CN104890816B - 定时卫星通讯潜标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定时卫星通讯潜标，包括竖向布置的包塑钢缆，在包塑钢缆上设置有第一感应耦合温盐链、第二感应耦合温盐链、主浮体、以及深海海流与温盐测量单元，主浮体上安装有声学多普勒流速剖面仪、卫星通信浮标、定时释放装置和数据与控制电子仓；所述潜标测量仪器分别通过电缆和数据与控制电子仓连接。本发明在潜标的主浮体上安装1个或多个卫星通讯浮标，潜标仪器的观测资料在水下通过有缆或者无缆的方式实时的传输给卫星通讯浮标，当到达设定的时间，卫星通讯浮标自动上浮到水面，将存储的数据通过卫星发回给岸站，这样既可保证能及时获取海洋观测资料，又可了解潜标的工作状态，对潜标的可靠性、稳定性等有巨大的帮助。

Description

定时卫星通讯潜标

技术领域

本发明涉及一种海洋观测用潜标，具体地说是涉及一种定时卫星通讯潜标。

背景技术

海洋潜标可实现潜标布放点处海洋环境参数的长期连续测量，是少数可以进行海洋环境参数定点连续观测的重要设备之一。现有的普通海洋观测潜标大多将观测数据存储在观测仪器中，待潜标回收后才能获取数据，在回收潜标前对潜标水下工作状态及数据质量完全不可知；少数海洋观测潜标配有实时卫星通讯浮标，可将潜标水下工作状态及观测数据通过卫星通讯浮标传递到岸站，但这一类潜标必须连接一个长期浮在水面的实时卫星通讯浮标，极易被过往船舶破坏并导致潜标水下观测单元受到影响，存在很大弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定时卫星通讯潜标，可避免实时卫星通讯潜标易被破坏的弊端，并使潜标水下工作状态及观测数据可以潜标在位工作时定时传递到岸站。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种定时卫星通讯潜标，包括竖向布置的包塑钢缆，在包塑钢缆上设置有第一感应耦合温盐链、第二感应耦合温盐链与主浮体，所述第一感应耦合温盐链与第二感应耦合温盐链均包括具有感应耦合功能的温度仪、温深仪和温盐深仪，主浮体位于第一感应耦合温盐链和第二感应耦合温盐链之间，主浮体包括主框架，在主框架的外侧设置玻璃微珠浮力材料层，在主框架上安装有声学多普勒流速剖面仪、卫星通信浮标、定时释放装置和数据与控制电子仓；所述第一感应耦合温盐链与第二感应耦合温盐链上的温度仪、温深仪和温盐深仪以及主浮体上的声学多普勒流速剖面仪分别通过电缆和数据与控制电子仓连接，数据与控制电子仓分别和卫星通信浮标、定时释放装置连接，卫星通信浮标设置在定时释放装置上；在包塑钢缆的顶端设置有第一子浮体，在包塑钢缆的底端设置有锚泊系留与释放单元。

进一步的，所述主浮体位于水下500米处，所述声学多普勒流速剖面仪共设置2台，分别为用于观测主浮体向上500米流场的第一声学多普勒流速剖面仪和用于观测主浮体向下500米流场的第二声学多普勒流速剖面仪。

进一步的，所述主浮体的外形呈圆饼形，所述卫星通信浮标共设置4个，且沿主浮体的重心对称分布。

进一步的，所述定时释放装置包括密封腔，在密封腔内设置有电磁铁，所述电磁铁连接水密插头，密封腔内充注密封油，在电磁铁中心设置有可在电磁铁通电下向上顶起的铁芯，所述铁芯的顶端连接一销子，在销子的上方设置一顶起柱，铁芯在向上顶起的过程中通过销子将顶起柱顶起，在顶起柱的上部设置有卡钳，所述卡钳的钳口夹住卫星通信浮标，顶起柱向上顶起时可带动卡钳的钳口打开，使卫星通信浮标与定时释放装置相分离。

进一步的，所述卡钳包括第一卡持部与第二卡持部，所述第一卡持部与第二卡持部的中部分别通过一转轴固定，第一卡持部与第二卡持部的下端部均与顶起柱相连接，第一卡持部与第二卡持部的上端部设置有相向的卡头，所述卫星通信浮标上设置有与卡头相配合的卡槽，在第一卡持部与第二卡持部之间设置有拉紧弹簧。

进一步的，所述卫星通信浮标包括浮体，在浮体的底部设置有耐压仓，耐压仓内包含控制电路、存储电路、卫星通信模块和电池组，存储电路和数据与控制电子仓连接，在浮体的顶部设置有卫星天线。

进一步的，所述浮体的直径大于耐压仓的直径。

进一步的，所述锚泊系留与释放单元包括双并联声学释放器、锚链和重力锚。

本发明的有益技术效果是：

本发明在潜标的主浮体上安装1个或多个卫星通讯浮标，潜标仪器的观测资料在水下通过有缆或者无缆的方式实时的传输给卫星通讯浮标，当到达设定的时间，卫星通讯浮标自动上浮到水面，将存储的数据通过卫星发回给岸站，这样既可保证能及时获取海洋观测资料，又可了解潜标的工作状态，对潜标的可靠性、稳定性等有巨大的帮助。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明定时卫星通讯潜标的整体结构示意图；

图2为潜标主浮体的结构示意图；

图3为卫星通信浮标与定时释放装置的外部连接结构示意图；

图4为定时释放装置的结构原理示意图；

图5为卫星通讯浮标电子系统的结构示意图。

图中：1-包塑钢缆，2-第一感应耦合温盐链，3-第二感应耦合温盐链，4-主浮体，401-主框架，402-玻璃微珠浮力材料层，5-多普勒流速剖面仪，6-卫星通信浮标，601-浮体，602-耐压仓，603-卫星天线，7-定时释放装置，701-密封腔，702-电磁铁，703-水密插头，704-铁芯，705-销子，706-顶起柱，707-卡钳，7071-第一卡持部，7072-第二卡持部，7073-转轴，7074-卡头，7075-拉紧弹簧，7076-顶升弹簧，8-高精度温盐深仪，9-单点式海流计，10-第一子浮体，11-第二子浮体，12-双并联声学释放器，13-锚链，14-重力锚。

具体实施方式

结合附图，一种定时卫星通讯潜标，包括竖向布置的包塑钢缆1，在包塑钢缆1上设置有第一感应耦合温盐链2、第二感应耦合温盐链3、主浮体4、以及深海海流与温盐测量单元。所述第一感应耦合温盐链2与第二感应耦合温盐链3均集成具有感应耦合功能的温度仪、温深仪和温盐深仪，测温层厚10m-20m,用于观测表层至水下1000m剖面的温盐变化。主浮体4位于第一感应耦合温盐链2和第二感应耦合温盐链3之间。主浮体4包括主框架401，主框架401由316不锈钢制成，在主框架401的外侧设置有玻璃微珠浮力材料层402，用以提供系统静浮力。在主框架401上安装有75kHz声学多普勒流速剖面仪5、卫星通信浮标6、定时释放装置7和数据与控制电子仓。主浮体4位于水下约500m处，声学多普勒流速剖面仪5共设置2台，分别为用于观测主浮体向上500m流场的第一声学多普勒流速剖面仪和用于观测主浮体向下500m流场的第二声学多普勒流速剖面仪，以实现表层至1000m的测流，测流层厚8m-16m。卫星通信浮标6共设置4个，且沿主浮体4的重心对称分布。所述深海海流与温盐测量单元包括高精度温盐深仪8和单点式海流计9，深海海流与温盐测量单元分层布置在深海处，以实现深海温度、盐度及流速的测量。所述第一感应耦合温盐链2与第二感应耦合温盐链3上的温度仪、温深仪和温盐深仪、主浮体4上的声学多普勒流速剖面仪5、以及深海海流与温盐测量单元所包括的高精度温盐深仪8和单点式海流计9等测量仪器分别通过电缆和主浮体4内的数据与控制电子仓连接，将测量数据传输到数据与控制电子仓内存储。数据与控制电子仓分别和卫星通信浮标6、定时释放装置7连接，卫星通信浮标6设置在定时释放装置7上。数据与控制电子舱内的主控电路按照系统设定的时间，将ADCP等测量仪器的观测数据转存到卫星通信浮标6内，并控制定时释放装置7释放卫星通信浮标6。在该卫星通信浮标6浮到水面后，通过卫星与岸站系统通信，并将观测数据和GPS信息传送回岸站系统。

在包塑钢缆1的顶端设置有第一子浮体10，在包塑钢缆1的中部设置有第二子浮体11，第一子浮体10与第二子浮体11可根据需要为潜标系统提供静浮力。在包塑钢缆1的底端设置有锚泊系留与释放单元，所述锚泊系留与释放单元包括双并联声学释放器12、锚链13和重力锚14，重力锚14位于潜标的最底端为潜标提供系留重力，其上是锚链13，再上是采用双并联连接的双并联声学释放器12，以确保潜标的可靠回收。

上述包塑钢缆1在对应第二子浮体11至重力锚14的区段也可采用普通缆绳进行替换。上述深海海流与温盐测量单元所包含的高精度温盐深仪和单点式海流计也可采用自容式，此种情况下潜标仅需将海洋表层至水下1000m剖面的观测数据定时传送至岸站。

作为对本发明的进一步设计，如图2所示，所述主浮体4的外形呈圆饼形，以使主浮体在各个方向上迎流面积相同，背流部分的外形也相同，这样既能减少迎流的水阻，也能减少背流的湍流，同时通过对圆饼型主浮体的位置调节，使主浮体的浮心位于重心之上，使主浮体稳定。

更进一步的，如图3所示，卫星通信浮标6包括浮体601，在浮体601的底部设置有耐压仓602，耐压仓602内包含控制电路、存储电路、卫星通信模块和电池组等，存储电路和数据与控制电子仓连接。在浮体601的顶部设置有卫星天线603。所述浮体601的直径大于耐压仓602的直径。本发明通过上述设置可确保卫星通信浮标6在水面内的竖直姿态及其稳定性。另外，卫星通信浮标6内还可包括自毁装置，当数据传输结束后，自毁装置启动，耐压仓漏水，卫星通信浮标沉入大海，进行自毁。

进一步的，如图4所示，所述定时释放装置7包括密封腔701，在密封腔701内设置有电磁铁702，所述电磁铁702连接水密插头703。密封腔701内充注密封油，在电磁铁702中心设置有可在电磁铁702通电下向上顶起的铁芯704，所述铁芯704的顶端连接一销子705，在销子705的上方设置一顶起柱706。铁芯704在向上顶起的过程中通过销子705将顶起柱706顶起，在顶起柱706的上部设置有卡钳707，所述卡钳707的钳口夹住卫星通信浮标6，顶起柱706向上顶起时可带动卡钳707的钳口打开，使卫星通信浮标6与定时释放装置7相分离。

更进一步的，所述卡钳707包括第一卡持部7071与第二卡持部7072，所述第一卡持部7071与第二卡持部7072的中部分别通过一转轴7073固定。第一卡持部7071与第二卡持部7072的下端部均与顶起柱706相连接，第一卡持部7071与第二卡持部7072的上端部设置有相向的卡头7074，所述卫星通信浮标上设置有与卡头相配合的卡槽，在第一卡持部与第二卡持部之间设置有拉紧弹簧7075。在卫星通信浮标6与定时释放装置7之间还设置有顶升弹簧7076，以当卡钳钳口打开后将卫星通信浮标6快速向上顶起。

下面对卫星通讯浮标电子系统的结构设计进行简要说明。如图5所示，卫星通信浮标电子系统主要包括卫星通信子系统、GPS接收子系统、压力传感器、数据存储器、直流电源子系统、自毁子系统等。卫星通信子系统由卫星模块及卫星天线组成；GPS接收子系统通过卫星发回的数据应含有GPS信息，一方面可以知道子附体在水面的漂浮轨迹，另一方面通过刚出水面后的GPS信息也可获知主浮体的具体位置，进而得知潜标坐标是否正常。压力传感器用于判断卫星通信浮标是否已释放，及是否到达水面的依据是压力传感器的数据，卫星通信浮标控制单元不断的读取压力传感器的数据，通过一定的压力传感器数据比对进而得出正确的判断。数据存储器用于将主浮体通过串口传给卫星通信浮标的数据可靠存储到卫星通信浮标中，因整个系统在水中及水面以下可能受到瞬间的剧烈晃动，需要采用非易失性的Flash或者EEPROM来存储海量数据。因卫星通信浮标在水中的工作时间在3个月至2年，为使得在卫星通信浮标的消耗电量最小，除了采用超低功耗芯片及电路板优化外，对不必要的外设需要对其电源关闭，在需要时将其打开。比如卫星模块及GPS模块都是对电量要求较大的外设，在水中完全没必要工作，那么电源控制模块即可将其关闭，当系统释放后，浮体到达水面需要进行数据传输时，主控单元再将其电源打开工作。出于保密及安全的需要，在系统将所有数据无误的传输给数据中心后，可以启动自毁装置将卫星通信浮标的关键部分进行摧毁，此部分装置可采用爆破方式或者开孔沉底进行自毁。

主浮体电子系统主要包括数据处理模块、定时抛载模块和通信控制模块等。主浮体的作用是将ADCP测得的海流数据存储到内部数据存储器中，在定时器设定的时间到达时，将指定的数据打包传给指定的子系统，然后将该子系统释放，进而通过释放的子系统将数据传到数据中心。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种定时卫星通讯潜标，其特征在于：包括竖向布置的包塑钢缆，在包塑钢缆上设置有第一感应耦合温盐链、第二感应耦合温盐链与主浮体，所述第一感应耦合温盐链与第二感应耦合温盐链均包括具有感应耦合功能的温度仪、温深仪和温盐深仪，主浮体位于第一感应耦合温盐链和第二感应耦合温盐链之间，主浮体包括主框架，在主框架的外侧设置玻璃微珠浮力材料层，在主框架上安装有声学多普勒流速剖面仪、卫星通信浮标、定时释放装置和数据与控制电子仓；所述第一感应耦合温盐链与第二感应耦合温盐链上的温度仪、温深仪和温盐深仪以及主浮体上的声学多普勒流速剖面仪分别通过电缆和数据与控制电子仓连接，数据与控制电子仓分别和卫星通信浮标、定时释放装置连接，卫星通信浮标设置在定时释放装置上；在包塑钢缆的顶端设置有第一子浮体，在包塑钢缆的底端设置有锚泊系留与释放单元；所述主浮体位于水下500米处，所述声学多普勒流速剖面仪共设置2台，分别为用于观测主浮体向上500米流场的第一声学多普勒流速剖面仪和用于观测主浮体向下500米流场的第二声学多普勒流速剖面仪；所述主浮体的外形呈圆饼形，所述卫星通信浮标共设置4个，且沿主浮体的重心对称分布。

2.根据权利要求1所述的一种定时卫星通讯潜标，其特征在于：所述定时释放装置包括密封腔，在密封腔内设置有电磁铁，所述电磁铁连接水密插头，密封腔内充注密封油，在电磁铁中心设置有可在电磁铁通电下向上顶起的铁芯，所述铁芯的顶端连接一销子，在销子的上方设置一顶起柱，铁芯在向上顶起的过程中通过销子将顶起柱顶起，在顶起柱的上部设置有卡钳，所述卡钳的钳口夹住卫星通信浮标，顶起柱向上顶起时可带动卡钳的钳口打开，使卫星通信浮标与定时释放装置相分离。

3.根据权利要求2所述的一种定时卫星通讯潜标，其特征在于：所述卡钳包括第一卡持部与第二卡持部，所述第一卡持部与第二卡持部的中部分别通过一转轴固定，第一卡持部与第二卡持部的下端部均与顶起柱相连接，第一卡持部与第二卡持部的上端部设置有相向的卡头，所述卫星通信浮标上设置有与卡头相配合的卡槽，在第一卡持部与第二卡持部之间设置有拉紧弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种定时卫星通讯潜标，其特征在于：所述卫星通信浮标包括浮体，在浮体的底部设置有耐压仓，耐压仓内包含控制电路、存储电路、卫星通信模块和电池组，存储电路和数据与控制电子仓连接，在浮体的顶部设置有卫星天线。

5.根据权利要求4所述的一种定时卫星通讯潜标，其特征在于：所述浮体的直径大于耐压仓的直径。

6.根据权利要求1所述的一种定时卫星通讯潜标，其特征在于：所述锚泊系留与释放单元包括双并联声学释放器、锚链和重力锚。