CN1704767A - 水下全球定位系统接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水下全球定位系统(GPS)接收装置。由GPS天线耐压舱、牵引及通信电缆、收放绞车组成，GPS天线耐压舱通过牵引及通信电缆与绞车相连；GPS天线耐压舱的耐压壳体为球形，下半球内壁设有凸台，两轴摇摆台安装在下半球凸台上，GPS天线和GPS接收机均安装在两轴摇摆台的内摆动框上；GPS接收机通过电缆和绞车内部的导电滑环电连接；绞车部分中驱动电机、减速机构及绞鼓均固定在机座上，电缆缠绕在绞鼓上，电缆下端的水密接插件与绞鼓中的导电滑环的刷引线相连，导电滑环的环引线接至航行器的主控计算机。本发明在保证水下航行器导航精度的前提下，可大幅度提高其隐身性和安全性，保证航行器使命的顺利完成。

Description

水下全球定位系统接收装置

技术领域

本发明涉及海洋环境中远程水下航行器的组合导航技术。具体地说是一种通过使用全球定位系统(GPS)为远程水下航行器进行精确导航定位的水下全球定位系统(GPS)接收装置。

背景技术

导航系统是保证水面或水下航行体安全、准确航行必备的系统。除了由传统的航标灯、岸基无线电导航站等设备组成的岸基导航系统外，目前比较通用的导航系统有GPS和惯导系统等两种。惯导系统由于不需要与外界进行信号交换，自成系统，一般用于水下航行器。尤其适用于具有隐身要求的或无法接收到GPS信号的水下航行器，如在水面航行时耐波性较差的水下潜水器，在冰面下航行的远程潜水器等。但由于惯导系统自身具有一定的累积误差，当航行器进行较长距离的航行时，即使使用较高精度的惯导系统，这种误差也可能增加到不能满足导航精度要求的程度。GPS包括其他类似的卫星定位系统具有覆盖全球，导航定位精度高的特点，是最受欢迎，应用范围最广的导航系统。但由于GPS信号的频率很高，在水中几乎不能传输，限制了它在水下航行器中的应用。

为增加水下航行器的导航精度，使之兼具惯导系统与GPS的优点，目前比较通用的做法是采用GPS加惯导的组合导航系统，即水下航行器在大部分时间内利用自身携带的惯导系统自主导航，每航行一段时间，航行器上浮至水面接收GPS信号，利用GPS的定位信息校正并消除航行器前一段时间的累积误差。

这种做法在大多数时间内是行之有效的，但对于有隐身需求或水面耐波性较差的水下航行器，每一次上浮都有一定的风险。如在上浮水面时遇到恶劣海况，可能造成设备损坏甚至沉没的严重后果。

发明内容

为了克服目前GPS加惯导的组合导航系统需要水下航行器定期或不定期上浮至水面接收GPS信号的不足，本发明的目的是提供一种使水下航行器无需上浮至水面即可接收GPS信号的水下GPS接收装置。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由GPS天线耐压舱，牵引及通信电缆，收放绞车三部分组成，GPS天线耐压舱通过牵引及通信电缆与绞车相连；其中：GPS天线耐压舱部分由耐压舱壳体、两轴摇摆台、GPS接收天线、GPS接收机组成，耐压壳体为球形，分上半球和下半球两部分，下半球内壁设有凸台，两轴摇摆台安装在下半球凸台上，两轴摇摆台由内摆动框和外摆动框组成，GPS天线和GPS接收机均安装在两轴摇摆台的内摆动框上，GPS接收机通过电缆和绞车内部的导电滑环电连接；

牵引及通信电缆部分由耐压舱端水密接插件、电缆、绞车端水密接插件组成，电缆的两端均设有水密接头，一端为与GPS天线耐压舱相连的水密接插件，一端为与导电滑环的刷出线相连的水密接插件；

绞车部分由驱动电机、蜗轮蜗杆减速机构、绞车机座、导电滑环的刷引线、绞鼓、导电滑环、导电滑环的环引线组成，驱动电机、减速机构及绞鼓均固定在机座上，电缆缠绕在绞鼓上，电缆下端的水密接插件与绞鼓中的导电滑环的刷引线相连，导电滑环的环引线接至航行器的主控计算机；

其中GPS接收天线3安装在内摆动框18上方，GPS接收机4安装在内摆动框18下方；上下半球之间设有密封装置；耐压壳体1采用玻璃钢材料，电缆6的外护套采用聚氨酯橡胶材料，还可采用丁腈橡胶或硅橡胶；电缆6的内部芯线除数据通信需要的电缆芯线外，在电缆横截面的中心部位加设一根贯穿整个电缆的纺纶纤维。

本实用新型的有益效果是：在保证水下航行器导航精度的前提下，可大幅度提高其隐身性和安全性，保证航行器使命的顺利完成。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图。

图2为图1中摆动框放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合以下实施例及附图详述本发明。

如图1所示，本发明是在水下航行器上加装一部GPS天线接收装置。所述接收装置由包括GPS天线耐压舱，牵引及通信电缆，绞车三部分，GPS天线耐压舱通过牵引及通信电缆与收放绞车相连。

其中：GPS天线耐压舱部分由耐压舱壳体1、两轴摇摆台2、GPS接收天线3、GPS接收机(即OEM板，是现有技术的市购产品)4组成，耐压壳体1为球形，分上半球和下半球两部分，由对GPS信号透过率很好的玻璃钢材料制作；下半球15内壁设有凸台，两轴摇摆台2安装在下半球凸台16上，GPS接收天线3和GPS接收机4均安装在两轴摇摆台2的内摆动架上，设计时两轴摇摆台2连同上面安装的部件GPS接收天线3及GPS接收机4组合后的重心位置位于两个摆动轴的下部(结构：两轴摇摆台由内摆动框18和外摆动框17组成，GPS天线和GPS接收机4均安装在两轴摇摆台的内摆动框上，GPS接收天线3在上方，GPS接收机4在下方)，当耐压壳体1在风浪的作用下摆动时，两轴摇摆台2的内摆动架将在重力的作用下保持其姿态基本不变，即保持GPS接收天线3的指向基本不变，从而保证GPS接收天线3接收信号的可靠性。上下半球之间用O型橡胶密封圈密封，将所有部件安装调试完毕后，用螺钉将上下半球组装在一起，形成一个完整的耐压舱。实际工作时GPS接收天线3将接收到的信号送往GPS接收机4，GPS接收机4将接收到的信号处理后通过电缆6和绞车内部的导电滑环13送往航行器的主控计算机。

牵引及通信电缆部分由耐压舱端水密接插件5、电缆6、绞车端水密接插件10组成，电缆6的两端均有水密接头，一端为与GPS天线耐压舱相连的水密接插件5，一端为与导电滑环13的刷出线相连的水密接插件10。电缆6的外护套由聚氨酯橡胶制作以保证其在较高水压条件下的水密性。

绞车部分由驱动电机8、蜗轮蜗杆减速机构7、绞车机座9、导电滑环的刷引线11、导电滑环13、绞鼓12、导电滑环的环引线14组成，驱动电机8、减速机7及绞鼓12均固定在机座9上。当接收装置需要释放或回收GPS天线耐压舱时，驱动电机8带动减速机7，减速机7带动绞鼓12，从而完成将缠绕在绞鼓12上的电缆6释放或回收的功能。

本发明原理：

安装在水下航行器上的GPS天线接收装置是由具有正浮力的GPS天线耐压舱，收放绞车，通信及收放电缆三部分组成，航行器利用自身惯导设备提供导航信息在水下航行时，GPS天线耐压舱通过缠绕在绞车绞鼓12上的电缆6固定在航行器上。当航行器需要对自身的导航误差进行校准或修正时，绞车释放电缆6，GPS天线耐压舱在自身正浮力的作用下，上浮至水面接收GPS信号。只要电缆的长度和绞车绞鼓12的容量允许，此时航行器本体可处于水下任意深度的位置。航行器的主控计算机利用接收到的GPS信号，对自身的航向和位置进行误差修正。由于GPS天线耐压舱与航行器本体相比，体积要小若干个数量级，其形态与水面的一般漂浮物几乎相同，其球形结构具有很好的结构强度和耐波性，即使水面海况极为恶劣，也几乎不存在耐压舱被破坏的可能性，可以极大地提高航行器的隐身效果和安全性。

由于GPS接收天线3的接收效果与天线外壳的材料和天线的指向密切相关，所以GPS天线耐压舱的壳体采用对GPS信号无遮挡的玻璃钢材料制作，内部安装有一个两轴摇摆台2。由于两轴摇摆台2由内摆动框和外摆动框组成，在稳定状态下，两轴摇摆台2的两个摆动轴位于同一平面内，两轴摇摆台2的重心位于摆动轴的下方，构成了一个“不倒翁”装置。加之GPS天线和GPS接收机4均安装在两轴摇摆台的内摆动框上，这样即使在海面有风浪的情况下，两轴摇摆台2仍能维持天线的朝向基本上竖直向上，以保证GPS接收天线3的指向不受水面波浪的影响，在任何情况下都能可靠的接收到信号。将GPS接收机4也安装在耐压舱内的原因是GPS接收机4与主控计算机之间的通信一般为RS232接口，GPS接收天线3与GPS接收机4之间一般通过同轴电缆连接，二者之间相比较，无论是通信电缆的允许长度，还是通信的可靠性，前者都优于后者。

GPS天线耐压舱与收放绞车之间的通信电缆6把GPS接收机4收到的信号传向航行器主控计算机，这根电缆除了起到信号传输的作用外，也是GPS天线耐压舱收放的系缆。因此既要求他的内部芯线满足通信的要求，又要求他具有足够的牵引强度和柔韧性，保证耐压舱释放和回收的安全。

为保证驱动电机及导电滑环在水下环境工作时的可靠密封，对收放绞车密封机构采用充油补偿结构。导电滑环的环引线14与航行器的主控计算机相连，导电滑环的刷引线11与缠绕在绞鼓上的GPS天线通信电缆6相连。减速机构7采用蜗轮蜗杆结构，采用这种结构的减速机构除了可使电机转速降至需要程度之外，主要目的是利用这种减速机构的反向自锁功能，保证GPS天线耐压舱不能在自身正浮力或海浪等其他因素的作用下，拉动绞车，避免天线耐压舱在非控条件下无故脱离航行器上浮。

另外，所述电缆6的外护套可由丁腈橡胶或硅橡胶制作；电缆6的内部芯线除数据通信需要的电缆芯线外，在电缆横截面的中心部位加设一根贯穿整个电缆的纺纶纤维以使其既具有足够的牵引强度，又有较低的比重和缠绕时较好的柔韧性。

Claims (5)

1.一种水下全球定位系统接收装置，其特征在于：由GPS天线耐压舱，牵引及通信电缆，收放绞车三部分组成，GPS天线耐压舱通过牵引及通信电缆与绞车相连；其中：GPS天线耐压舱部分由耐压舱壳体(1)、两轴摇摆台(2)、GPS接收天线(3)、GPS接收机(4)组成，耐压壳体(1)为球形，分上半球和下半球两部分，下半球(15)内壁设有凸台(16)，两轴摇摆台(2)安装在下半球凸台(16)上，两轴摇摆台由内摆动框(18)和外摆动框(17)组成，GPS天线和GPS接收机(4)均安装在两轴摇摆台的内摆动框(18)上，GPS接收机(4)通过电缆(6)和绞车内部的导电滑环(13)电连接；

牵引及通信电缆部分由耐压舱端水密接插件(5)、电缆(6)、绞车端水密接插件(10)组成，电缆(6)的两端均设有水密接头，一端为与GPS天线耐压舱相连的水密接插件(5)，一端为与导电滑环(13)的刷出线(11)相连的水密接插件(10)；

绞车部分由驱动电机(8)、蜗轮蜗杆减速机构(7)、绞车机座(9)、导电滑环的刷引线(11)、绞鼓(12)、导电滑环(13)、导电滑环的环引线(14)组成，驱动电机(8)、减速机构(7)及绞鼓(12)均固定在机座(9)上，电缆(6)缠绕在绞鼓(12)上，电缆下端的水密接插件(10)与绞鼓(12)中的导电滑环的刷引线(11)相连，导电滑环(13)的环引线(14)接至航行器的主控计算机。

2.按照权利要求1所述的水下全球定位系统接收装置，其特征在于：其中GPS接收天线(3)安装在内摆动框(18)上方，GPS接收机(4)安装在内摆动框(18)下方。

3.按照权利要求1所述的水下全球定位系统接收装置，其特征在于：其中上下半球之间设有密封装置。

4.按照权利要求1所述的水下全球定位系统接收装置，其特征在于：其中耐压壳体(1)采用玻璃钢材料，电缆(6)的外护套采用聚氨酯橡胶材料，还可采用丁腈橡胶或硅橡胶。

5.按照权利要求1所述的水下全球定位系统接收装置，其特征在于：其中电缆(6)的内部芯线除数据通信需要的电缆芯线外，在电缆横截面的中心部位加设一根贯穿整个电缆的纺纶纤维。

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