海洋平台监测与测量装置的研究

摘要

海洋环境的复杂性和不确定性易对海洋平台的结构造成不利影响，对平台的安全运营形成隐患。为了保障平台的安全作业，优化平台结构设计，需要对海洋平台实施长期现场监测。市场上的很多传感器由于自身的一些特点，比如外部封装、通信方式、价格等，无法满足海洋平台监测的需求。所以有必要根据海洋平台监测需求开发平台监测专用的测量装置。
　　本文以南海“挑战”号为背景，针对平台结构和气候环境特点，对海洋平台监测技术及测量装置进行了研究，提出了一套深海浮式平台监测方案，并开发了两款适用于平台监测的测量装置:自容式系泊测量装置和航姿参考系统。针对系泊链的姿态和位置开发了自容式系泊测量装置。该装置内部高精度的传感器和高分辨率的ADC确保了仪器的精度。从硬件和软件两方面进行低功耗设计，最大限度地延长电池使用寿命。经过严格的标定与性能测试，保证装置的稳定性与准确性。针对浮体的姿态开发了航姿参考系统。该系统由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成，采用四元数法解算姿态，并通过卡尔曼滤波器进行信息融合来补偿四元数法的误差。对主要误差来源陀螺仪的漂移进行了小波降噪处理，提高解算精度。经实验验证该航姿参考系统能够正确的反映载体的姿态信息，证明了组成方案的可行性和算法的正确性。
　　目前，该监测方案已经在南海“挑战”号平台实施了两年时间，获得了大量宝贵的监测数据，证实了监测方案的可行性和正确性。自容式系泊测量装置已多次应用于系泊监测。通过对监测数据的分析验证了该装置性能稳定可靠、测量数据真实可信、仪器精度和分辨率能够满足海洋平台系泊监测需求。