本實用新型涉及遙感測量技術領域，尤其是指一種大氣海洋觀測平臺、系統。

背景技術：

目前常用的海流測量方法有三種：浮標漂移測流法、定點測流法和走航式測流法。

其中，浮標漂移法是一種傳統的海流測量方法，必須使浮標隨海流一起運動，然后通過記錄浮標的空間-時間位置，以此計算海流的流速和流向。這種方法的關鍵是確定浮標在不同時刻的位置，通常采用無線電、聲學或衛(wèi)星定位技術跟蹤漂流浮標從而測量海流。

定點測量法是目前最常用的一種海流測量方法，是將海流測量設備(海流計)安裝在錨定的船、浮標、潛標或海上平臺上，從而對海洋中某一位置的海流進行長期測量。在船只航行的同時測量海流，不僅可節(jié)省時間，提高效率，而且可同時觀測多層海流，這種測量方法叫做走航測流法。這種測流方法的實現和推廣得益于聲學多普勒海流剖面儀(ADCP)的問世和發(fā)展，目前一般海洋調查船都配有ADCP。此外，從衛(wèi)星高度計測得的平均海平面資料可以推算大洋環(huán)流，最直接的方式是減去大地水準面得到動力高度，然后利用地轉平衡關系式計算大洋環(huán)流。這種方法得到的僅是大尺度海洋動力狀況。

由于上述海流測量方法在觀測方案設計和觀測設備性能上的不足，使得目前海流的測量在快速、實時、大范圍測量海流方面存在一定的局限性。浮標漂移法的缺點是浮標只能隨波逐流沿著海流的方向進行測量，如需獲得相鄰海域的海流數據需要另行投放浮標，且浮標一般不能回收。定點測量法只能進行定點觀測，且在海流較小時測量誤差較大；由于船舶或浮標在深海拋錨有一定困難，使用該方法很難獲得深海的海流數據。ADCP儀器價格昂貴，一般配備在海洋調查船上，使用成本較高，并且由于換能器安裝位置和測量頻率的限制，海流測量存在一定的盲區(qū)(海表至海表以下30-40cm)。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠在快速、實時、大范圍測量海流環(huán)境中進行表層海流的流速和流向測量的海流測量方法。

為了解決上述問題，本實用新型實施例提出了一種大氣海洋觀測平臺，包括驅動機構和電路機構，所述電路機構包括：處理器、GPS定位裝置、氣象及海洋觀測傳感器、數據通訊機構；所述處理器連接氣象及海洋觀測傳感器及GPS定位裝置以將收集氣象數據、海洋數據、位置數據，通過數據通訊機構發(fā)送到遠端的遠程控制平臺；且所述處理器連接所述驅動機構以根據遠端的遠程控制平臺的控制命令控制所述大氣海洋觀測平臺移動。

其中，所述氣象及海洋觀測傳感器通過轉換電路連接所述處理器。

同時，本實用新型實施例還提出了一種大氣海洋觀測系統，包括大氣海洋觀測平臺及遠端的遠程控制平臺；其中所述遠端的遠程控制平臺包括：數據處理模塊、平臺控制模塊；其中所述數據處理模塊用于接收所述大氣海洋觀測平臺發(fā)送來的位置數據、氣象數據、海洋數據進行海流解算以獲得實時海流流向和流速觀測結果；所述平臺控制模塊用于控制所述大氣海洋觀測平臺移動。

本實用新型的上述技術方案的有益效果如下：上述技術方案提出了一種海流測量系統和平臺，能夠獲得特定海區(qū)的長期和連續(xù)潮、流特征信息。從而實現快速、實時、大范圍測量海流環(huán)境中進行表層海流的流速和流向測量。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的坐標系示意圖；

圖2為本實用新型實施例的海流測量的方法；

圖3為本實用新型實施例的大氣海洋觀測平臺。

具體實施方式

為使本實用新型要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

為了解決上述問題，本實用新型實施例提出了一種大氣海洋觀測平臺，包括驅動機構和電路機構，所述電路機構包括：處理器、GPS定位裝置、氣象及海洋觀測傳感器、數據通訊機構；所述處理器連接氣象及海洋觀測傳感器及GPS定位裝置以將收集氣象數據、海洋數據、位置數據，通過數據通訊機構發(fā)送到遠端的遠程控制平臺；且所述處理器連接所述驅動機構以根據遠端的遠程控制平臺的控制命令控制所述大氣海洋觀測平臺移動。

其中，所述氣象及海洋觀測傳感器通過轉換電路連接所述處理器。

同時，本實用新型實施例還提出了一種大氣海洋觀測系統，包括大氣海洋觀測平臺及遠端的遠程控制平臺；其中所述遠端的遠程控制平臺包括：數據處理模塊、平臺控制模塊；其中所述數據處理模塊用于接收所述大氣海洋觀測平臺發(fā)送來的位置數據、氣象數據、海洋數據進行海流解算以獲得實時海流流向和流速觀測結果；所述平臺控制模塊用于控制所述大氣海洋觀測平臺移動。

作為示例性說明，本實用新型實施例的大氣海洋觀測系統可以通過以下方法進行海流測量：

步驟1、通過所述遠端的遠程控制平臺，控制所述大氣海洋觀測平臺航行套預設位置；

步驟2、使所述大氣海洋觀測平臺停車，并通過所述大氣海洋觀測平臺獲取初始坐標，以及大氣海洋觀測平臺在預定時間內的移動信息；

步驟3、根據所述所述初始坐標和預定時間內的移動信息，通過以下公式計算海洋信息；

其中，X、Y為當前大氣海洋觀測平臺在海平面坐標系中的位置，V_fx、V_fy分別為海面水平流速在x、y方向的分量，t為觀測時段，C_x、C_y為大氣海洋觀測平臺的初始坐標，θ為海流流向。

其中，所述C_x、C_y為所述大氣海洋觀測平臺停車預定時間后的初始坐標。

下面以一個具體的實例對本實用新型實施例進行進一步說明。本實用新型實施例中可以利用各種大氣海洋觀測平臺對海流進行測量；其中該大氣海洋觀測平臺只需具有定位能力、測量能力、航行能力即可。首先，如圖1所示的讓大氣海洋觀測平臺航行到預定海域后，在預定時刻停車以使大氣海洋觀測平臺在預定海域自由漂浮。由于表層海流的速度范圍一般為0.1～3.0m/s；如果大氣海洋觀測平臺停車5分鐘，則其隨海流移動的位移約30～600m。當大氣海洋觀測平臺在海面隨海流移動時，大氣海洋觀測平臺在海平面坐標系中的運動軌跡可以表示為以下公式(1)-公式(3)：

其中，X、Y為當前大氣海洋觀測平臺在海平面坐標系中的位置，V_fx、V_fy分別為海面水平流速在x、y方向的分量，t為觀測時段，C_x、C_y為大氣海洋觀測平臺的初始坐標，θ為海流流向。

上式中C_x、C_y是采用大氣海洋觀測平臺的初始坐標；但是可以理解的，在大氣海洋觀測平臺停車初始階段(如前1分鐘)，由于會存在慣性作用導致大氣海洋觀測平臺的移動不完全是海流的作用，因此需要將這一部分數據剔除。因此C_x、C_y也可以是采用在剔除了大氣海洋觀測平臺慣性移動時間后的初始位置的坐標。

由于可以在大氣海洋觀測平臺上搭載高采樣率的衛(wèi)星定位系統，這樣可以分段(如每1分鐘)求得該時間段無人艇在x、y方向的位移分量，通過公式(2)可以得到流速在x、y方向的分量V_fx、V_fy。而海流流向則從公式(3)計算得到或從船載定位導航數據中直接讀出。而如果海流的流速很低(0.1m/s以下)時，可以設置更長的自由漂浮時間，獲得足夠的漂移距離，以保證流速流向的測量精度。

本實用新型還包括一種海流觀測數據融合方法，具體步驟如下：

S1、海流剖面數據獲取，該大氣海洋觀測平臺在水下一定深度航行時，獲取該大氣海洋觀測平臺上部或下部一定水層厚度的海流剖面；S2、海流剖面數據濾波，對獲取的海流剖面原始數據進行濾波，消除野值，并對測量的隨機誤差進行平滑修正；S3、海流剖面數據時間配準，將異步數據歸算為相同時刻下的同步數據；S4、該大氣海洋觀測平臺位置信息的推算，該大氣海洋觀測平臺從一個已知的坐標位置開始，根據該大氣海洋觀測平臺在該坐標位置的航向、航速和航行時間，推算下一時刻的坐標位置；S5、海流剖面數據融合，將位置信息的推算所得的經緯度位置信息插入到數據包的相應位置。

舉例說明，該大氣海洋觀測平臺可以為如圖3所示的微小型潛艇，包括：潛艇艇身，其中所述艇身包括密封的底部的壓載艙13和密封的頂部的浮力艙7，所述壓載艙設有內空的內腔以容置蓄電池4、油箱5、柴油發(fā)電機6，并通過密封的線路管道與頂部的浮力艙7導通；所述頂部的浮力艙7設有內空的內腔以容置電子設備8，所述電子設備8通過設置在線路管道內的電纜連接所述柴油發(fā)電機6和/或蓄電池4；

所述潛艇艇身后部設有推進器1、水平尾舵2、垂直尾舵3，所述推進器1連接所述蓄電池4，所述水平尾舵2和垂直尾舵3連接浮力艙內的電子設備；所述潛艇艇身的前部設有向上延伸的桅桿，所述桅桿上設有氣象探測機構12，所述氣象探測機構12通過密封的線路管道內的線纜連接所述電子設備；還包括設置在潛艇艇身中部的延豎直方向延伸的火箭發(fā)射裝置9，所述火箭發(fā)射裝置9包括密封的發(fā)射倉，所述發(fā)射倉頂部設有可開合的密封艙門，所述密封的發(fā)射倉的底部固定在所述壓載艙內并沿豎直方向貫穿所述壓載艙頂壁和浮力艙以伸出所述潛艇艇身；

其中所述潛艇艇身后部還設有突出于艇身的密封的圍殼10，所述圍殼10內設有天線11，所述天線11通過密封的線路管道內的線纜連接所述電子設備8。

進一步的，所述浮力艙頂壁設有可開合的密封的艙蓋。

進一步的，所述圍殼內還設有吸排氣管，所述吸排氣管從所述圍殼頂部伸出所述圍殼。

進一步的，所述壓載艙的前部和后部設有壓艙物14。

進一步的，所述電子設備包括用于控制所述微小型潛艇工作的潛艇控制系統、用于控制所述氣象探測機構進行氣象探測的氣象數據處理系統、用于控制所述火箭發(fā)射裝置工作的火箭控制系統。

進一步的，所述電子設備還包括遠程通訊系統，所述遠程通訊系統通過圍殼的天線連接遠程服務器以將測量數據發(fā)送到遠程服務器，并接收遠程服務器發(fā)送的控制指令以控制所述微小型潛艇的運行。

進一步的，遠程通訊系統包括衛(wèi)星定位裝置、衛(wèi)星通訊裝置，其中所述衛(wèi)星定位裝置的采樣頻率為10Hz，衛(wèi)星通訊裝置的通訊頻率為1Hz。

本實用新型實施例的微小型潛艇是一種遠距離、長航時及在復雜海況下條件下工作的自動駕駛的大氣海洋觀測平臺。該運載平臺長約9米，高1.95m，滿載排水量約6噸，航速10節(jié)，設計航行時間4天，最大航程1500km。為了減少搖擺對氣象水文要素觀測的影響以及風阻的影響，無人艇只有觀測平臺和通訊設備在水面以上，其他部分均在水面以下，采用半潛式方式航行。無人艇上搭載衛(wèi)星定位裝置和衛(wèi)星通訊系統，衛(wèi)星定位采樣頻率為10Hz，衛(wèi)星通訊頻率為1Hz。波浪運動的周期一般在三秒到十幾秒之間，只要衛(wèi)星定位采樣時間足夠長，超過一個或幾個海浪周期，波浪的往復運動影響就可以減至最小。地面控制站可以通過程序控制或遠程遙控，使得無人艇在指定海域以設定的方式在海面漂浮，通過解析無人艇在指定時間內的位置移動信息可以獲得海流的流速和流向信息，并可將海流觀測結果實時傳輸至地面控制站。

工作時首先由置于壓載艙底部的油箱向壓載艙尾部的發(fā)電機中泵入柴油發(fā)電，然后通過充電器給蓄電池組充電，蓄電池組為尾端外置的推進器提供電力達到運動效果，輔以舵面作用可以實現轉向。半潛式自主航行海上探測設備運載平臺行駛到預定水域之后，利用艦載微型船載氣象探測火箭系統試驗裝置發(fā)射探空火箭，完成預定科研任務。

以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。