惯性传感器技术在万米海试用波浪传感器中的应用

日前,我国海斗一号全海深自主遥控潜水器,在马里亚纳海沟首次完成万米海试与实验性应用任务。在本次海试中,我国自主研制的惯导式方向波浪传感器,为深潜作业提供了海面波浪环境现场保障,该波浪传感器采用的是我们熟知的MEMS惯性传感器技术。

  6月8日,中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器,在马里亚纳海沟首次完成万米海试与实验性应用任务后,搭乘“探索一号”科考船载誉归来。据悉,在本航次中,我国自主研制的DWS19-2惯导式方向波浪传感器,为“海斗一号”深潜作业护航,提供了海面波浪环境现场保障。而该惯导式方向波浪传感器,核心硬件是国产工业级9轴惯导器件,采用的是我们熟知的MEMS惯性传感器技术。

惯性传感器技术在万米海试用波浪传感器中的应用

“海斗一号”布放,资料图

  据了解,这款DWS19-2波浪传感器是基于MEMS惯性传感元件的超小型、高精度惯性波浪测量系统,由中国科学院南海海洋研究所应用海洋学实验室/西沙海洋环境观测站工程师周峰华博士主持研制。其硬件系统及核心算法“一种捷联惯导式测波方法与系统”已获国家发明专利授权。

惯性传感器技术在万米海试用波浪传感器中的应用

DWS19-2波浪漂流浮标现场测量,图自中科院南海海洋研究所

  从5月7日至21日,DWS19-2波浪传感器在深潜器作业周边海区多次开展波浪现场快速测量,共获取波浪数据360组,为“海斗一号”布放和回收的关键阶段提供了海面波浪环境现场保障。

  据周峰华博士介绍,“海斗一号”在马里亚纳海沟首次完成万米海试与实验性应用任务,最大下潜深度10907米,刷新我国潜水器最大下潜深度记录,同时填补我国万米作业型无人潜水器的空白。在高精度深度探测、机械手作业、近海底工作时间、声学探测与定位、声学通信作用距离及高清视频传输等方面,创造了中国潜水器领域多项第一。

惯性传感器技术在万米海试用波浪传感器中的应用

DWS19-2波浪漂流浮标现场测量,图自中科院南海海洋研究所

  据了解,该惯导式方向波浪传感器于2018年研制成功,其核心硬件采用国产工业级9轴惯导器件,在国际上首次采样数学姿态解算方法替代传统波浪浮标中的水平保持机械结构,可很大程度上降低波浪浮标的体积、重量,方便快速布放。其测量精度、设备体积、功耗等指标均处于国际先进水平。

  目前,该传感器已完成多次海上现场观测实验,波浪测量参数包括: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,波浪功率谱及姿态信息等。该传感器尺寸为4cm×4cm×3cm,在4Hz采样频率下功耗<0.7W,可方便安装在漂流浮标、Wave-Glider、波浪工程浮标等低功耗无人平台上,实现波浪现场的快速、机动测量。

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海试研究数据,图自中科院南海海洋研究所

  “受贸易战、疫情等影响,最近国外几款同型波浪传感器及其核心惯导器件出现价格大幅增长、供货周期无限延长,甚至被列入对华禁运名单等。”周峰华博士希望国内波浪观测研制的高校、企事业单位联合起来,加强波浪测量技术交流、对标国际先进波浪测量指标,提高国产波浪传感器性能,促进波浪测量设备的国产化。

  另外,除上述惯性传感器技术的先进应用外,“海斗一号”在国内还首次利用全海深高精度声学定位技术和机载多传感器信息融合方法,完成了对挑战者深渊全球最深区域的巡航探测与高精度深度测量,获取了完整的全海深剖面与深渊海底的温盐深、深度剖面洋流变化等数据资料,为研究深渊水团特性的空间变化规律、深渊底层洋流结构等,提供了宝贵的数据资料。

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