一種深海潛標無線實時化水面浮標系統技術方案

本實用新型專利技術提出一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，該系統主要由：1儀器艙2浮體3供電單元4換能器5主體支撐單元6流體擋板共同組成。儀器艙完成多傳感器數據接收、數據處理、數據存儲、時序管理、數據傳輸等功能。浮體為整套系統提供浮力，供電單元為系統在深海正常運行提供充足電力支撐；換能器是通過水聲通信技術收集信號。儀器艙內部的銥星通訊模塊和天線實時或者準實時地將潛標系統中多種傳感器數據回傳至陸基數據控制中心。本實用新型專利技術為深入了解和掌握大洋邊界流系的三維環流結構、變化規律及其對氣候變化的影響和響應，提供了強有力的技術保障。

A deepwater submersible wireless real-time water buoy system

The utility model provides a wireless real-time surface buoy system for deep sea submergence. The system is mainly composed of 1 instrument module 2 floating body 3 power supply unit 4 transducer and 5 main support unit 6 fluid baffle. The instrument cabin completes the functions of multi-sensor data reception, data processing, data storage, timing management, data transmission and so on. The floating body provides buoyancy for the whole system, and the power supply unit provides sufficient power support for the system in the normal operation of the deep sea; the transducer collects signals through acoustic communication technology. Iridium communication module and antenna inside the instrument cabin are sent back to land-based data control center in real time or quasi real-time. The utility model provides a strong technical guarantee for understanding and mastering the three-dimensional circulation structure, change law of the ocean boundary flow system and its influence and response to climate change.

【技術實現步驟摘要】
一種深海潛標無線實時化水面浮標系統
本技術屬于海洋裝備
，更具體地說，涉及一種深海潛標無線實時化傳輸技術。
技術介紹
21世紀是海洋的世紀，要認識海洋、開發和利用海洋就要進行海洋調查。高新技術的海洋裝備是海洋調查的重要保障。為發現海洋新現象、驗證海洋新理論和滿足海洋科學發展需求，在研究海域獲取長時間海洋科學數據主要靠布放深海潛標和海面浮標兩種方式。現在技術在進行深海潛標的觀測時，無法將觀測的深海科學數據實時的傳回地面控制中心，需要每1-2年進行潛標的回收以便獲取過去時間段得到的科學數據，耗費大量的人力、物力成本。由于潛標工作周期通常為1-2年，所觀測記錄下的海洋環境數據只能在成功回收后獲得，獲得深海現場觀測數據的時效性差，無法根據應急需要實時遠程監測海洋狀態。且若無法成功回收潛標，則觀測數據有丟失的風險。
技術實現思路
本技術提出深海潛標無線實時化水面浮標系統，解決現有技術中潛標觀測的深海數據無法實時獲取的難題，深海潛標無線實時化水面浮標系統是集多學科的海洋調查測量高新技術設備，能長期、隱蔽的對海洋動力參數和環境要素進行實時立體綜合監測。水聲數據傳輸技術和水面衛星通訊技術，實現潛標系統觀測數據的實時回傳，將會極大提高潛標數據的利用效率。具有系統集成度高、系統觀測數據豐富、觀測點隱蔽、不易遭受破環的特點，又具有觀測數據連續性、時效性強和數據傳輸方便快捷的特點，使實時傳輸潛標兼具進行海洋災害預報和軍事預警的能力。本技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，包括主體支撐單元、儀器艙、浮體、供電單元和換能器，所述儀器艙、供電單元和換能器均設置于所述主體支撐單元中，并且在所述儀器艙上分別設有換能器連接端和供電單元連接端，所述主體支撐單元包括上框架和下框架，其中所述上框架呈多面體形狀，并且在所述上框架的每個側面均安裝有浮體，在所述下框架內設有換能器。所述儀器艙設置于所述上框架中，且所述儀器艙設有天線的一端伸出至所述上框架外；換能器連接端和供電單元連接端分別與換能器、供電單元連接。所述主體支撐單元在所述上框架和下框架之間設有中框架，所述供電單元設置于所述中框架內。所述下框架上側設有流體擋板，所述下框架內的換能器安裝在所述流體擋板上。所述流體擋板上設有若干用于固定換能器的孔，還設有多個用于水通過的孔；所述用于固定換能器的孔以流體擋板的中心為中心對稱分布。所述儀器艙包括耐壓艙體以及設于其內部的銥星通訊模塊、單片機、存儲單元、ARM和DSP，和設于耐壓艙體上的銥星天線、底部換能器連接端、底部電源輸入端；ARM與DSP、單片機、存儲單元、銥星通訊模塊連接，銥星通訊模塊與銥星天線連接；DSP通過底部換能器連接端與換能器連接；單片機通過底部電源輸入端與供電單元的電源輸出端口連接。所述供電單元包括供電單元儀器艙及其內部的密封艙蓋、密封圈、內部電池組、內部填充物質、過電保護芯片，和設于密封艙蓋上的電源輸出端口；供電單元儀器艙內設有內部電池組，內部電池組與供電單元儀器艙之間填有內部填充物質；供電單元儀器艙上部設有密封艙蓋，密封艙蓋上套設密封圈；內部電池組通過過電保護芯片與電源輸出端口連接；電源輸出端口與儀器艙的底部電源輸入端連接端。本技術與現有技術相比有許多優點和積極效果：(1)儀器艙內部的銥星天線和銥星通訊模塊，將潛標系統中75KADCP(聲學多普勒流速剖面儀)、CTD(溫鹽深儀)和海流計等多種傳感器數據實時或者準實時地回傳至陸基數據控制中心，為深入了解和掌握大洋的三維結構和變化規律，提供了強有力的技術保障。銥星天線采用的是尼龍材質隱蔽式設計理念，天線的尼龍材質保護罩上涂成和深海大洋顏色一致，從而達到隱蔽通訊天線的目的，使得整套通訊系統具有很高的安全性保障。(2)浮體環繞分離式的浮體結構設計使得安裝和使用更加高效、實用、靈活。(3)供電單元的水密和硬件設備升級兼容性功能、連接纜標準接口結構設計，為整套系統在深海的應用和升級開發提供了基礎支撐。所有的設計結構為整套系統在深海的應用提供了充足的供電保障。(4)換能器是通過水聲通信技術收集信號，聲學換能器使用分布環繞式的陣列結構，聲學換能器單元保證聲學信號傳輸的穩定和編解碼數據可靠。(5)主體支撐單元和流體擋板既為換能器的安裝、聲學信號的接收提供穩定的平臺，又減少了設備在布放和回收過程的流體阻力。各類艙體的固定夾具和限位件均使用國際通用標準和防銹材料，方便后續的維護和保養。附圖說明圖1為本技術深海潛標無線實時化水面浮標系統組成圖；圖2為本技術儀器艙結構分解圖。圖3為本技術浮體的分布結構圖。圖4為本技術流體擋板結構分解圖。圖5為本技術供電單元結構分解圖。圖6為本技術儀器艙結構框圖。其中，1儀器艙、2浮體、3供電單元、4換能器、5主體支撐單元、6流體擋板、7銥星天線、8銥星通訊模塊、9單片機值班系統、10存儲單元、11底部換能器連接端、12耐壓艙體、13底部電源輸入端、14值班電池組、15ARM、16DSP、17天線保護罩、18流體擋板組件、19換能器限位孔、20限流孔、21電源輸出端口、22密封艙蓋、23密封圈、24供電單元儀器艙、25內部電池組、26內部填充物質、27連接纜、28過電保護芯片。具體實施方式下面結合附圖對本技術作進一步描述。一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，該系統主要由儀器艙1浮體2供電單元3換能器4主體支撐單元5流體擋板6共同組成。換能器接收聲學信號，借助夾具或者主浮球固定在潛標纜系上的深海潛標多傳感器數據傳輸過程中用聲學信號，無需線纜，降低成本，提高效率。將水下潛標無線實時化裝備和衛星通訊系統進行無縫連接，首次在海洋觀測中實現了聲波與電磁波相結合的數據傳輸功能。儀器艙完成多傳感器數據接收、數據處理、數據存儲、時序管理、數據傳輸等功能。浮體由同樣大小、材質、型號的耐壓裝置組成，為整套系統提供浮力，環繞分離式的浮體結構設計使得安裝和使用更加高效、實用、靈活。供電單元為系統在深海正常運行提供充足電力支撐；換能器是通過水聲通信技術收集信號，聲學換能器使用分布環繞式的陣列結構，聲學換能器單元保證聲學信號傳輸的穩定和編解碼數據可靠。儀器艙內部的銥星通訊模塊和天線實時或者準實時地將潛標系統中多種傳感器數據回傳至陸基數據控制中心。為深入了解和掌握大洋邊界流系的三維環流結構、變化規律及其對氣候變化的影響和響應，提供了強有力的技術保障。儀器艙1的多功能設計。儀器艙按功能分為銥星天線、銥星通訊模塊、單片機、存儲單元、底部換能器連接端、耐壓艙體、底部電源輸入端、值班電池組、ARM、DSP、天線保護罩。儀器艙內部的單片機、ARM和DSP的協調工作，可周期性啟動儀器進入工作狀態，并將處理后的觀測數據傳送給銥星通訊模塊和天線，并根據用戶需要調整數據回傳周期。完成搭載海洋儀器的數據接收、數據處理、數據存儲、時序管理、數據傳輸。供電單元主要由：電源輸出端口、密封艙蓋、密封圈、儀器艙、內部電池組、內部填充物質、連接纜、過電保護芯片構成。密封艙蓋和儀器艙之間三級水密及密封艙蓋底部的過電保護芯片設計，可根據不同傳感器用電需求實現輸出特定電壓和電流。供電單元的硬件設備升級兼容性功能和連接纜標準接口結構的設計，為整套系本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，其特征在于：包括主體支撐單元(5)、儀器艙(1)、浮體(2)、供電單元(3)和換能器(4)，所述儀器艙(1)、供電單元(3)和換能器(4)均設置于所述主體支撐單元(5)中，并且在所述儀器艙(1)上分別設有換能器連接端和供電單元連接端，所述主體支撐單元(5)包括上框架和下框架，其中所述上框架呈多面體形狀，并且在所述上框架的每個側面均安裝有浮體(2)，在所述下框架內設有換能器(4)。

【技術特征摘要】
1.一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，其特征在于：包括主體支撐單元(5)、儀器艙(1)、浮體(2)、供電單元(3)和換能器(4)，所述儀器艙(1)、供電單元(3)和換能器(4)均設置于所述主體支撐單元(5)中，并且在所述儀器艙(1)上分別設有換能器連接端和供電單元連接端，所述主體支撐單元(5)包括上框架和下框架，其中所述上框架呈多面體形狀，并且在所述上框架的每個側面均安裝有浮體(2)，在所述下框架內設有換能器(4)。2.根據權利要求1所述的一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，其特征在于：所述儀器艙(1)設置于所述上框架中，且所述儀器艙(1)設有天線的一端伸出至所述上框架外；換能器連接端和供電單元連接端分別與換能器(4)、供電單元連接。3.根據權利要求1所述的一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，其特征在于：所述主體支撐單元(5)在所述上框架和下框架之間設有中框架，所述供電單元(3)設置于所述中框架內。4.根據權利要求1所述的一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，其特征在于：所述下框架上側設有流體擋板(6)，所述下框架內的換能器(4)安裝在所述流體擋板(6)上。5.根據權利要求4所述的一種深海潛標無線實時化水面浮標系統，其特征在于所述流體擋板(6)上設有若干用于固定換能器的孔，還設有多個用于水通過的孔；所述用于固定換能器的孔以流體擋板(6)的中心為中心對稱...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪嘉寧，張祥光，王凡，
申請(專利權)人：中國科學院海洋研究所，
類型：新型
國別省市：山東,37