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水下滑翔机是一种浮力驱动的无人水下自治观探测平台, 具有持续性、鲁棒性、自主性等特点, 是构建海洋观测技术体系重要的水下航行器之一。文章从水下滑翔机发展历程、运行方式和专用传感器展开, 基于国内外海洋学文献综述研究, 重点对水下滑翔机在典型海洋现象观测应用方面进行总结。水下滑翔机的运行稳定性、长时续, 观测高分辨率、低成本的特点, 满足了对海洋中尺度涡、内波、湍流、环流/边界流和锋面的长时间、精细化立体观测要求; 鲁棒性、自主性的特点使其能够适应台风过境、地震、原油泄漏前后等紧急恶劣海洋状况的监测; 运行平稳、低噪声的特点使其成为声学监测与探测的良好平台。对比分析国内外的水下滑翔机(组网)应用状况可以发现, 国内水下滑翔机在传感器、数据处理和组网技术方面都需要进一步完善。最后总结并展望了国内外水下滑翔机面向海洋现象观测的应用。 相似文献
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海洋微结构湍流作为常见的海洋运动,对海洋中溶解质扩散、能量转移有显著作用,对海水运动及其温盐特性等有重要影响。作为低能耗、无动力的海洋观测平台,水下滑翔机具有噪声低、航时长,易回收等优点,使得长期不间断低成本观测湍流成为了可能。在本文中,从湍流观测原理的维度出发,研究分析滑翔机运动特性对湍流数据的影响;通过解析滑翔机在垂直面内运动方程,获得适合湍流观测的滑翔机运动参数;利用傅里叶变换从时域与频域分析了滑翔机的振动特性;最后通过海试,验证了基于水下滑翔机的湍流观测平台长时间不间断观测海洋湍流的能力。 相似文献
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水下滑翔机作为一种新型移动观测平台，可以对热带气旋过境期间引发的海洋响应进行全方位的观测，利用获取的观测数据能够进一步增强台风预报的准确性。从水下滑翔机相较于其他热带气旋观测方式的优势展开，基于“海燕”系列水下滑翔机观测到的台风“天鸽”(Hato)引起的海洋温盐异常历史数据， 并结合同期卫星的观测数据和 JMA(Japan Meteorology Agency)最佳台风路径数据库，分析研究水平和垂直方向上的海洋温盐异常响应。验证了 4 台“海燕–II”水下滑翔机具有对 2017 年台风“天鸽”引起的海洋响应进行精细化剖面观测的能力，可以完整捕捉台风过境引起的垂直混合现象以及降雨对其观测区域内盐度变化的影响，并分析水下滑翔机观测数据得出台风期间海洋响应的程度与其距离台风的位置有关，即台风期间水下滑翔机观测海域与台风路径距离越近，其温盐异常变化越明显，并且台风路径右侧海域相较于路径左侧海域的温度异常幅度更大。 相似文献
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设计了一种水下滑翔机对中尺度涡进行水文学、运动学原位观测的方法,以航行过程与观测过程分离为原则。在硬件改进上,为水下滑翔机安装加速度传感器,用于测量水下滑翔机的运动加速度,特别是中性悬停时随着水体运动的加速度,加速度积分计算得到运动速度。在观测方法上,通过海表高度异常资料判断待测中尺度涡的位置、范围和移动方向,利用2台水下滑翔机分别在中尺度涡移动方向和移动方向法向的路径上做正交路径的剖面观测,进行中尺度涡的温盐测量;对温盐测量结果进行即时分析,得到上均匀层、强跃层、下均匀层的位置,控制4台水下滑翔机在这些水层中性悬停,做无滑脱随流运动,进行同步针对性观测。论述了浮力的精确控制方法、由水下滑翔机随流运动速度推导海流速度的过程。本方法不仅测量中尺度涡的温盐分布,还对中尺度涡的三维结构做系统的运动学观测,对中尺度涡观测技术的发展具有重要意义。 相似文献
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在把握水下滑翔机功能特点和内波运动特征的基础上,提出水下滑翔机中性悬停、随体原位观测内波的方法。首先需要对水下滑翔机加装加速度计和深度计,用于记录并辅助控制其运动过程;其次,控制水下滑翔机下潜至目标区域的跃层梯度最大处水层,通过中性体浮力控制和姿态调节系统实现水平悬停,做到最大化无滑脱随流运动;然后,水下滑翔机在遭遇内波后跟随内波一起运动并进行同步观测;最后,分析观测数据,并基于相应特征选定内波物理模型,建立内波的三维运动学结构模型。该方法是内波直接观测技术的有益探索,对深入发挥水下滑翔机观测效能、把握内波运动学结构和动力学支撑有重要作用。 相似文献
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面向重点海域中小尺度过程、突发事件及关键目标观探测需求，以无人机、无人艇、波浪滑翔器、水下滑翔机、AUV、剖面漂流浮标及投弃式观测装备等无人智能移动观测装备为主干节点，结合潜标、 海床基等定点观测装备，提出了基于海洋物联网的快速机动组网观测系统构建方案，探讨了相关关键技术及发展方向。 相似文献
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温度、盐度和压力是海洋重要的基本物理特性参数。温盐深测量仪(Conductivity Temperature Depth,CTD)是海水温盐剖面观测的关键仪器,在海洋经济开发、海洋观测、海洋国防建设方面有着极为重要的意义。本文介绍了几种典型的温盐深测量设备及移动观测平台,重点论述了CTD在Argo浮标、水下滑翔机等海洋移动观测平台上的应用现状,分析了水下滑翔机搭载的CTD在热滞效应、湍流等因素影响下产生的测量误差。最后探讨了以水下滑翔机为代表的海洋移动观测平台搭载CTD测量技术的发展趋势及应用前景。 相似文献
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海洋机器人具有观测范围大、作业灵活、机动性好、可控性强等突出优点，在海洋科学观测与海洋科学实验中发挥了重要作用，促进了物理海洋和海洋生物地球化学的发展。为阐明海洋机器人在海洋科学观测和实验中的应用情况，以水下滑翔机、自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）和无人帆船3种典型的观测型海洋机器人为例介绍了海洋机器人在海洋科学观测中的应用现状；以原位采样与固定、原位培养与分析海洋机器人为例介绍了海洋机器人在海洋科学实验中的应用现状；最后结合未来海洋科学研究需求，从需求牵引的角度对基于机器人的科学观测与实验系统的发展趋势进行了展望。 相似文献
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波浪滑翔机直接利用波浪能实现大范围长距离的机动运动观测,在海洋环境观测中可以发挥重要的作用。本文对波浪滑翔机推进装置在启动阶段的翼片的水动力学行为进行了研究。以波浪滑翔机水下推进装置的翼片为研究对象,运用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS),对给定垂荡和摆动运动的翼片水动力学进行了水动力分析和仿真,模拟了单个翼片、纵向阵列多翼片的运动状况,得到推进装置翼片附近的压力分布和整体推进动力,分析翼片间距变化在启动阶段对推进力的影响作用。通过该研究工作为深入理解波浪滑翔机推进装置工作状态提供了理论依据。 相似文献
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Development and experiments of the Sea-Wing underwater glider 总被引：1，自引：0，他引：1
Underwater gliders,which glide through water columns by use of a pair of wings,are efficient long-distance,long-duration marine environment observatory platforms.The Sea-Wing underwater glider,developed by the Shenyang Institute of Automation,CAS,is designed for the application of deep-sea environment variables observation.The system components,the mechanical design,and the control system design of the Sea-Wing underwater glider are described in this paper.The pitch and roll adjusting models are derived based on the mechanical design,and the adjusting capabilities for the pitch and roll are analyzed according to the models.Field experiments have been carried out for validating the gliding motion and the ability of measuring ocean environment variables.Experimental results of the motion performances of the glider are presented. 相似文献
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Model-based feedback control of autonomous underwater gliders 总被引：6，自引：0，他引：6
We describe the development of feedback control for autonomous underwater gliders. Feedback is introduced to make the glider motion robust to disturbances and uncertainty. Our focus is on buoyancy-propelled, fixed-wing gliders with attitude controlled by means of active internal mass redistribution. We derive a nonlinear dynamic model of a nominal glider complete with hydrodynamic forces and coupling between the vehicle and the movable internal mass. We use this model to study stability and controllability of glide paths and to derive feedback control laws. For our analysis, we restrict to motion in the vertical plane and consider linear control laws. For illustration, we apply our methodology to a model of our own laboratory-scale underwater glider 相似文献
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For Cconsideration ofing both the eccentric rotatable rigid body and the translational rigid body, the dynamic model of the underwater glider is derived. Dynamical behaviors are also studied based on the model and can be used as the guidance to underwater gliders design. Gibbs function of the underwater glider system is derived first, and then the nonlinear dynamic model is obtained by use of Apell Equations. The relationships between dynamical behaviors and design parameters are studied by solving the dynamic model. The spiral motion, swerving motion in three dimensions and the saw-tooth motion of the underwater glider in vertical plane are studied. Lake trials are carried out to validate the dynamic model. 相似文献
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Multi-AUV Control and Adaptive Sampling in Monterey Bay 总被引：3，自引：0，他引：3
Edward Fiorelli Naomi Ehrich Leonard Pradeep Bhatta Derek A. Paley Ralf Bachmayer David M. Fratantoni 《Oceanic Engineering, IEEE Journal of》2006,31(4):935-948
Operations with multiple autonomous underwater vehicles (AUVs) have a variety of underwater applications. For example, a coordinated group of vehicles with environmental sensors can perform adaptive ocean sampling at the appropriate spatial and temporal scales. We describe a methodology for cooperative control of multiple vehicles based on virtual bodies and artificial potentials (VBAP). This methodology allows for adaptable formation control and can be used for missions such as gradient climbing and feature tracking in an uncertain environment. We discuss our implementation on a fleet of autonomous underwater gliders and present results from sea trials in Monterey Bay in August, 2003. These at-sea demonstrations were performed as part of the Autonomous Ocean Sampling Network (AOSN) II project 相似文献
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海洋湍流混合过程对大洋热盐环流具有重要调控作用,因此海洋湍流混合特征量如湍动能耗散率等物理量的定量刻画,主要通过现场湍流观测来实现。为满足长期连续海洋湍流混合观测资料的迫切需求及打破国外的技术封锁,自行研制了基于水下滑翔机的湍流观测仪。为了测试滑翔机在小尺度湍流观测方面的可行性,将一个携带有剪切探头的湍流仪安装在滑翔机本体上,并在千岛湖进行了一系列的实验。滑翔机平台的主要噪声来源于浮力调节机构中的油泵,油泵会在接近剖面的底端时开启。三轴加速度谱在30 Hz左右有明显的谱峰,说明滑翔机油泵的振动频率应该是在30 Hz左右,在其他频率点上振动较小。由剖面下潜过程(开泵)的波数谱可知,开泵时虽然对湍流观测有影响,但是振动频率在波数空间中处于无效观测谱一侧,由此说明平台的振动对剪切信号影响很小。剪切探头测得的耗散率在10-7 W/kg量级上,且都与Nasymth理论谱吻合良好,验证了滑翔机在小尺度湍流观测方面的可行性。 相似文献