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      慣性傳感器技術在萬米海試用波浪傳感器中的應用

      • 2020-6-17 9:22:50
      • 百度
      • watermeter

      6月8日,中國科學院沈陽自動化研究所主持研制的“海斗一號”全海深自主遙控潛水器,在馬里亞納海溝首次完成萬米海試與實驗性應用任務后,搭乘“探索一號”科考船載譽歸來。據悉,在本航次中,我國自主研制的DWS19-2慣導式方向波浪傳感器,為“海斗一號”深潛作業護航,提供了海面波浪環境現場保障。而該慣導式方向波浪傳感器,核心硬件是國產工業級9軸慣導器件,采用的是我們熟知的MEMS慣性傳感器技術。


      “海斗一號”布放,資料圖

      據了解,這款DWS19-2波浪傳感器是基于MEMS慣性傳感元件的超小型、高精度慣性波浪測量系統,由中國科學院南海海洋研究所應用海洋學實驗室/西沙海洋環境觀測站工程師周峰華博士主持研制。其硬件系統及核心算法“一種捷聯慣導式測波方法與系統”已獲國家發明專利授權。

      DWS19-2波浪漂流浮標現場測量,圖自中科院南海海洋研究所

      從5月7日至21日,DWS19-2波浪傳感器在深潛器作業周邊海區多次開展波浪現場快速測量,共獲取波浪數據360組,為“海斗一號”布放和回收的關鍵階段提供了海面波浪環境現場保障。

      據周峰華博士介紹,“海斗一號”在馬里亞納海溝首次完成萬米海試與實驗性應用任務,最大下潛深度10907米,刷新我國潛水器最大下潛深度記錄,同時填補我國萬米作業型無人潛水器的空白。在高精度深度探測、機械手作業、近海底工作時間、聲學探測與定位、聲學通信作用距離及高清視頻傳輸等方面,創造了中國潛水器領域多項第一。

      DWS19-2波浪漂流浮標現場測量,圖自中科院南海海洋研究所

      據了解,該慣導式方向波浪傳感器于2018年研制成功,其核心硬件采用國產工業級9軸慣導器件,在國際上首次采樣數學姿態解算方法替代傳統波浪浮標中的水平保持機械結構,可很大程度上降低波浪浮標的體積、重量,方便快速布放。其測量精度、設備體積、功耗等指標均處于國際先進水平。

      目前,該傳感器已完成多次海上現場觀測實驗,波浪測量參數包括:平均波高、周期,1/3大波高、周期,1/10大波高,周期,最大波高、周期,主波向,波浪功率譜及姿態信息等。該傳感器尺寸為4cm×4cm×3cm,在4Hz采樣頻率下功耗<0.7W,可方便安裝在漂流浮標、Wave-Glider、波浪工程浮標等低功耗無人平臺上,實現波浪現場的快速、機動測量。


      海試研究數據,圖自中科院南海海洋研究所

      “受貿易戰、疫情等影響,最近國外幾款同型波浪傳感器及其核心慣導器件出現價格大幅增長、供貨周期無限延長,甚至被列入對華禁運名單等?!敝芊迦A博士希望國內波浪觀測研制的高校、企事業單位聯合起來,加強波浪測量技術交流、對標國際先進波浪測量指標,提高國產波浪傳感器性能,促進波浪測量設備的國產化。

      另外,除上述慣性傳感器技術的先進應用外,“海斗一號”在國內還首次利用全海深高精度聲學定位技術和機載多傳感器信息融合方法,完成了對挑戰者深淵全球最深區域的巡航探測與高精度深度測量,獲取了完整的全海深剖面與深淵海底的溫鹽深、深度剖面洋流變化等數據資料,為研究深淵水團特性的空間變化規律、深淵底層洋流結構等,提供了寶貴的數據資料。

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