CN110737004A - 一种适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋观测领域，具体地说是一种适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标及方法，包括外壳、定位通信模块、控制模块和供电模块，定位通信模块、控制模块和供电模块设于所述外壳中，所述定位通信模块包括GPS模块和北斗模块，控制模块上端分别通过不同线路与所述GPS模块和北斗模块相连，控制模块下端与所述供电模块相连，在所述外壳上设有水密端口，且所述控制模块通过线路与所述水密端口相连。本发明除采用传统的GPS进行定位外，还利用我国自主研发的北斗卫星特有的报文通信和定位功能，同时解决了GPS信号盲区问题和铱星传输保密性差的问题。

Description

一种适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标及方法

技术领域

本发明涉及海洋观测领域，具体地说是一种适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标及方法。

背景技术

海洋综合观测浮标系统是目前我国海洋长期连续在线监测的主要依托平台，其主要特点是工作时间长且无人值守，尤其是能够在极端恶劣天气下获取海洋观测数据，这是走航式科学考察方式无法比拟的。浮标的安全在位运行是海洋观测数据稳定获取的基础，但是海洋综合观测浮标系统在位运行期间有时因为受到台风、寒潮、渔船拖网等影响，会造成浮标系统的跑标和移位，而浮标移位、跑标时位置信息的实时追踪至关重要，因为海洋综合观测浮标系统所搭载的仪器设备昂贵，且存有大量重要的基础观测数据，一旦发生浮标丢失，不仅会造成巨大的经济损失，而且观测数据丢失所造成的损失更是无法估量，因此如何实时掌握浮标的位置信息显得极为重要。目前海洋综合观测浮标系统的位置信息是通过浮标端数据采集器所获取的GPS信息进行位置监控，同时加装了进口的铱星信标装置，但现有的浮标位置监控方式还存在几大缺陷，主要表现在：

1、数采系统停止工作时，位置信息无法获取。

海洋综合观测浮标的数采系统通过连接的GPS模块获取位置信息，并且通过浮标的通信系统传输至岸站，一旦浮标的数采系统或通信系统停止工作，位置信息无法采集和传输，而且GPS在海上存在信号盲区，有时无法获取浮标位置信息。

2、铱星信标需要定期维护，且存在信号盲区。

铱星信标属于比较成熟的进口产品，该信标基于GPS定位系统，使用铱星进行位置信息传输，该定位方式同样存在GPS信号盲区问题，并且铱星通讯的保密性能差，另外需要每3个月更换一次电池，维护成本高(成本包括船费、劳务费、耗材等)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标及方法，除采用传统的GPS进行定位外，还利用我国自主研发的北斗卫星特有的报文通信和定位功能，同时解决了GPS信号盲区问题和铱星传输保密性差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标，包括外壳、定位通信模块、控制模块和供电模块，定位通信模块、控制模块和供电模块设于所述外壳中，所述定位通信模块包括GPS模块和北斗模块，控制模块上端分别通过不同线路与所述GPS模块和北斗模块相连，控制模块下端与所述供电模块相连，在所述外壳上设有水密端口，且所述控制模块通过线路与所述水密端口相连。

所述外壳包括第一壳体和第二壳体，其中第一壳体设于外壳顶端且位于定位通信模块上侧，控制模块和供电模块设于第二壳体中。

所述第一壳体材质为聚甲醛，所述第二壳体材质为316不锈钢。

所述第二壳体上端内侧设有凸起部，控制模块通过所述凸起部支撑固定，供电模块位于所述凸起部下侧。

所述供电模块包括电源芯片和可充电电池。

一种根据所述的适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标的定位方法，其特征在于：

步骤一：系统自动上电。

步骤二：系统上电后进入系统自检状态，自检完成进入待机状态；

步骤三：根据设定时间信息，控制模块定时启动并控制GPS模块启动进行定位；

步骤四：若GPS模块连续定位失败次数小于设定次数，由GPS模块完成定位，且定位完成后控制模块控制GPS模块关闭，并控制北斗模块启动发送GPS定位信息；若GPS模块连续定位失败次数达到设定次数，控制模块控制GPS模块关闭，并控制北斗模块启动，由北斗模块进行定位，并由北斗模块发送定位信息；

步骤五：定位信息发送后，系统再次进入待机状态。

步骤二中，在待机状态下，如有应急消息发到控制模块，控制模块立即启动，并启动北斗模块发送应急消息。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明除采用传统的GPS进行定位外，还利用我国自主研发的北斗卫星特有的报文通信和定位功能，本发明工作时首选成熟的GPS模块，若GPS模块定位失败达到设定次数时，启用北斗模块定位，利用我国自主研发、信号覆盖范围广的北斗卫星进行定位，同时通过北斗模块将位置信息发送至岸站，有效避免了以往仅依靠GPS定位，浮标在位运行期间有时无法及时定位的情况，同时解决了GPS信号盲区问题和铱星传输保密性差的问题，尤其是对于特殊用途浮标观测系统的位置信息保密性好，而且紧急情况下，可通过远程命令加密定位和传输频率。

2、本发明工作模式采用状态机制，其包括待机状态、定位状态和通信状态，不会干扰浮标端原有观测数据的有效率，并且双模信标的各元器件均选用超低功耗产品，能够有效降低浮标功耗，不会导致浮标综合观测系统的供电系统紊乱。

3、本发明的供电模块包括电源芯片和可充电电池，能够实现浮标供电和可充电电池供电的自动切换，其中浮标供电接入后，可同时给电源芯片和电池充电，若浮标电源不接入的情况下，按照1小时发送1次定位信息，电池可支持工作1年以上。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中定位通信模块的俯视图，

图3为本发明的工作过程示意图。

其中，1为外壳，101为第一壳体，102为第二壳体，103为凸起部，2为定位通信模块，201为GPS模块，202为北斗模块，3为控制模块，4为供电模块，5为水密端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～2所示，本发明包括外壳1、定位通信模块2、控制模块3和供电模块4，其中外壳1为密封圆柱状结构，方便在浮标顶部狭小空间内安装，定位通信模块2、控制模块3和供电模块4由上到下依次设于所述外壳1中，其中如图2所示，所述定位通信模块2包括GPS模块201和北斗模块202，如图1所示，控制模块3上端分别通过不同线路与所述GPS模块201和北斗模块202相连，控制模块3下端与所述供电模块4相连，在所述外壳1下端设有水密端口5用于外接浮标电源和应急通信，所述控制模块3通过线路与所述水密端口5相连。

如图1所示，所述外壳1包括材质不同的第一壳体101和第二壳体102，其中第一壳体101设于外壳1顶端且位于定位通信模块2上侧，所述第一壳体101材质不会影响定位通信模块2的信号传输，控制模块3和供电模块4设于第二壳体102中。本实施例中，所述第一壳体101材质为聚甲醛，所述第二壳体102材质为316不锈钢。

如图1所示，所述第二壳体102上端内侧设有凸起部103，控制模块3通过所述凸起部103支撑固定，供电模块4位于所述凸起部103下侧。

所述控制模块3为本领域公知技术。本实施例中，所述控制模块3采用TI公司的msp430单片机作为处理器，msp430单片机具有超低功耗、工业级、稳定可靠等特点，其设有多个串口分别连接所述GPS模块201、北斗模块202和水密端口5，另外所述控制模块3设有定时电路，可根据需要设定时间信息定时启动。本发明的控制程序软件采用C语言编写，系统采用状态机制，分为待机状态、定位状态和通信状态，其中待机状态负责切断除控制模块3以外的所有电路供电，并使控制模块3处于休眠状态，定位状态是指控制模块3定时唤醒启动并给GPS模块201上电，由GPS模块201进行定位，定位完成后关闭GPS模块201，系统切换到通信状态，此状态下控制模块3给北斗模块202上电并通过北斗模块202发送GPS定位信息，完成通信后，系统重新切换到待机状态。另外在待机状态下，如有应急消息从水密端口5的通信接口发到控制模块3，控制模块3会立即从待机状态切换到通信状态，并通过北斗模块202发送应急通信报文。

所述定位通信模块2中的GPS模块201为本领域公知技术，本实施例中，所述GPS模块201采用SKG08A超低功耗定位模块，该模块具备低功耗、可靠性高的特点。

本发明采用的北斗模块202基于我国自主研发的北斗卫星系统特有的报文通信和定位功能，同时解决了GPS信号盲区问题和铱星传输保密性差的问题，另外若GPS模块201连续多次定位失败后，本发明可改用北斗模块202进行定位，同时进行位置信息的传输，实现了双模定位互补，有效避免了以往仅依靠GPS定位，浮标在位运行期间有时无法及时定位的情况。本实施例中，所述北斗模块202采用LGR-BTX251模块，该模块同时具备短报文通信功能，并具备低功耗、可靠性高的特点。

所述供电模块4为本领域公知技术。本实施例中，所述供电模块4包括电源芯片和可充电电池，其中电源芯片采用低功耗dcdc芯片，其电路支持外部浮标供电和可充电电池供电的相互切换，外部浮标供电优先，在可充电电池电量不足的情况下，浮标供电接入后，同时给电源芯片和电池充电，若浮标电源不接入的情况下，按照1小时发送1次定位信息的频率，所述可充电电池可支持工作1年以上。

所述水密端口5为本领域公知技术。本实施例中，所述水密端口5采用浮标端常用的水密接插件，其可作为浮标供电的接口，同时可以通过该端口进行参数设置和应急通信。

本实施例中的岸站接收软件基于谷歌地图开发，实时显示定位信息，并可绘制出浮标的运行轨迹，如海洋综合观测浮标位置信息超出安全范围，岸站自动通过短信、邮件、弹窗等方式发出报警。

本发明的工作原理为：

本发明工作状态包括待机状态、定位状态和通信状态，其控制流程如图3所示，首先系统自动上电，系统上电后进入系统自检状态，自检完成后系统即进入待机状态，此状态下除控制模块3以外的所有电路供电切断，并且控制模块3处于休眠状态，所述控制模块3可根据内置时间信息定时启动中断待机状态并进入定位状态，定位状态下控制模块3给GPS模块201上电，并由GPS模块201进行定位，定位完成后关闭GPS模块201，并且系统进入通信状态，此时控制模块3给北斗模块202上电发送GPS定位信息，完成通信后，系统重新切换到待机状态。

若GPS模块201定位失败达到设定次数，控制模块3控制GPS模块201关闭，并控制北斗模块202启动进行定位，同时进行位置信息的传输，本实施例中，若GPS模块201定位失败达到5次时，即启动北斗模块202进行定位。

另外在待机状态下，如有应急消息从水密端口5的通信接口发到控制模块3，控制模块3会立即从待机状态切换到通信状态，并通过北斗模块202发送应急通信报文。

Claims (7)

1.一种适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标，其特征在于：包括外壳(1)、定位通信模块(2)、控制模块(3)和供电模块(4)，定位通信模块(2)、控制模块(3)和供电模块(4)设于所述外壳(1)中，所述定位通信模块(2)包括GPS模块(201)和北斗模块(202)，控制模块(3)上端分别通过不同线路与所述GPS模块(201)和北斗模块(202)相连，控制模块(3)下端与所述供电模块(4)相连，在所述外壳(1)上设有水密端口(5)，且所述控制模块(3)通过线路与所述水密端口(5)相连。

2.根据权利要求1所述的适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标，其特征在于：所述外壳(1)包括第一壳体(101)和第二壳体(102)，其中第一壳体(101)设于外壳(1)顶端且位于定位通信模块(2)上侧，控制模块(3)和供电模块(4)设于第二壳体(102)中。

3.根据权利要求2所述的适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标，其特征在于：所述第一壳体(101)材质为聚甲醛，所述第二壳体(102)材质为316不锈钢。

4.根据权利要求2所述的适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标，其特征在于：所述第二壳体(102)上端内侧设有凸起部(103)，控制模块(3)通过所述凸起部(103)支撑固定，供电模块(4)位于所述凸起部(103)下侧。

5.根据权利要求1所述的适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标，其特征在于：所述供电模块(4)包括电源芯片和可充电电池。

6.一种根据权利要求1所述的适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标的定位方法，其特征在于：

步骤一：系统自动上电。

步骤二：系统上电后进入系统自检状态，自检完成进入待机状态；

步骤三：根据设定时间信息，控制模块(3)定时启动并控制GPS模块(201)启动进行定位；

步骤四：若GPS模块(201)连续定位失败次数小于设定次数，由GPS模块(201)完成定位，且定位完成后控制模块(3)控制GPS模块(201)关闭，并控制北斗模块(202)启动发送GPS定位信息；若GPS模块(201)连续定位失败次数达到设定次数，控制模块(3)控制GPS模块(201)关闭，并控制北斗模块(202)启动，由北斗模块(202)进行定位，并由北斗模块(202)发送定位信息；

步骤五：定位信息发送后，系统再次进入待机状态。

7.根据权利要求6所述的适用于海洋综合观测浮标的双模定位信标的定位方法，其特征在于：步骤二中，在待机状态下，如有应急消息发到控制模块(3)，控制模块(3)立即启动，并启动北斗模块(202)发送应急消息。

Images