(jìn)行讀寫操作;所述浮標(biāo)水泵38設(shè)置于浮標(biāo)電子艙17內(nèi)部，用于接收浮標(biāo)核心控制單元44控制信號，并將運行結(jié)果反饋給浮標(biāo)核心控制單元44;浮標(biāo)水泵的兩端分別設(shè)有浮標(biāo)水袋，并與艙外海水相連，通過調(diào)節(jié)浮標(biāo)水袋存水量調(diào)節(jié)智能浮標(biāo)1的重力，從而調(diào)節(jié)智能浮標(biāo)1的上浮或下沉：所述浮標(biāo)漏水檢測單元39用于檢測浮標(biāo)電子艙17及其他設(shè)備的獨立艙體的漏水情況，并發(fā)送至浮標(biāo)核心控制單元44，根據(jù)漏水情況和位置，浮標(biāo)核心控制單元44將采取緊急應(yīng)對措施;所述浮標(biāo)第二通訊換能器40與浮標(biāo)水聲通訊單元41連接，再與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)第二通訊換能器40負(fù)責(zé)聲電及電聲轉(zhuǎn)換;所述浮標(biāo)水聲通訊單元41用于發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與浮標(biāo)核心控制單元44通訊;所述浮標(biāo)第二定位換能器43與浮標(biāo)水聲定位單元42連接，再與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊;所述浮標(biāo)第二定位換能器43用于聲電及電聲轉(zhuǎn)換;所述浮標(biāo)水聲定位單元42用于發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與浮標(biāo)核心控制單元44通訊;所述浮標(biāo)核心控制單元44由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，用于與浮標(biāo)無線通訊單元、浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元、浮標(biāo)電機控制單元、浮標(biāo)電源管理單元、浮標(biāo)水聲通訊單元以及浮標(biāo)水產(chǎn)定位單元進(jìn)行通訊、運行主控程序和執(zhí)行應(yīng)急程序。進(jìn)一步地，所述智能潛水器系統(tǒng)包括若干個智能潛水器2，其中，每一個智能潛水器2均包括：潛水器第一通訊換能器45、潛水器第一定位換能器46、潛水器導(dǎo)流罩47、潛水器電子艙48、潛水器水密接插件49、潛水器水袋50、潛水器水平翼51、潛水器垂直尾翼52、潛水器尾推進(jìn)器53、潛水器無線通訊天線54、潛水器衛(wèi)星通訊天線55、潛水器衛(wèi)星定位天線56以及潛水器控制系統(tǒng);其中：潛水器第一通訊換能器45和潛水器第一定位換能器46均布置于潛水器導(dǎo)流罩47的船首位置，以提高聲信號性能;所述潛水器電子艙48為圓筒狀耐壓干艙，安裝于潛水器導(dǎo)流罩內(nèi)部，并通過潛水器水密接插件49與外部設(shè)備電連接;所述潛水器水密接插件49分布于潛水器電子艙48的上下艙蓋平面上;所述潛水器導(dǎo)流罩47為橢球形結(jié)構(gòu)，流體阻力小;潛水器導(dǎo)流罩與潛水器電子艙之間可安裝用戶設(shè)備、傳感器或加裝用于船體靜力學(xué)配平的浮力材料、壓載鉛塊;所述潛水器水袋布置于潛水器導(dǎo)流罩47內(nèi)部偏前側(cè)、潛水器電子艙48的下部，用于運動控制過程中船體重力的調(diào)節(jié);所述潛水器水平翼51為1對，1對潛水器水平翼分別安裝于潛水器導(dǎo)流罩左右兩側(cè)，為固定翼，起穩(wěn)定船體平衡的作用;所述潛水器垂直尾翼52為1對，1對潛水器垂直尾翼52分別安裝于潛水器導(dǎo)流罩尾部上下兩側(cè)，緊跟潛水器水平翼51之后，為固定翼，起穩(wěn)定船體平衡的作用;所述潛水器尾推進(jìn)器53安裝于潛水器導(dǎo)流罩47的尾部，用于提供水平推力;所述潛水器無線通訊天線54、潛水器衛(wèi)星通訊天線55、潛水器衛(wèi)星定位天線56均布置在向上的潛水器垂直尾翼52上，盡可能提高安裝高度從而提高信號質(zhì)量;所述潛水器控制系統(tǒng)設(shè)置于所述潛水器電子艙48內(nèi)部。進(jìn)一步地，所述潛水器控制系統(tǒng)包括：潛水器無線通訊單元57、潛水器衛(wèi)星定位單元58、潛水器衛(wèi)星通訊單元59、潛水器漏水檢測單元60、潛水器電機控制單元61、潛水器尾推進(jìn)器電機62、潛水器深度計63、潛水器高度計64、潛水器陀螺儀65、潛水器羅盤66、潛水器電池67、潛水器電源管理單元68、潛水器用戶接口69、潛水器數(shù)據(jù)存儲單元70、潛水器水泵71、潛水器姿態(tài)控制單元72、潛水器縱向調(diào)節(jié)電機73、潛水器橫向調(diào)節(jié)電機74、潛水器第二通訊換能器75、潛水器水聲通訊單元76、潛水器水聲定位單元77、潛水器第二定位換能器78和潛水器核心控制單元79;其中：所述潛水器無線通訊單元57與潛水器無線通訊天線54連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器衛(wèi)星定位單元58與潛水器衛(wèi)星定位天線56連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器衛(wèi)星通訊單元59與潛水器衛(wèi)星通訊天線55連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器漏水檢測單元60用于檢測潛水器電子艙48及其他設(shè)備的獨立艙體如有的漏水情況，并發(fā)送至潛水器核心控制單元79;根據(jù)漏水情況和位置，潛水器核心控制單元將采取緊急應(yīng)對措施;所述潛水器電機控制單元61與潛水器尾推進(jìn)器電機62相連，控制潛水器尾推進(jìn)器53的轉(zhuǎn)速，從而控制智能潛水器2的運動軌跡;所述潛水器電機控制單元61與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器深度計63、潛水器高度計64、潛水器陀螺儀65、潛水器羅盤66的數(shù)據(jù)均由核心控制單元79采集，作為智能潛水器2的運動控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋信號;所述潛水器電池67通常采用鋰電池，當(dāng)執(zhí)行長期調(diào)查任務(wù)不方便更換電池的情況可采用溫差發(fā)電方式;潛水器電池67為整個控制系統(tǒng)供電，電池的電壓、電流、溫度、余量、絕緣情況由潛水器電源管理單元68管理;所述潛水器電源管理單元68與潛水器核心控制單元79間采取串口通訊;所述潛水器用戶接口69是潛水器核心控制單元79提供的常見電源和控制接口，包括：RS232、RS485、1O、AD、±5VDC、±12VDC、±24VDC、±48VDC;所述潛水器數(shù)據(jù)存儲單元70是用于所有控制命令、傳感器數(shù)據(jù)、位置信息、時間信息及系統(tǒng)日志的存儲，潛水器核心控制單元79可對其進(jìn)行讀寫操作;所述潛水器水泵71設(shè)置于潛水器電子艙48內(nèi)部，用于接收潛水器核心控制單元79控制信號，并將運行結(jié)果反饋給潛水器核心控制單元79;潛水器水泵71的兩端分別與潛水器水袋50和艙外海水相連，通過調(diào)節(jié)潛水器水袋存水量調(diào)節(jié)智能潛水器2的重力，從而調(diào)節(jié)智能潛水器2的上浮或下沉;所述潛水器姿態(tài)控制單元72由潛水器縱向調(diào)節(jié)電機73和潛水器橫向調(diào)節(jié)電機74的驅(qū)動;所述潛水器第二通訊換能器75與潛水器水聲通訊單元76連接，再與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器第二通訊換能器75用于聲電及電聲轉(zhuǎn)換;所述潛水器水聲通訊單元76用于發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與潛水器核心控制單元44通訊;所述潛水器第二定位換能器43與潛水器水聲定位單元42連接，再與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊;所述潛水器第二定位換能器78用于聲電及電聲轉(zhuǎn)換;所述潛水器水聲定位單元77用于發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與潛水器核心控制單元79通訊;所述潛水器核心控制單元44由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，用于與潛水器無線通訊單元、潛水器衛(wèi)星定位單元、潛水器衛(wèi)星通訊單元、潛水器電機控制單元、潛水器電源管理單元、潛水器水聲通訊單元以及潛水器水聲定位單元進(jìn)行通訊、運行主控程序和執(zhí)行應(yīng)急程序。進(jìn)一步地，所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)采取“衛(wèi)星定位-慣性導(dǎo)航”組合定位，具體為，智能浮標(biāo)系統(tǒng)浮上水面時接收衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)出的的衛(wèi)星定位信號4，沉入水下時依靠慣性導(dǎo)航定位。由于智能浮標(biāo)系統(tǒng)下潛深度小，下潛周期短，慣性導(dǎo)航的漂移誤差小，因此這種"衛(wèi)星-慣性導(dǎo)航"組合方式可實現(xiàn)高精度定位。進(jìn)一步地，所述智能潛水器系統(tǒng)采取"衛(wèi)星-水聲-慣性導(dǎo)航"組合定位，具體為：智能潛水器系統(tǒng)浮上水面時接收第一衛(wèi)星定位信號3，潛入水下時依靠"水聲-慣性導(dǎo)航”組合定位，即接收智能浮標(biāo)系統(tǒng)發(fā)出的水聲定位信號8，計算智能浮標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)下智能潛水器系統(tǒng)的位置坐標(biāo)，并將水聲定位的數(shù)據(jù)與慣性導(dǎo)航的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而提高定位精度。進(jìn)一步地，所述水聲定位具體為：通過測量聲信號的傳播時間差計算智能潛水器系統(tǒng)與智能浮標(biāo)系統(tǒng)間的斜距離，然后根據(jù)智能浮標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)和對應(yīng)的斜距離推算智能潛水器系統(tǒng)的位置坐標(biāo)。進(jìn)一步地，所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)之間的控制指令、反饋信號及小數(shù)據(jù)量調(diào)查結(jié)果采取水聲通訊信號7、無線通訊信號8和衛(wèi)星通訊信號6，具體為：實現(xiàn)潛入水下時，智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)間采取水聲通訊7;浮上水面時，智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)間采取無線通訊8;信息最終匯集至擔(dān)任中樞節(jié)點的智能浮標(biāo)系統(tǒng)，并通過衛(wèi)星通訊6與陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。本實施例具體為，本實施例包括多個智能浮標(biāo)1、多個智能潛水器2和陸地數(shù)據(jù)終端3組成，智能浮標(biāo)1可完成海面至淺海域的自治升沉調(diào)查，智能潛水器可完成海面至海底的自治潛航調(diào)查。智能浮標(biāo)1采取“衛(wèi)星定位-慣性導(dǎo)航”組合定位，智能潛水器2采取“衛(wèi)星定位-水聲定位-慣性導(dǎo)航”組合定位。具體定位方法包括：智能浮標(biāo)1浮上水面時接收衛(wèi)星定位信號4，沉入水下時依靠慣性導(dǎo)航定位，由于智能浮標(biāo)1下潛深度小，下潛周期短，慣性導(dǎo)航的漂移誤差小，因此這種“衛(wèi)星-慣性導(dǎo)航”組合方式可實現(xiàn)高精度定位;智能潛水器2浮上水面時接收衛(wèi)星定位信號4，潛入水下時依靠“水聲定位-慣性導(dǎo)航”組合定位，即接收智能浮標(biāo)1發(fā)出的水聲定位信號8，計算智能浮標(biāo)1坐標(biāo)下智能潛水器2的位置坐標(biāo)，并將水聲定位數(shù)據(jù)與慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而提高定位精度。水聲定位的具體過程包括：首先通過測量聲信號的傳播時間差(traveltimedifferenCe)計算智能潛水器2與智能浮標(biāo)1間的斜距(slopedistanCe)，再根據(jù)三臺智能浮標(biāo)1的坐標(biāo)和對應(yīng)的斜距離推算智能潛水器2的位置坐標(biāo)?？刂浦噶?、反饋信號及小數(shù)據(jù)量調(diào)查結(jié)果采取水聲通訊信號7、無線通訊信號8和衛(wèi)星通訊信號6，具體通訊方式包括：實現(xiàn)潛入水下時智能浮標(biāo)1和智能潛水器2間采取水聲通訊信號7;浮上水面時智能浮標(biāo)1和智能潛水器2間采取無線通訊信號8;信息最終匯集至擔(dān)任中樞節(jié)點的智能浮標(biāo)1，并通過衛(wèi)星通訊信號6與陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)3交換數(shù)據(jù)。這種方式可提高通訊的實時性，并降低衛(wèi)星通訊產(chǎn)生的高額成本。這種方式用于數(shù)據(jù)終端的控制指令和觀測節(jié)點執(zhí)行命令后的反饋信號以及CTD、ADCP數(shù)據(jù)量小的采集結(jié)果。智能潛水器2觀測到的地形信息、地質(zhì)信息大量數(shù)據(jù)必須暫時保存在數(shù)據(jù)存儲單元中，待浮上水面時通過衛(wèi)星通訊信號6發(fā)送至陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)3。智能浮標(biāo)包括浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12、浮標(biāo)無線通訊天線13、浮標(biāo)天線安裝支架14、浮標(biāo)浮標(biāo)本體15、浮標(biāo)水密接插件16、浮標(biāo)電子艙17、由4組推進(jìn)器構(gòu)成的浮標(biāo)推進(jìn)器系統(tǒng)18、浮標(biāo)第一通訊換能器19、浮標(biāo)定位換能器20、浮標(biāo)換能器安裝支架21。其中，浮標(biāo)本體15是圓形球體，因其內(nèi)部存儲空間大，且方便上浮下沉及水平運動，本體材料需采用耐腐耐碰撞的金屬材料。浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12、浮標(biāo)無線通訊天線13均布置在本體上部，通過浮標(biāo)天線安裝支架14加高固定，以提高通訊性能。浮標(biāo)電子艙安裝于本體內(nèi)部，為獨立的耐壓干艙，通過浮標(biāo)水密接插件16與外部設(shè)備電連接。浮標(biāo)水密接插件16分布于浮標(biāo)電子艙17的上下艙蓋上。4組推進(jìn)器在浮標(biāo)本體15重心所在水平面，程十字對稱分布，且重心需始終低于浮心，以提高浮標(biāo)運動時的穩(wěn)定性。浮標(biāo)第一通訊換能器19和浮標(biāo)第一定位換能器20在本體外部下方一米處通過浮標(biāo)換能器安裝支架21與浮標(biāo)本體15剛性連接連接，以減小浮標(biāo)本體15對聲信號的反射。用戶傳感器可安裝在浮標(biāo)本體15內(nèi)或浮標(biāo)電子艙17內(nèi)，或者捆綁在浮標(biāo)天線安裝支架14或浮標(biāo)換能器安裝支架21上。浮標(biāo)控制系統(tǒng)包括浮標(biāo)無線通訊單元22、浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元23、浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元24、浮標(biāo)電機控制單元25、由4組電機26272829構(gòu)成的浮標(biāo)電機組、浮標(biāo)深度計30、浮標(biāo)高度計31、浮標(biāo)陀螺儀32、浮標(biāo)羅盤33、浮標(biāo)電池34、浮標(biāo)電源管理單元35、浮標(biāo)用戶接口36、浮標(biāo)數(shù)據(jù)存儲單元37、浮標(biāo)水泵38、浮標(biāo)漏水檢測單元39、浮標(biāo)第二通訊換能器40、浮標(biāo)水聲通訊單元41、浮標(biāo)第二水聲定位單元42、浮標(biāo)定位換能器43和浮標(biāo)核心控制單元44。其中，浮標(biāo)無線通訊單元22與浮標(biāo)無線通訊天線13連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊。浮標(biāo)衛(wèi)星定位單元23與浮標(biāo)衛(wèi)星定位天線11連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊。浮標(biāo)衛(wèi)星通訊單元24與浮標(biāo)衛(wèi)星通訊天線12連接，并與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊。浮標(biāo)電機控制單元25與4組電機26272829相連，分別控制4組推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速，從而控制智能浮標(biāo)1的運動軌跡。浮標(biāo)電機控制單元25與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊。浮標(biāo)深度計30、浮標(biāo)高度計31、浮標(biāo)陀螺儀32、浮標(biāo)羅盤33的數(shù)據(jù)均由浮標(biāo)核心控制單元44采集，作為智能浮標(biāo)1的運動控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋信號。浮標(biāo)電池34通常采用鋰電池，當(dāng)執(zhí)行長期調(diào)查任務(wù)不方便更換電池的情況可采用太陽能電池或溫差發(fā)電。浮標(biāo)電池34為整個浮標(biāo)控制系統(tǒng)供電，電池34的電壓、電流、溫度、余量、絕緣情況由浮標(biāo)電源管理單元35管理。浮標(biāo)電源管理單元35與浮標(biāo)核心控制單元44間采取串口通訊。浮標(biāo)用戶接口36是浮標(biāo)核心控制單元44為用戶設(shè)備、傳感器提供的常見電源和控制接口，包括：RS232、RS485、1O、AD、±5VDC、±l2VDC、±24VDC、±48VDC。浮標(biāo)數(shù)據(jù)存儲單元37是用于所有控制命令、傳感器數(shù)據(jù)、位置信息、時間信息及系統(tǒng)日志的存儲，浮標(biāo)核心控制單元44可對其進(jìn)行讀寫操作。浮標(biāo)水泵38接收浮標(biāo)核心控制單元44控制信號，并將運行結(jié)果反饋給浮標(biāo)核心控制單元44。浮標(biāo)水泵38設(shè)置于浮標(biāo)電子艙17內(nèi)部，兩端分別與水袋和艙外海水相連，通過調(diào)節(jié)水袋存水量調(diào)節(jié)智能浮標(biāo)1的重力，從而調(diào)節(jié)其上浮或下沉。浮標(biāo)漏水檢測單元39是海洋儀器、設(shè)備必不可少的單元，用來檢測浮標(biāo)電子艙17及其他設(shè)備的獨立艙體如有的漏水情況，并發(fā)送至浮標(biāo)核心控制單元44。根據(jù)漏水情況和位置，浮標(biāo)核心控制單元將采取緊急應(yīng)對措施。浮標(biāo)第二通訊換能器40與浮標(biāo)水聲通訊單元41連接，再與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊。浮標(biāo)第二通訊換能器40負(fù)責(zé)聲電及電聲轉(zhuǎn)換。浮標(biāo)水聲通訊單元41負(fù)責(zé)發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與核心控制單元44通訊。浮標(biāo)第二定位換能器43與浮標(biāo)水聲定位單元42連接，再與浮標(biāo)核心控制單元44進(jìn)行串口通訊。浮標(biāo)第二定位換能器43負(fù)責(zé)聲電及電聲轉(zhuǎn)換。浮標(biāo)水聲定位單元42負(fù)責(zé)發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與浮標(biāo)核心控制單元44通訊。浮標(biāo)核心控制單元44由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，負(fù)責(zé)與其他子單元通訊、運行主控程序、執(zhí)行應(yīng)急程序。智能潛水器包括潛水器第一通訊換能器45、潛水器第一定位換能器46、潛水器導(dǎo)流罩47、潛水器電子艙48、潛水器水密接插件49、潛水器水袋50、潛水器水平翼51、潛水器垂直尾翼52、潛水器尾推進(jìn)器53、潛水器無線通訊天線54、潛水器衛(wèi)星通訊天線55、潛水器衛(wèi)星定位天線56。其中，潛水器第一通訊換能器45和潛水器第一定位換能器46布置于潛水器導(dǎo)流罩47船首位置，以提高聲信號性能。潛水器電子艙48為圓筒狀耐壓干艙，安裝于潛水器導(dǎo)流罩內(nèi)部，通過潛水器水密接插件49與外部設(shè)備電連接。潛水器水密接插件49分布于潛水器電子艙48的上下艙蓋平面上。潛水器導(dǎo)流罩47為橢球形結(jié)構(gòu)，流體阻力小。潛水器導(dǎo)流罩與潛水器電子艙之間可安裝用戶設(shè)備、傳感器或加裝用于船體靜力學(xué)配平的浮力材料、壓載鉛塊。水袋布置于潛水器導(dǎo)流罩47內(nèi)部偏前側(cè)，潛水器電子艙48下部，用于運動控制過程中船體重力的調(diào)節(jié)。1對潛水器水平翼51分別安裝于潛水器導(dǎo)流罩左右兩側(cè)，為固定翼，起穩(wěn)定船體平衡的作用。1對潛水器垂直尾翼52分別安裝于潛水器導(dǎo)流罩尾部上下兩側(cè)，緊跟潛水器水平翼51之后，為固定翼，起穩(wěn)定船體平衡的作用。潛水器尾推進(jìn)器53安裝于潛水器導(dǎo)流罩47尾部，用于提供水平推力。潛水器無線通訊天線54、潛水器衛(wèi)星通訊天線55、潛水器衛(wèi)星定位天線56均布置在向上的潛水器垂直尾翼52上，盡可能提高安裝高度從而提高信號質(zhì)量。潛水器控制系統(tǒng)由潛水器無線通訊單元57、潛水器衛(wèi)星定位單元58、潛水器衛(wèi)星通訊單元59、潛水器漏水檢測單元60、潛水器電機控制單元61、潛水器尾推進(jìn)器電機62、潛水器深度計63、潛水器高度計64、潛水器陀螺儀65、潛水器羅盤66、潛水器電池67、潛水器電源管理單元68、潛水器用戶接口69、潛水器數(shù)據(jù)存儲單元70、潛水器水泵71、潛水器縱向調(diào)節(jié)電機73、潛水器橫向調(diào)節(jié)電機74、潛水器第二通訊換能器75、潛水器水聲通訊單元76、潛水器水聲定位單元77、潛水器第二定位換能器78和潛水器核心控制單元79構(gòu)成。其中，潛水器無線通訊單元57與潛水器無線通訊天線54連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊。潛水器衛(wèi)星定位單元58與潛水器衛(wèi)星定位天線56連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊。潛水器衛(wèi)星通訊單元59與潛水器衛(wèi)星通訊天線55連接，并與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊。潛水器漏水檢測單元60是海洋儀器、設(shè)備必不可少的單元，用來檢測潛水器電子艙48及其他設(shè)備的獨立艙體如有的漏水情況，并發(fā)送至潛水器核心控制單元79。根據(jù)漏水情況和位置，潛水器核心控制單元將采取緊急應(yīng)對措施。潛水器電機控制單元61與潛水器尾推進(jìn)器電機62相連，控制潛水器尾推進(jìn)器53的轉(zhuǎn)速，從而控制智能潛水器2的運動軌跡。潛水器電機控制單元61與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊。潛水器深度計63、潛水器高度計64、潛水器陀螺儀65、潛水器羅盤66的數(shù)據(jù)均由潛水器核心控制單元79采集，作為智能潛水器2的運動控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋信號。潛水器電池67通常采用鋰電池，當(dāng)執(zhí)行長期調(diào)查任務(wù)不方便更換電池的情況可采用溫差發(fā)電方式。潛水器電池67為整個控制系統(tǒng)供電，電源的電壓、電流、溫度、余量、絕緣情況由潛水器電源管理單元68管理。潛水器電源管理單元68與潛水器核心控制單元79間采取串口通訊。潛水器用戶接口69是潛水器核心控制單元79為用戶設(shè)備、傳感器提供的常見電源和控制接口，包括：RS232、RS485、1O、AD、±5VDC、±12VDC、±24VDC、±48VDC。潛水器數(shù)據(jù)存儲單元70是用于所有控制命令、傳感器數(shù)據(jù)、位置信息、時間信息及系統(tǒng)日志的存儲，潛水器核心控制單元79可對其進(jìn)行讀寫操作。潛水器水泵71接收潛水器核心控制單元79控制信號，并將運行結(jié)果反饋給潛水器核心控制單元79。潛水器水泵71設(shè)置于潛水器電子艙48內(nèi)部，兩端分別與潛水器水袋50和艙外海水相連，通過調(diào)節(jié)潛水器水袋存水量調(diào)節(jié)智能潛水器2的重力，從而調(diào)節(jié)其上浮或下沉。潛水器第二通訊換能器75與潛水器水聲通訊單元76連接，再與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊。潛水器第二通訊換能器75負(fù)責(zé)聲電及電聲轉(zhuǎn)換。潛水器水聲通訊單元76負(fù)責(zé)發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與核心控制單元44通訊。潛水器第二定位換能器43與潛水器水聲定位單元42連接，再與潛水器核心控制單元79進(jìn)行串口通訊。潛水器第二定位換能器78負(fù)責(zé)聲電及電聲轉(zhuǎn)換。潛水器水聲定位單元77負(fù)責(zé)發(fā)送階段的信號形成及接收階段的信號放大、濾波、采集、數(shù)字信號處理及與潛水器核心控制單元79通訊。潛水器核心控制單元79由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，負(fù)責(zé)與其他子單元通訊、運行主控程序、執(zhí)行應(yīng)急程序。“水聲”定位采用三點定位和時間差測距;智能浮標(biāo)系統(tǒng)和智能潛水器系統(tǒng)之間的控制指令、反饋信號及小數(shù)據(jù)量調(diào)查結(jié)果通常采取水聲-無線組合通訊回傳陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng);遠(yuǎn)洋調(diào)查時距陸地較遠(yuǎn)，采取衛(wèi)星通訊方式回傳數(shù)據(jù);地形信息、地質(zhì)信息大量數(shù)據(jù)暫時保存在浮標(biāo)數(shù)據(jù)存儲單元和潛水器數(shù)據(jù)存儲單元，待浮上水面時通過衛(wèi)星通訊回傳至陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)。在本實施例中，1·智能浮標(biāo)配平：初始狀態(tài)水袋為空，設(shè)計排水質(zhì)量大于空氣中質(zhì)量，水線在重心以上，重心在推進(jìn)器所在平面，浮心高于重心。由于每次搭載的設(shè)備重量和尺寸有所不同，每次下水作業(yè)前需通過壓載和浮力材料調(diào)節(jié)重力和浮力達(dá)到上述要求。水袋的容量設(shè)計需大于排水質(zhì)量與初始空氣中質(zhì)量之差，即當(dāng)水袋吸滿水時，空氣中質(zhì)量必須大于排水質(zhì)量。2·智能浮標(biāo)升降：水袋吸水，智能浮標(biāo)下沉，直至徹底潛入水中，此時空氣中質(zhì)量約等于排水質(zhì)量;水袋繼續(xù)少量吸水，智能浮標(biāo)下潛;反之，水袋少量排水，智能浮標(biāo)上浮;當(dāng)排水質(zhì)量約等于控制中質(zhì)量時繼續(xù)排水則智能浮標(biāo)浮出水面。3·智能浮標(biāo)水平運動：四個推進(jìn)器分別可以調(diào)整轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，當(dāng)前左后右四個推進(jìn)器轉(zhuǎn)向分別為“正、零、負(fù)、零”時智能浮標(biāo)向前推進(jìn)，轉(zhuǎn)速越大推迸速度越大，同理可實現(xiàn)左、后、右推進(jìn);當(dāng)前左后右四個推進(jìn)器轉(zhuǎn)向分別為“正、正、負(fù)、負(fù)”時智能浮標(biāo)問左前方推進(jìn)，轉(zhuǎn)速越大推進(jìn)速度越大，同理可實現(xiàn)右前、左后、右后推進(jìn);推進(jìn)器除推進(jìn)智能浮漂向某方向移動意外，也可以與流速傳感器、慣性導(dǎo)航傳感器構(gòu)成反饋，控制智能浮標(biāo)在波浪或海流中保持位置，亦稱之為動力定位。4·智能潛水器配平：初始狀態(tài)水袋為半滿，設(shè)計排水體積略大于空氣中重力，即靜浮力為正。另外浮心高于重心，并在重心正上方。由于每次搭載的設(shè)備重量和尺寸有所不同，每次下水作業(yè)前需通過壓載和浮力材料調(diào)節(jié)重力和浮力達(dá)到上述要求。5·智能潛水器的浮力驅(qū)動模式:調(diào)整縱向調(diào)節(jié)電機，調(diào)節(jié)重心位置，可調(diào)節(jié)智能潛水器縱傾角，配合調(diào)節(jié)水泵吸(排)水，調(diào)節(jié)控制中質(zhì)量，可調(diào)節(jié)智能潛水器上浮或下沉，從而實現(xiàn)潛水器縱向的滑行;調(diào)整橫向調(diào)節(jié)電機，調(diào)節(jié)重心位置，可調(diào)節(jié)智能潛水器橫傾角，配合調(diào)節(jié)水泵吸(排)水，調(diào)節(jié)控制中質(zhì)量，可調(diào)節(jié)智能潛水器上浮或下沉，從而實現(xiàn)潛水器橫向的滑行;同時調(diào)節(jié)縱傾角刺橫傾角可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。6·智能潛水器的推力驅(qū)動模式：當(dāng)浮力驅(qū)動模式的推力(航速)無法滿足調(diào)查需求時，可更換為推力驅(qū)動模式，即啟動尾推進(jìn)器。7．軌跡：智能潛水器在浮力驅(qū)動模式下通常行駛鋸齒形軌跡或螺旋形軌跡，推力驅(qū)動模式下出這兩種軌跡還可行駛定深或定高的巡回軌跡。智能浮標(biāo)需配合智能潛水器同步前進(jìn)，因為需要為智能潛水器提供定位參考點和通訊中繼站。8·應(yīng)急模式：當(dāng)用戶設(shè)備艙出現(xiàn)漏水報警或絕緣報警時，核心控制單元和電源管理單元將立刻切斷該艙體的所有供電和通訊，并記錄故障時間和地點，但不影響其他設(shè)備運行;當(dāng)電子艙檢測到漏水時，立刻排空水袋，然后斷電，另智能浮標(biāo)或智能潛水器盡快浮出水面。9·智能浮標(biāo)的士要調(diào)查內(nèi)容：智能浮標(biāo)浮上水面時，水上部分可安裝多種氣象學(xué)傳感器，如風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、氣溫和濕度;同時，水下部分可安裝多種水文要素的傳感器，如波浪、海流、潮位、海溫和鹽度。智能潛水器則主要測量不同海域、不同水深的溫度、鹽度、重力、磁力、地形、地質(zhì)信息，或海底觀測網(wǎng)、海地地震儀的(OBs)的數(shù)據(jù)回收。各傳感器產(chǎn)生的信號，通過儀器自動處理，由發(fā)射機定時發(fā)出，陸地數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)(地面接收站)將收到的信號進(jìn)行處理，就得到了人們所需的資料。遠(yuǎn)洋浮標(biāo)由于離陸地很遠(yuǎn)，可將信號發(fā)往衛(wèi)星，再由衛(wèi)星將信號傳送到地面接收站。大部分情況下智能浮標(biāo)是由蓄電池活力電池供電進(jìn)行工作的。但當(dāng)浮標(biāo)遠(yuǎn)離陸地，換電池不方便，可裝備太陽能蓄電設(shè)備，有的還利用波能蓄電，或者溫差發(fā)電，從而大大減少了換電池的次數(shù)，使海洋浮標(biāo)更簡便經(jīng)濟(jì)。掌握了波高、海流、海溫、潮位、風(fēng)速、氣壓等水文氣象要素，可為人們帶來更多便利，如知道了大風(fēng)大浪區(qū)域，航海時便可避之而行，免除了船覆人亡的殘局;知道了海流流向，航海時便盡可能的順之而行，以節(jié)約航海時間和能源消耗;知道了潮位的異常升高，便可及時防備突發(fā)事件，力圖在災(zāi)害發(fā)生時將損失降至最低限度。該系統(tǒng)還可推廣應(yīng)用于海洋調(diào)查、海洋環(huán)境監(jiān)測，連續(xù)地定量地掌握海洋環(huán)境變化規(guī)律，為軍事、航海、漁業(yè)、港工、地質(zhì)調(diào)查以及海洋開發(fā)服務(wù)。以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。