CN110422281B - 海洋物联网智能浮标、水面或水下目标探测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了海洋物联网智能浮标、水面或水下目标探测系统及其方法，属于海洋测量技术领域，海洋物联网智能浮标包括水面浮标、水下传感器单元，水下传感器单元包括承压舱、万向支架、密封真空恒温传感器舱、三分量重力传感器、三分量磁场传感器、三分量姿态传感器、阵列式高灵敏度水听器、传感器信号放大和数据采集模块、传感器数据存储和数据传输模块，连接水面浮标和水下传感器单元的铠装通讯电缆上设有配重环、浮力材料环和波浪起伏减震装置；水面或水下目标探测系统包括海洋物联网智能浮标、低轨道通讯卫星、岸基物联网监控中心，可以探测或实时监测进入其探测范围内的水面或水下移动或在水中悬停或在海底静默的目标，准确性高。

Description

海洋物联网智能浮标、水面或水下目标探测系统及其方法

技术领域

本发明属于海洋测量技术领域，涉及水面或水下环境和移动或静止目标探测和监测技术，特别涉及海洋物联网智能浮标、水面或水下目标探测系统及其方法。

背景技术

海洋浮标是以锚定在海上的观测浮标为主体组成的海洋水文水质气象自动观测站。它能按规定要求长期、连续地为海洋科学研究、海上石油(气)开发、港口建设和国防建设收集所需海洋水文水质气象资料，特别是能收集到调查船难以收集的恶劣天气及海况的资料。沿海和海岛观测站观测到的数据只能反映近海和临岛海域的情况，对远洋航行起不了作用。而建立海洋浮标就可解决这个问题。海洋浮标是一个无人的自动海洋观测站，它由被固定在指定的海域，随波起伏，如同航道两旁的航标，能在任何恶劣的环境下进行长期、连续、全天候的工作，每日定时测量并且发报出多种水文水质气象要素。

一般来说，海洋监测浮标主要结构有浮体、桅杆、锚系和配重组成，功能模块主要由供电、通讯控制、传感器等构成。水上桅杆部分主要用来搭载太阳能板、气象类传感器等；水下部分搭载水文水质传感器，分别测量水文(波浪、还留、温盐深等参数)和水质(叶绿素、藻类、cod、以及各类溶解在海水里的相关物质浓度)等要素。各传感器产生的信号，通过仪器自动处理，由发射机定时发出，地面接收站将收到的信号进行处理，就得到了人们所需的资料。有的浮标建立在离陆地很远的地方，便将信号发往卫星，再由卫星将信号传送到地面接收站。

基于微型智能浮标的海洋物联网是海洋观测、探测、深海开发的关键平台。通过部署成千上万个小型、低成本的微型浮标，形成分布式传感器网络，从而在大洋广域实现持久的海上态势感知。但是，使用现有平台持续监控大片海域，存在的问题一是成本过高；二是准确性较低。

在海洋中(海面和水下，不包含海底)测量三分量磁场和三分量重力场时，需要有一个稳定平台来消除起伏的海浪对水面或水下的磁场传感器和重力场传感器的影响，否则起伏的海浪造成搭载磁场和重力场传感器的船舶或浮标的不规则移动产生的噪声会比水面或水下移动或静止的目标的异常信号大很多倍，完全探测不到需要探测和监测的水面或水下目标。

目前的海洋浮标或微型智能浮标上面均没有能够大幅度消除不规则移动的功能或装置，使得在海洋浮标或微型智能浮标下面连接高精度三分量磁场和三分量重力场传感器几乎不可能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供海洋物联网智能浮标、水面或水下目标探测系统及其方法，可以探测或实时监测进入其探测范围内的水面或水下移动或在水中悬停或在海底静默的目标，解决目前单一的水声、超声、激光、海底大地电磁等水下目标探测系统和方法无法准确可靠的探测或监测水面或水下移动或静态目标的难题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

首先，本发明提供一种海洋物联网智能浮标，包括水面浮标、水下传感器单元、连接水面浮标和水下传感器单元的铠装通讯电缆，所述铠装通讯电缆上设有配重环、浮力材料环和波浪起伏减震装置，所述波浪起伏减震装置包括两组，一组安装于水面浮标与配重环之间，另一组安装于浮力材料环与水下传感器单元之间。

进一步的，所述波浪起伏减震装置包括螺旋形绕制的铠装通讯电缆、上减震锥和下减震锥，所述上减震锥和下减震锥分别安装于所述螺旋形绕制的铠装通讯电缆的两端，并且上减震锥的锥底朝上，下减震锥的锥底朝下。

进一步的，所述水面浮标包括密封玻璃浮球、安装在密封玻璃浮球顶部的GPS和/或北斗卫星天线与低轨道卫星数据通讯天线、安装在密封玻璃浮球内部的太阳能电池板和浮标内可充电电池、浮标内数据采集模块、浮标内数据存储模块、浮标内数据传输与通讯模块；

所述的浮标内数据传输与通讯模块包括GPS和/或北斗卫星数据接收单元，用于接收GPS和/或北斗卫星发送的定位和定时数据；

和卫星数据发射单元，用于将水面浮标收集的所有数据经过压缩处理后发送给经过其上空的低轨道通讯卫星。

进一步的，所述水下传感器单元包括承压舱、万向支架、密封真空恒温传感器舱、三分量重力传感器、三分量磁场传感器、三分量姿态传感器、阵列式高灵敏度水听器、传感器信号放大和数据采集模块、传感器数据存储和数据传输模块、承压舱可充电电池；所述万向支架安装于承压舱内侧壁上，所述三分量重力传感器、三分量磁场传感器、三分量姿态传感器安装于密封真空恒温传感器舱内，所述密封真空恒温传感器舱安装于万向支架内，始终保持垂直和方位不变。

进一步的，所述三分量姿态传感器安装在三分量磁场传感器和三分量重力传感器之间，用于测量并记录密封真空恒温传感器舱的倾角、方位角和倾向，以用于对记录的三分量磁场数据和三分量重力场数据进行旋转处理。

本发明还提供一种水面或水下目标探测系统，包括如前所述的海洋物联网智能浮标，还包括低轨道通讯卫星、岸基物联网监控中心；

所述的三分量重力传感器采集的三分量海洋重力场数据、三分量磁场传感器采集三分量海洋磁场数据、三分量姿态传感器采集的密封真空恒温传感器舱内的实时三分量姿态数据、阵列式高灵敏度水听器采集的水声数据，通过连接水面浮标的铠装通讯电缆实时上传到水面浮标；

安装在水面浮标顶端的低轨道卫星数据通讯天线将采集到的水面浮标的位置数据、三分量海洋重力场数据、三分量海洋磁场数据、高灵敏度水声数据和实时三分量姿态数据经过压缩处理后发射到水面浮标上方的低轨道通讯卫星；

岸基物联网监控中心从低轨道通讯卫星上实时同步下载海洋物联网智能浮标上传的经过压缩处理后的数据，并进行实时处理与解释。

进一步的，所述的三分量磁场传感器是基于三个独立的磁场传感器按正交坐标系方式安装组合而构成的；所述磁场传感器可以是感应线圈式磁场传感器、磁通门式磁场传感器、超导磁场传感器、光泵磁场传感器或者是冷原子磁场传感器中的任一种。

进一步的，所述的三分量重力传感器是基于三个MEMS重力传感器单元按正交坐标系方式安装组合而构成的。

进一步的，所述的阵列式高灵敏度水听器是压电晶体式水听器或光纤水听器。

本发明还提供一种水面或水下目标探测方法，利用如前所述的水面或水下目标探测系统进行，包括以下步骤：

(1)按照预先设计好的坐标和间距，把多个海洋物联网智能浮标投放到拟监测海域；

(2)启动水面或水下目标探测系统，建立海洋物联网智能浮标与低轨道通讯卫星、岸基物联网监控中心的通讯连接；

(3)海洋物联网智能浮标采集GPS或北斗卫星的定位定时数据、三分量海洋重力场数据、三分量海洋磁场数据、水声数据和实时三分量姿态数据；并对数据进行压缩处理，压缩后的数据利用安装在水面浮标顶端的低轨道卫星数据通讯天线上传到经过水面浮标上空的低轨道通讯卫星上；

(4)岸基物联网监控中心从低轨道通讯卫星上实时同步下载海洋物联网智能浮标上传的经过压缩处理后的数据；

(5)随后岸基物联网监控中心进行实时处理；

(6)最后根据实时处理结果进行综合解释，实时处理结果进行综合解释判明水面、水下或海底出现目标的性质、种类、状态和动态，将综合解释的结果展示在显示屏上，并对监测海域内探测到或监测到的水面、水下或海底出现移动或静态目标进行判明识别并酌情发布预警信息；

(7)海洋物联网智能浮标还可以通过卫星链路定期传输数据到云网络进行存储和实时分析。

进一步的，步骤(5)的处理过程为：先在海洋物联网智能浮标位置周围区域没有水面、水下或海底移动或静态目标时采集所有水下传感器的数据，把所有数据的幅值和相位信息作为背景场数据保存下来，海洋物联网智能浮标的水下传感器单元按照预先设定的采样间隔连续采集数据，将所有传感器新采集数据的幅值和相位信息与预先保存的背景场数据进行对比，当两者的差异低于预先设置的差异水平(噪音水平)时，说明此时海洋物联网智能浮标周围区域没有水面、水下或海底移动或静态目标出现。但当两者的差异大于预先设置的差异水平(噪音水平)时，说明此时海洋物联网智能浮标周围区域可能有水面、水下或海底移动或静态目标出现，需要立即进行跟踪、判定与识别；

与现有技术相比，本发明优点在于：

(1)本发明设计了微型智能浮标的减震装置，减小水上浮标的晃动对水下传感器单元的影响；并设计了水下传感器的安装装置，即设计了万向支架和密封真空恒温传感器舱，提供了水下传感器稳定的安装和测量平台，进一步减小海浪对传感器的影响，提高仪器监测数据的准确性。

(2)本发明通过水上浮标和水下传感器单元监测的数据，建立基于物联网的水面或水下目标探测系统，通过布设在监控海域的各个海洋物联网微型智能浮标采集上传的数据，分析处理，可以探测或实时监测进入其探测范围内的水面或水下移动或在水中悬停或在海底静默的目标，准确性高，解决目前单一的水声、超声、激光、海底大地电磁等水下目标探测系统和方法无法准确可靠的探测或监测水面或水下移动或静态目标的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的海洋物联网智能浮标结构示意图；

图2是本发明的水面浮标结构示意图；

图3是本发明的波浪起伏减振装置结构示意图；

图4是本发明的水面或水下目标探测系统框图。

附图标记说明：1、海面；2、水面浮标；3、GPS和/或北斗卫星天线与低轨道卫星数据通讯天线；4、太阳能电池板和浮标内可充电电池；5、铠装通讯电缆；6、配重环；7、浮力材料环；8、螺旋形绕制的铠装通讯电缆；9、上减震锥；10、下减震锥；11、承压舱；12、万向支架；13、密封真空恒温传感器舱；14、三分量重力传感器；15、三分量磁场传感器；16、三分量姿态传感器；17、阵列式高灵敏度水听器；18、传感器信号放大和数据采集模块；19、传感器数据存储和数据传输模块；20、承压舱可充电电池；21、浮标内数据采集模块；22、浮标内数据存储模块；23、浮标内数据传输与通讯模块。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例主要提供一种海洋物联网微型智能浮标。

如图1所示，海洋物联网智能浮标，包括水面浮标2、水下传感器单元、连接水面浮标2和水下传感器单元的铠装通讯电缆5，水面浮标2漂浮在海面1上，水下传感器单元位于海面1以下，水下传感器单元内安装有传感器，并能与水面浮标2数据传输通讯。铠装通讯电缆5上设有减震装置，后面会对减震装置的结构进一步的设计。

如图2所示，水面浮标2，包括密封玻璃浮球、安装在密封玻璃浮球顶部的GPS和/或北斗卫星天线与低轨道卫星数据通讯天线3、安装在密封玻璃浮球内部的太阳能电池板和浮标内可充电电池4、浮标内数据采集模块21、浮标内数据存储模块22、浮标内数据传输与通讯模块23。

其中，浮标内数据传输与通讯模块23包括GPS和/或北斗卫星数据接收单元、卫星数据发射单元。GPS和/或北斗卫星数据接收单元，用于接收GPS和/或北斗卫星发送的定位和定时数据；卫星数据发射单元，用于将水面浮标收集的所有数据经过压缩处理后发送给经过其上空的低轨道通讯卫星。

结合图1和图3所示，为了减小水下传感器单元在海洋作用下上下起伏，铠装通讯电缆5上不同的位置安装有配重环6、浮力材料环7。在海面波浪起伏时，随波浪上下起伏的水面浮标2不会引起水下传感器单元同步同频率同幅度的上下起伏，借助铠装通讯电缆5上的配重环6和浮力材料环7的上下移动，大大的减小铠装通讯电缆5末端悬挂的水下传感器单元的上下起伏。

虽然铠装通讯电缆5上的配重环6和浮力材料环7可以大幅度的减小水下传感器单元随波浪的上下起伏，仍然不能完全消除水下传感器单元的随波浪运动造成的上下起伏。因此，在铠装通讯电缆5上安装波浪起伏减震装置。波浪起伏减震装置包括两组，一组安装于水面浮标2与配重环6之间，另一组安装于浮力材料环7与水下传感器单元之间。

波浪起伏减震装置包括螺旋形绕制的铠装通讯电缆8、上减震锥9和下减震锥10，螺旋形绕制的铠装通讯电缆8可以轻易的拉伸或压缩，上减震锥9和下减震锥10分别安装于螺旋形绕制的铠装通讯电缆8的两端，并且上减震锥9的锥底朝上，下减震锥10的锥底朝下。

当水面上水面浮标2的密封玻璃浮球随波浪上下起伏时，会带动其下连接的铠装通讯电缆5上下起伏移动，此时安装在铠装通讯电缆5上的上减震锥9和下减震锥10会随着上方的铠装电缆上下起伏移动，但是上减震锥9的锥底朝上，下减震锥10的锥底朝下，他们都会抑制、阻尼或阻碍上减震锥9和下减震锥10朝上和朝下的起伏移动，同时波浪起伏减振装置里面螺旋形绕制的铠装通讯电缆8会随着上减震锥9和下减震锥10朝上和朝下的起伏移动而被拉伸和压缩，抵消波浪起伏时作用在铠装通讯电缆上的上下位移，以保证水下传感器单元基本上不产生随水面波浪起伏的上下移动。

如图1所示，水下传感器单元包括承压舱11、万向支架12、密封真空恒温传感器舱13、三分量重力传感器14、三分量磁场传感器15、三分量姿态传感器16、阵列式高灵敏度水听器17、传感器信号放大和数据采集模块18、传感器数据存储和数据传输模块19、承压舱可充电电池20。

水面浮标2下方的铠装通讯电缆5连接承压舱11，承压舱11的设计和耐压标准要求达到承压舱11放置的水深处压力的150％。万向支架12安装于承压舱11内侧壁上；三分量重力传感器14、三分量磁场传感器15、三分量姿态传感器16安装于密封真空恒温传感器舱13内，密封真空恒温传感器舱13安装于万向支架12内，万向支架12可以保证承压舱11在海浪和海流的影响下发生左右摇摆或旋转时，万向支架12里面安放的密封真空恒温传感器舱13会一直保持垂直和不变的方位。

三分量姿态传感器16安装在三分量磁场传感器15和三分量重力传感器14之间，用于测量并记录密封真空恒温传感器舱13的倾角、方位角和倾向，以用于对记录的三分量磁场数据和三分量重力场数据进行必要的旋转处理。

其中，安装在密封真空恒温传感器舱13上部的三分量重力传感器14是是基于三个MEMS重力传感器单元按正交坐标系方式安装组合而构成的。

安装在密封真空恒温传感器舱13底部的三分量磁场传感器15是基于三个独立的磁场传感器按正交坐标系方式安装组合而构成的。磁场传感器可以是感应线圈式磁场传感器、磁通门式磁场传感器、超导磁场传感器、光泵磁场传感器或者是冷原子磁场传感器中的任一种。

安装在密封真空恒温传感器舱13中部的三分量姿态传感器16是基于三个MEMS重力传感器单元按正交坐标系方式安装组合而构成的，是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计(即IMU)、三轴电子罗盘等辅助运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器输出校准过的角速度，加速度，磁方位数据等，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据。

安装在承压舱11底部的阵列式高灵敏度水听器17是压电晶体式水听器或光纤水听器。

关于供电装置，水面浮标2内和承压舱11内都安装有可充电高能电池，用于给水面的水面浮标2和水下的传感器单元供电，并可以通过水面浮标2上安装的高效太阳能电池板给所有的可充电高能电池进行充电，实现微型智能浮标系统的持续供电。

本发明的海洋物联网智能浮标各组成部分之间的通讯连接原理是：

承压舱11里面的三分量重力传感器14和三分量磁场传感器15采集的三分量海洋重力场数据与三分量海洋磁场数据，阵列式高灵敏度水听器17采集的水声数据，三分量姿态传感器16采集的实时三分量姿态数据，通过连接水面浮标2的铠装通讯电缆5实时上传到水面浮标2里，然后利用安装在水面浮标2顶端的低轨道卫星数据发射天线，将采集到的水面浮标2的位置数据(GPS数据或北斗卫星数据)、三分量海洋重力场数据、三分量海洋磁场数据、水声数据和密封真空恒温传感器舱13内三分量姿态传感器16采集的实时三分量姿态数据经过压缩处理后发射到经过水面浮标2上方的低轨道通讯卫星，岸上的数据接收端可以实时获取这些数据，并加以处理及使用。

实施例2

基于实施例1所述的海洋物联网智能浮标，本实施例提供一种海洋物联网智能浮标的应用，即水面或水下目标探测系统。

如图4所示，该水面或水下目标探测系统除了包括如实施例1所述的海洋物联网智能浮标，还包括低轨道通讯卫星、岸基物联网监控中心。

水下传感器单元上的三分量重力传感器采集的三分量海洋重力场数据、三分量磁场传感器采集三分量海洋磁场数据、三分量姿态传感器采集的密封真空恒温传感器舱内的实时三分量姿态数据、阵列式高灵敏度水听器采集的水声数据，通过连接水面浮标的铠装通讯电缆实时上传到水面浮标。

水面浮标通过GPS和/或北斗卫星数据接收单元接收GPS和/或北斗卫星发送的定位和定时数据；安装在水面浮标顶端的低轨道卫星数据通讯天线将采集到的水面浮标的位置数据(即定位和定时数据)、三分量海洋重力场数据、三分量海洋磁场数据、水声数据和实时三分量姿态数据经过压缩处理后通过卫星数据发射单元发射到水面浮标上方的低轨道通讯卫星。

岸基物联网监控中心从低轨道通讯卫星上实时同步下载海洋物联网智能浮标上传的数据，并进行实时处理与解释。

实施例3

基于实施例2的水面或水下目标探测系统，本实施例提供一种水面或水下目标探测方法。本方法利用如实施例2所述的水面或水下目标探测系统进行，包括以下步骤：

(1)按照预先设计好的坐标和间距，把多个海洋物联网智能浮标投放到拟监测海域；

(2)启动水面或水下目标探测系统，建立海洋物联网智能浮标与低轨道通讯卫星、岸基物联网监控中心的通讯连接；

(3)海洋物联网智能浮标的水面浮标采集GPS或北斗卫星的定位定时数据、水下的各种传感器同时采集三分量海洋重力场数据、三分量海洋磁场数据、水声数据和实时三分量姿态数据。

海洋物联网智能浮标的浮标内数据传输与通讯模块对采集到的数据水面和水下的各类传感器的数据进行压缩，压缩后的数据利用安装在水面浮标顶端的低轨道卫星数据通讯天线上传到经过水面浮标上空的低轨道通讯卫星上。

(4)岸基物联网监控中心从低轨道通讯卫星上实时同步下载海洋物联网智能浮标上传的经过压缩处理后的数据。

(5)随后岸基物联网监控中心进行实时处理，其处理过程为先在海洋物联网智能浮标位置周围区域没有水面、水下或海底移动或静态目标时采集所有水下传感器的数据，把所有数据的幅值和相位信息作为背景场数据保存下来；

海洋物联网智能浮标的水下传感器单元按照预先设定的采样间隔连续采集数据，将所有传感器新采集数据的幅值和相位信息与预先保存的背景场数据进行对比；

当两者的差异低于预先设置的差异水平(噪音水平)时，说明此时海洋物联网智能浮标周围区域没有水面、水下或海底移动或静态目标出现。但当两者的差异大于预先设置的差异水平(噪音水平)时，说明此时海洋物联网智能浮标周围区域可能有水面、水下或海底移动或静态目标出现，需要立即进行跟踪、判定与识别。

(6)最后根据实时处理结果进行综合解释，实时处理结果进行综合解释判明水面、水下或海底出现目标的性质、种类、状态和动态，将综合解释的结果展示在显示屏上，并对监测海域内探测到或监测到的水面、水下或海底出现移动或静态目标进行判明识别并酌情发布预警信息；

(7)海洋物联网智能浮标还可以通过卫星链路定期传输数据到云网络进行存储和实时分析。

当监测区域内出现水面或水下或贴近海底的移动目标或静止目标时，由于水下目标与海水有着较大的磁性差异(高导磁率的金属材料制造的水面或水下目标)、高密度差异(高密度的金属或非金属复合材料制造的水面或水下目标)以及其在移动时发动机和螺旋桨发出的噪音，布设在水面浮标下方水中的三分量重力传感器、三分量磁场传感器和阵列式高灵敏度水听器就可以测量到水面或水下目标引起的海洋磁场异常、重力场(密度)异常和移动目标发出的机械噪音。通过对测量到的海洋三分量磁场异常、三分量重力场异常和水声信号的实时处理解释，就可以在监测海域内及时的发现水面或水下或贴近海底的移动或静止目标。

如果水下移动目标由运动转变为静止或静默(悬浮)状态，阵列式高灵敏度水听器此时将无法测量或监测到水下目标，而此时的三分量重力传感器和三分量磁场传感器任然能够通过测量水面或水下目标出现时所扰动的海洋磁场和海洋重力场可靠的探测到和监测到水面或水下的目标。

综上所述，本发明可以探测或实时监测进入其探测范围内的水面或水下移动或在水中悬停或在海底静默的目标，解决目前单一的水声、超声、激光、海底大地电磁等水下目标探测系统和方法无法准确可靠的探测或监测水面或水下移动或静态目标的难题。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.海洋物联网智能浮标，包括水面浮标、水下传感器单元、连接水面浮标和水下传感器单元的铠装通讯电缆，其特征在于：所述铠装通讯电缆上设有配重环、浮力材料环和波浪起伏减震装置，所述波浪起伏减震装置包括两组，一组安装于水面浮标与配重环之间，另一组安装于浮力材料环与水下传感器单元之间；所述波浪起伏减震装置包括螺旋形绕制的铠装通讯电缆、上减震锥和下减震锥，所述上减震锥和下减震锥分别安装于所述螺旋形绕制的铠装通讯电缆的两端，并且上减震锥的锥底朝上，下减震锥的锥底朝下；螺旋形绕制的铠装通讯电缆可以轻易的拉伸或压缩。

2.根据权利要求1所述的海洋物联网智能浮标，其特征在于，所述水面浮标包括密封玻璃浮球、安装在密封玻璃浮球顶部的GPS和/或北斗卫星天线与低轨道卫星数据通讯天线、安装在密封玻璃浮球内部的太阳能电池板和浮标内可充电电池、浮标内数据采集模块、浮标内数据存储模块、浮标内数据传输与通讯模块；

所述的浮标内数据传输与通讯模块包括GPS和/或北斗卫星数据接收单元，用于接收GPS和/或北斗卫星发送的定位和定时数据；

和卫星数据发射单元，用于将水面浮标收集的所有数据经过压缩处理后发送给经过其上空的低轨道通讯卫星。

3.根据权利要求2所述的海洋物联网智能浮标，其特征在于，所述水下传感器单元包括承压舱、万向支架、密封真空恒温传感器舱、三分量重力传感器、三分量磁场传感器、三分量姿态传感器、阵列式高灵敏度水听器、传感器信号放大和数据采集模块、传感器数据存储和数据传输模块、承压舱可充电电池；所述万向支架安装于承压舱内侧壁上，所述三分量重力传感器、三分量磁场传感器、三分量姿态传感器安装于密封真空恒温传感器舱内，所述密封真空恒温传感器舱安装于万向支架内，始终保持垂直和方位不变。

4.根据权利要求3所述的海洋物联网智能浮标，其特征在于，所述三分量姿态传感器安装在三分量磁场传感器和三分量重力传感器之间，用于测量并记录密封真空恒温传感器舱的倾角、方位角和倾向，以用于对记录的三分量磁场数据和三分量重力场数据进行旋转处理。

5.水面或水下目标探测系统，其特征在于，包括权利要求4所述的海洋物联网智能浮标，还包括低轨道通讯卫星、岸基物联网监控中心；

所述的三分量重力传感器采集的三分量海洋重力场数据、三分量磁场传感器采集三分量海洋磁场数据、三分量姿态传感器采集的密封真空恒温传感器舱内的实时三分量姿态数据、阵列式高灵敏度水听器采集的水声数据，通过连接水面浮标的铠装通讯电缆实时上传到水面浮标；

安装在水面浮标顶端的低轨道卫星数据通讯天线将采集到的水面浮标的位置数据、三分量海洋重力场数据、三分量海洋磁场数据、水声数据和实时三分量姿态数据经过压缩处理后发射到水面浮标上方的低轨道通讯卫星；

岸基物联网监控中心从低轨道通讯卫星上实时同步下载海洋物联网智能浮标上传的经过压缩处理后数据，并进行实时处理与解释。

6.根据权利要求5所述的水面或水下目标探测系统，其特征在于，所述的三分量磁场传感器是基于三个独立的磁场传感器按正交坐标系方式安装组合而构成的；所述磁场传感器可以是感应线圈式磁场传感器、磁通门式磁场传感器、超导磁场传感器、光泵磁场传感器或者是冷原子磁场传感器中的任一种。

7.根据权利要求5所述的水面或水下目标探测系统，其特征在于，所述的三分量重力传感器是基于三个MEMS重力传感器单元按正交坐标系方式安装组合而构成的。

8.水面或水下目标探测方法，其特征在于，利用权利要求5所述的水面或水下目标探测系统进行，包括以下步骤：

(1)按照预先设计好的坐标和间距，把多个海洋物联网智能浮标投放到拟监测海域；

(2)启动水面或水下目标探测系统，建立海洋物联网智能浮标与低轨道通讯卫星、岸基物联网监控中心的通讯连接；

(3)海洋物联网智能浮标采集GPS或北斗卫星的定位定时数据、三分量海洋重力场数据、三分量海洋磁场数据、水声数据和实时三分量姿态数据；并对数据进行压缩处理，压缩后的数据利用安装在水面浮标顶端的低轨道卫星数据通讯天线上传到经过水面浮标上空的低轨道通讯卫星上；

(4)岸基物联网监控中心从低轨道通讯卫星上实时同步下载海洋物联网智能浮标上传的经过压缩处理后的数据；

(5)随后岸基物联网监控中心进行实时处理；

(6)最后根据实时处理结果进行综合解释，判明水面、水下或海底出现目标的性质、种类、状态和动态，将综合解释的结果展示在显示屏上，并对监测海域内探测到或监测到的水面、水下或海底出现移动或静态目标进行判明识别并酌情发布预警信息；

(7)海洋物联网智能浮标还可以通过卫星链路定期传输数据到云网络进行存储和实时分析。

9.根据权利要求8所述的水面或水下目标探测方法，其特征在于，步骤(5)的处理过程为：

先在海洋物联网智能浮标位置周围区域没有水面、水下或海底移动或静态目标时采集所有水下传感器的数据，把所有数据的幅值和相位信息作为背景场数据保存下来；

海洋物联网智能浮标的水下传感器单元按照预先设定的采样间隔连续采集数据，将所有传感器新采集数据的幅值和相位信息与预先保存的背景场数据进行对比；

当两者的差异低于预先设置的差异水平时，说明此时海洋物联网智能浮标周围区域没有水面、水下或海底移动或静态目标出现；但当两者的差异大于预先设置的差异水平时，说明此时海洋物联网智能浮标周围区域可能有水面、水下或海底移动或静态目标出现，需要立即进行跟踪、判定与识别。

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