CN102167136B

CN102167136B - 一种海洋升降潜标系统

Info

Publication number: CN102167136B
Application number: CN 201010591392
Authority: CN
Inventors: 张云海; 彭希安; 李世智; 黄高扬; 刘晓东; 闵强利; 刘来连
Original assignee: 710th Research Institute of CSIC
Current assignee: 710th Research Institute of CSIC
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: CN102167136A

Abstract

本发明公开了一种海洋升降潜标系统，在该系统中，浮标通过通信系留缆连接水下绞车；浮标与水下绞车之间的通信系留缆上靠近浮标的部分等间距设置多个剖面测量仪器；水下绞车固定在主浮体上；目标探测系统和ADCP均设置在主浮体上；锚泊系留机构包括采用锚链串接的玻璃浮球、应答释放器和压载锚。控制中心控制浮标系统定时浮出海面和潜入海中；目标探测系统探测活动目标，当判定有活动目标进入预设范围时，控制中心控制浮标系统潜入海中。浮标在浮出海面时，将所接收的各种数据传输给地面岸站。使用本发明既可以实现海洋观测数据的实时传输，又避免了风浪和其他因素对浮标寿命的影响。

Description

一种海洋升降潜标系统

技术领域

本发明涉及海洋环境监测技术领域，特别涉及一种海洋升降潜标系统。

背景技术

潜标系统是海洋信息监测收集的主要系统之一，作为观测海洋环境要素变化规律的一种有效手段，潜标在海洋科学研究、水下工程前期调查、海洋军事等方面得到了广泛的应用。

现有的潜标系统采用浮标实现，浮标长期漂浮在海面上，可能与活动目标的相撞，从而影响潜标系统寿命，风浪和人为因素也会对浮标寿命产生影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种海洋升降潜标系统，既可以实现海洋观测数据的实时传输，又避免了风浪和其他因素对浮标寿命的影响，延长了潜标系统的寿命。

该海洋升降潜标系统由浮标系统、主浮体机构和锚泊系留机构组成；

浮标系统包括浮标、北斗卫星终端、多个剖面测量仪器和通信系留缆；浮标通过通信系留缆连接水下绞车和主浮体机构内部的控制中心；浮标与水下绞车之间的通信系留缆上靠近浮标的部分等间距设置多个剖面测量仪器；剖面测量仪器通过通信系留缆内部的感应耦合芯线与浮标耦接；浮标内部安装北斗卫星终端；

主浮体机构包括主浮体、水下绞车、目标探测系统和声学多普勒流速剖面仪(ADCP，Acoustic Doppler Current Profilers)；主浮体的外形为低阻力带翼细长流线型，并以水平系留方式系留于海洋中；水下绞车固定在主浮体上部；目标探测系统和ADCP均设置在主浮体外表面；

锚泊系留机构包括采用锚链(15)串接的玻璃浮球、应答释放器和压载锚；锚泊系留机构连接于主浮体底部；

目标探测系统，用于探测活动目标，当判定有活动目标进入预设范围时，向所述控制中心发送目标靠近通知；ADCP，用于采集洋流的流向和流速，并发送给所述控制中心；剖面测量仪器，用于采集所处海洋深度的海洋监测数据，并通过感应耦合芯线传输至浮标；

所述控制中心，用于控制水下绞车收缆和放缆，以控制所述浮标系统定时浮出海面和潜入海中；当接收到来自目标探测系统的目标靠近通知时，根据浮标系统的当前状态确定是否升降操作，即若浮标系统已经浮出海面，则控制水下绞车收回通信系留缆，若浮标系统未浮出海面，则不执行操作；将来自ADCP的流向和流速信息通过通信系留缆实时上传给浮标；

浮标，用于在浮出海面时，将所接收的海洋监测数据、流向和流速信息通过北斗卫星终端传输给地面岸站。

较佳地，所述浮标系统进一步包括温度深度盐度测量仪(CTD)，用于采集温度、深度和盐度信息并存储。

有益效果：

1、本发明的海洋升降潜标系统在主浮体上安装水下绞车系统，实现水面通讯浮标的定期升降。安装在主浮体上安装目标探测系统，能够探测舰艇等活动目标，当检测到有活动目标时，能够控制水下绞车收回浮标，从而躲避了与活动目标的碰撞，从而大大延长了潜标系统寿命。

2、本发明在浮标系统和主浮体之间的通信系留缆上等间距设置多个剖面测量仪器，从而可以进行深度海流、盐、温等海洋环境参数的剖面测量。在浮标系统定期上浮下潜过程中，能够获得连续剖面内的数据。

3、本发明不仅可以避免浮标与活动目标相撞，如果活动目标的特征信息由浮标传输给岸站，使得本系统具有特征数据的实时传输能力，从而实现则在地面对活动目标的监视。

4、此外，可以在控制中心中设置大容量存储器，使得本发明系统还具有原始测量数据的存储。

附图说明

图1为本发明海洋升降潜标系统的结构示意图。

1-北斗卫星终端，2-CTD，3～6-剖面测量仪器，7-通信系留缆，8-水下绞车，9-目标探测系统，10-ADCP，11-主浮体，12-玻璃浮球，13-应答释放器，14-压载锚，15-锚链，16-报警浮标。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

假设本实施例的需要满足以下设计要求：

1)布放水域深度：300m；主浮体布深270m；

2)主浮体耐压：400m；

3)通信浮标耐压：450m；

4)水下绞车可以在控制系统作用下自主升降；

5)剖面测量仪器所占系留缆长度，即温盐链长度200m，从主浮体向上等间距测量5点温盐深参数值；

6)每天或定期发送海洋动力参数测量数据，通信周期1h～24h可设定；

7)具有大于365天的测量原始数据的存储能力；

8)水面舰船探测距离2km、潜艇探测距离大于1km，水下目标运动速度≥3m/s，排水量不小于1000t。

基于上述要求，如图1所示，本发明实施例提供的潜标系统由浮标系统、主浮体机构和锚泊系留机构组成。其中，浮标系统包括浮标、北斗卫星终端1、多个剖面测量仪器和通信系留缆7；主浮体机构包括主浮体11、水下绞车8、目标探测系统9和ADCP 10；锚泊系留机构包括采用锚链15串接的玻璃浮球12、应答释放器13和压载锚14；锚泊系留机构连接于主浮体11底部，通过设计锚链15长度使得主浮体机构系留于设定深度。具体来说：

浮标通过通信系留缆7连接水下绞车8和主浮体机构内部的控制中心；浮标与水下绞车8之间的通信系留缆7上靠近浮标的部分，等间距设置4个剖面测量仪器3、4、5、6；通信系留缆7内安装感应耦合芯线，剖面测量仪器通过该感应耦合芯线与浮标耦接。浮标内部安装北斗卫星终端1，形成可独立工作、无人值守、电池供电的水面漂浮系统。较佳地，在浮标外部安装CTD(2)，其与距其最近的剖面测量仪器之间的距离等于相邻两剖面测量仪器间距，CTD(2)与剖面测量仪器功能形似，都可以采集温度、深度和盐度信息，因此CTD(2)与4个剖面测量仪器能够实现等间距测量5点海洋数据。CTD(2)还可以存储采集的信息。

主浮体11的外形为低阻力带翼细长流线型，并以水平系留方式滞留在海中，保证其在3kn流场的姿态稳定，姿态角变化范围不大于±3°，系统偏降小于50米。根据前述性能要求，主浮体11布深：270m；耐压：400m。水下绞车8通过螺钉固定在主浮体11上部，其在主浮体11内部的控制中心的控制下实现收放缆。目标探测系统9和ADCP 10均安装在主浮体11外表面，并与控制中心通信。为了达到前述指标，本实施例设计目标探测系统9探测方圆2Km范围内的、速度在3m/s以上、排水量在1000t以上的活动目标，当判定有所述活动目标进入预设范围时，向控制中心发送目标靠近通知。

应答释放器13在接收到来自海面的控制信号时断开，从而令主浮体11上浮。

该海洋升降潜标系统的工作方式如下：

目标探测系统9探测设计指标要求类型的活动目标，当判定有满足要求的活动目标进入预设范围时，向控制中心发送目标靠近通知；同时，ADCP 10采集洋流的流向和流速，并发送给所述控制中心。

控制中心通过控制水下绞车8收缆和放缆，以实现浮标的定时上浮和下潜，定时周期可以设计为1小时～24小时。当控制中心接收到来自目标探测系统9的目标靠近通知时，根据浮标系统的当前状态确定是否升降操作，即若浮标系统已经浮出海面，则控制水下绞车8收回通信系留缆7，若浮标系统未浮出海面，则不执行操作。

控制中心将来自ADCP 10的流向和流速信息通过通信系留缆7实时上传给浮标，每个剖面测量仪器也采集所处海洋深度的海洋监测数据，并通过感应耦合芯线传输至浮标。

浮标定期以及有活动目标靠近时浮出海面，在浮出海面时，将所接收的各种数据通过北斗卫星终端1传输给地面岸站。

为了使得本系统具有原始测量数据的存储能力，控制中心进一步存储所接收数据，包括ADCP 10的流向和流速信息、目标探测系统9采集的活动目标特征数据。依据设计指标存储能力设计为能够存储至少365天的监测数据。

在实际中，海底植物可能将锚泊系留机构的锚链15破坏，令主浮体上浮水面，从而失去监控和浮漂升降控制作用，此时需要通知岸站，因此本发明在主浮体11外表面安装报警浮标16，其包括深度测量传感器和第二北斗卫星终端。深度测量传感器采集所处海洋的深度信息，当采集的深度信息显示主浮体11上浮到一定深度或者浮出海面时，第二北斗卫星终端向地面岸站发送报警信息，从而通知地面控制台进行相应处理。

本发明的应用在于海洋剖面参数的无缝测量，并能通过卫星通信浮标将测量数据实时传输回岸站；能探测舰船、潜艇等目标，在海洋军事方面有极大的应用。本发明的海洋升降潜标系统在台湾海峡80m深水域试验工作5天，数据传输率100％，水下绞车系统工作稳定，目标探测系统工作正常，各项指标均达到要求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种海洋升降潜标系统，其特征在于，该系统由浮标系统、主浮体机构和锚泊系留机构组成；

浮标系统包括浮标、北斗卫星终端（1）、温度深度盐度测量仪CTD（2）、多个剖面测量仪器和通信系留缆（7）；浮标通过通信系留缆（7）连接水下绞车（8）和主浮体机构内部的控制中心；浮标与水下绞车（8）之间的通信系留缆（7）上靠近浮标的部分等间距设置多个剖面测量仪器；剖面测量仪器通过通信系留缆（7）内的感应耦合芯线与浮标耦接；浮标内部安装北斗卫星终端（1）；所述温度深度盐度测量仪CTD（2）安装在浮标外表面且位于海面之下的，用于采集所处海洋深度的温度、深度和盐度信息并存储，所述CTD（2）与距其最近的剖面测量仪器之间的距离等于相邻两剖面测量仪器间距；

主浮体机构包括主浮体（11）、水下绞车（8）、目标探测系统（9）和声学多普勒流速剖面仪ADCP（10）；主浮体（11）的外形为低阻力带翼细长流线型，并以水平系留方式系留于海洋中；水下绞车（8）固定在主浮体（11）上部；目标探测系统（9）和ADCP（10）均设置在主浮体（11）外表面；

锚泊系留机构包括采用锚链（15）串接的玻璃浮球（12）、应答释放器（13）和压载锚（14）；锚泊系留机构连接于主浮体（11）底部；

目标探测系统（9），用于探测活动目标，当判定有活动目标进入预设范围时，向所述控制中心发送目标靠近通知；ADCP（10），用于采集洋流的流向和流速，并发送给所述控制中心；剖面测量仪器，用于采集所处海洋深度的海洋监测数据，并通过感应耦合芯线传输至浮标；

所述控制中心，用于控制水下绞车（8）收缆和放缆，以控制所述浮标系统定时浮出海面和潜入海中；当接收到来自目标探测系统（9）的目标靠近通知时，根据浮标系统的当前状态确定是否升降操作，即若浮标系统已经浮出海面，则控制水下绞车（8）收回通信系留缆（7），若浮标系统未浮出海面，则不执行操作；将来自ADCP（10）的流向和流速信息通过通信系留缆（7）实时上传给浮标；

浮标，用于在浮出海面时，将所接收的海洋监测数据、流向和流速信息通过北斗卫星终端（1）传输给地面岸站。

2.如权利要求1所述的海洋升降潜标系统，其特征在于，所述主浮体机构进一步包括安装在主浮体（11）外表面的报警浮标（16），该报警浮标（16）包括深度测量传感器和第二北斗卫星终端；所述深度测量传感器采集所处海洋的深度信息，当所述深度信息显示主浮体（11）浮出海面时，所述第二北斗卫星终端向地面岸站发送报警信息。

3.如权利要求1所述的海洋升降潜标系统，其特征在于，所述目标探测系统（9）探测方圆2Km范围内的、速度在3m/s以上、排水量在1000t以上的活动目标。

4.如权利要求1所述的海洋升降潜标系统，其特征在于，所述控制中心进一步用于存储目标探测系统（9）采集的活动目标的特征信息以及ADCP（10）采集的流向和流速信息。