CN1967618B - 实时传输潜标装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实时传输潜标装置，及时解决将潜标在水中测量的数据传输到岸站，在不回收的情况下获取海洋观测数据和信息，(a)主浮体系统、(b)锚泊系留及回收系统、(c)水面浮标系统，本发明解决了以前不能及时得到海洋测量信息的问题。

Description

实时传输潜标装置

发明名称 

本发明涉及一种潜标装置，特别是涉及到一种通过装有卫星通讯终端的水面浮标实现数据实时传输的潜标装置。 

背景技术

潜标是获取海洋环境资料的重要技术装备，由于潜标装置能携带多种探测和测量仪器，在恶劣海况条件下相对隐蔽地进行长期、定点、连续、多层面同步测量，所以潜标装置在海洋科学调查研究、海洋军事侦察等方面得到了广泛的应用。据介绍，在美国潜标系统所获取的海洋环境资料占其全部海洋资料的30％以上。 

目前，国内外潜标装置观测数据主要以自容存储为主。也就是潜标上搭载的都是自容式海洋测量仪器，在测量期间所到的原始数据和信息贮存在测量设备或潜标专用记录仪器中。人们要想获取这些资料，只能在潜标回收后进行读取，这种潜标最大的缺陷是测量数据的连续性、时效性不强，一旦潜标丢失或回收失败，就将一无所获，给海洋科研造成了较大的困难和不便。 

发明内容

本发明的目的是设计一种实时传输潜标装置，及时解决将潜标在水中测量的数据传输到岸站，在不回收的情况下获取海洋观测数据和信息。 

本发明是这样实现的： 

本发明包括： 

(a)主浮体系统，由主浮体壳体1、测量仪器平台7、主电源9三叉系留索19组成，测量仪器平台在主浮体壳体1上，主电源9在主浮体壳体1内； 

(b)锚泊系留及回收系统，由包塑钢缆13、系留索15、定深锚17、声答释放器16、感应耦合传输器12、传输电缆11组成，包塑钢缆13与三叉系留索19相连，声答释放器16串联在系留索15上；系留索15下端有定深锚17； 

其特征在于：该装置还有(c)水面浮标系统，主要包括水面浮标体3、卫星通讯终端4、系留兼通讯缆2、卫星通讯模块5、浮标电源6，其中浮标电源6、卫星通讯模块5卫星通讯终端4组装成整体后再安装在水面浮标体3内； 

其中(a)主浮体系统还包括：连接电缆组10、数据处理传输控制中心20，其中数据处理传输控制中心20安装在主浮体壳体1内，数据处理传输控制中心20与主电源9通过连接电缆组10连接起来。 

还包括多个切割释放器18、多个(c)水面浮标系统。 

系留索15可以采用钢丝绳或等强度的Kevlar绳，其长度满足最大4000米的布放要求，声答释放器16也可以采用定时回收装置代替。 

数据处理传输控制中心20由控制模块、数据处理模块、长线传输驱动模块、内记模块组成。 

数据处理传输控制中心20的控制模块包括微处理器、模数转换器、锁定器、译码器、端口扩展芯片、模拟切换器、数据存储器、RS232串口芯片、值更电路及电源控制系统。 

数据处理传输控制中心20的数据处理模块包括微处理器、模数转换器、定时器、锁定器、译码器、RS232串口芯片。 

数据处理传输控制中心20的长线传输驱动模块包括传输驱动电路、点火驱动电路。 

数据处理传输控制中心20的内记模块包括微处理器、定时器、锁存器、译码器、端口扩展芯片、数据存储器，值更电路及电源控制系统。 

本发明及时解决将潜标在水中测量的数据传输到岸站，在不回收的情况下获取海洋观测数据和信息。 

附图说明

图1、实时传输潜标装置组成原理框图，其中虚线部分为搭载的海洋测量仪器设备。 

图2、数据采集及存储硬结构框图。 

图3、TTL电平长距离通讯组成框图。 

图4、电流放大驱动电路图。 

图5、接收调理电路图。 

图6、卫星终端控制硬件框图。 

图7、本发明的一种实例的结构布置示意图以及该实例在4000米海域的使用示意图。 

图8、图7A向局部示意图。 

具体实施方式

本发明包括： 

(a)主浮体系统，由主浮体壳体1、测量仪器平台7、主电源9、三叉系留索19组成，测量仪器平台在主浮体壳体1上，主电源9在主浮体壳体1内； 

(b)锚泊系留及回收系统，由包塑钢缆13、系留索15、定深锚17、声答释放器16组成，包塑钢缆13与三叉系留索19相连，声答释放器16串联在系留索15上；系留索15下端有定深锚17； 

其特征在于：该装置还有(c)水面浮标系统，主要包括水面浮标体3、卫星通讯终端4、系留兼通讯缆2、卫星通讯模块5、浮标电源6，其中浮标电源6、卫星通讯模块5、卫星通讯终端4组装成整体后再安装在水面浮标体3内； 

其中(a)主浮体系统还包括：连接电缆组10、数据处理传输控制中心20，其中数据处理传输控制中心20安装在主浮体壳体1内，数据处理传输控制中心20与主电源9通过连接电缆组10连接起来。 

其中主浮体壳体1可搭载有测量仪器7(ADCP海流计)、测量仪器8(温盐链)等标准设备，测量仪器的测试数据可通过连接电缆组10传送到数据处理传输控制中心20中。 

其中锚泊系留及回收系统的系留索15上可搭载有测量设备14(DCM9海流计)，测量设备14的测试数据通过包塑钢缆13和海水形成的通讯回路，利用成熟的感应耦合传输器12、传输电缆11传送到数据处理传输控制中心20中。 

本发明主要由三大系统组成，包括能搭载海洋测量仪器设备的主浮体系统，装有卫星通讯终端及控制电路的水面浮标系统，能使用在4000米海域的锚泊系留及回收系统。图1为本发明组成原理框图。 

主浮体壳体1是用流体动力学理论设计，采用低阻力带翼细长水滴形和水平系留方式， 保证其在5节流场的姿态稳定，偏降小，为海洋测量提供良好的工作条件。本发明设计的方案其优势在于迎流阻力小，在海流中姿态稳定且容易控制，大大地减小主浮体壳体自身在海流中的阻力和偏降。 

本发明在主浮体壳体1内还配置了多套水面浮标系统，其中一套水面浮标系统用于将系统测量的通过卫星传输到岸站21，其余的水面浮标系统作为备用存放在主浮体壳体1内。主浮体壳体1上有多个专门的水面浮标装载舱，用于安装备用的水面浮标系统。每个切割释放器18通过可以旋转的压板机构将备用的水面浮标壳体3固定与主浮体壳体1的浮标舱中。 

在当前的水面浮标系统失效后，由数据处理传输控制中心20给出指令后，切割释放器18动作，将备用的一个水面浮标壳体3释放出水面继续工作。 

本发明配置的多套水面浮标系统，每套水面浮标系统包括一套卫星通讯终端4、一套浮标电源6及一套含有控制电路卫星通讯模块5、一套系留兼通讯缆2、一套切割释放器18等。 

水面浮标平时装载于主浮体壳体的浮标舱内，用一个切割释放器18固定。当数据处理传输控制中心20识别到当前的水面浮标系统遭到人为、自然或环境因素的损坏，按照程序指令接通切割释放器18的点火具电源，切掉损坏的水面浮标系统的系留兼通讯缆2，使下一套水面浮标系统浮出水面继续工作，以保证潜标测量数据能在较长的时期实时传输到岸站21。 

数据处理传输控制中心20装在主浮体壳体头部的模盒架，由控制模块、数据处理模块、长线传输驱动模块、内记模块组成。 

数据处理传输控制中心20的控制模块包括微处理器、模数转换器、定时器、锁存器、码器、端口扩展芯片、模拟切换器、数据存储器、RS232串口芯片、值更电路及电源控制系统。 

数据处理传输控制中心20的数据处理模块包括微处理器、模数转换器、定时器、锁存器、译码器、RS232串口芯片； 

数据处理传输控制中心20的长线传输驱动模块包括传输驱动电路、点火驱动电路。 

数据处理传输控制中心20的内记模块包括微处理器、定时器、锁存器、译码器、端口扩展芯片、数据存储器，值更电路及电源控制系统。 

主电源9采用大容量锂电池，包含多个电池模块，安装于主浮体壳体1的尾部，为数据处理传输控制中心20和使用时装在本发明上的标准测量仪器提供电源。 

主电源9、切割释放器18与数据处理传输控制中心20都是依靠连接电缆组10连在一起的。 

本发明工作的基本方式为，当组装完好的本发明装上测量仪器布放到海洋中某一规定位置时，数据处理传输控制中心20的控制模块的微处理器(单片机)发出控制指令，译码器分 别作为定时器、存储器、模数转换器、模拟切换及扩展端口的选通信号。设定时间到，定时器给微处理器(单片机)输出启动信号，微处理器使译码器选通模数转换及切换开关，分别对各测量传感器进行采样，采样结束，译码器选通存贮器，通过锁存器进行地址分配，存储数据。同时检测当前的水面浮标系统是否完好，若当前的水面浮标系统完好，数据处理传输控制中心20的控制模块微处理器(单片机)将数据发出，经系留兼通讯缆2传输至水面浮标壳体3内的卫星通讯模块5，由卫星通讯终端4将信号发出，经卫星实时传输到岸站21数据接受机。数据处理传输控制中心20定时或在发送数据之前，发送一组编码，水面浮标壳体3中的卫星通讯模块5接收到编码后回答约定编码，数据处理传输控制中心20根据能否收到编码，判定水面浮标系统是否损坏。控制水面浮标的释放还具备智能决策能力和远程修改能力，即根据水面浮标损坏间隔时间长短或根据卫星传输的指令，决定下一个水面浮标释放的时间。在当前的水面浮标系统损坏而备用的水面浮标系统未释放期间，所有的数据均由存储器保存，待备用的水面浮标系统释放出水后，将未传输的数经水面浮标的卫星通讯终端发送，如图2所示。 

测量数据在控制模块的微处理器(单片机)的控制下由数据存储器存储，单片机串行口输出，为TTL电平，经电流驱动以实现电缆远距离通讯，如图3所示； 

经控制模块的微处理器(单片机)输出的数据因无法直接进行远距离电缆传输，通过图4所示的电流放大驱动电路，再进行远距离传输，经过图5所示的调理的电路，使数据和信号传输能力加强，传输距离可达数千米。 

本发明设计了电缆远距离通讯电流放大驱动技术，实现了测量数据由水下300米处的主浮体壳体1经系留兼通讯缆2传输到水面浮标中；自主开发的卫星终端模块5，采用单片机控制卫星终端4通讯技术，有效地实现了超大容量数据由卫星实时传输，如图6所示。 

实施例一： 

图7为本发明一种实例的结构布置示意图以及该实例在4000米海域的使用示意图。 

该实例包括(a)主浮体系统，(b)水面浮标系统，(c)锚泊系留及回收系统。 

(a)主浮体系统由可耐压主浮体壳体1、能连续工作210天主电源9、连接电缆组10、数据处理传输控制中心20，由包塑钢缆制造的三叉系留索19组成。 

(b)水面浮标系统主要由增强玻璃钢纤维制造的可耐压4.5MPa排水量为26L的水面浮标壳体3，采用INMARSAT-C海事通讯卫星系统TT-3026L/M的通讯终端4、长400米的Kevlar芯系留兼通讯缆2、自主开发的卫星通讯模块5、浮标电源6和利用50号电点火具燃气为动 力源的切割释放器18组成。 

(c)锚泊系留及回收系统由800米直径Φ8的包塑钢缆13、2600米长直径Φ12的Kevlar绳系留索15、自重750kg的定深锚17、两套美本萨斯865A型6000米声学释放器16及许多标准的连接卸扣等组成。 

本实例配置了6套水面浮标系统，主浮体壳体1上有5个专门的水面浮标装载舱和5个切割释放器18，用于安装备用的5套水面浮标系统。 

其中主浮体壳体可搭载有75kHzADCP多普勒海流计7、100米长的温盐链8。包塑钢缆下方1000米水深处可搭载有DCM9海流计14，其测试数据通过包塑钢缆13和海水形成的通讯回路，利用成熟的感应耦合传输器12、传输电缆11传送到数据处理传输控制中心20中。 

数据处理传输控制中心20由自主开发的控制模块、数据处理模块、长线传输驱动模块、内记模块组成。具体为 

1)测量数据在51单片机的控制下由数据存储器存储，单片机串行口输出，为TTL电平，经电流驱动以实现电缆远距离通讯如图3所示； 

2)数据经单片机串行输出的为TTL电平是无法直接进行远距离电缆传输，本发明设计了如图4所示由两个三极管3DG101B和一个3CG23D组成电流放大驱动电路，远距离传输后，经过图5所示由稳压二极管2CW50和三极管3DG101B组成调理的电路，使数据和信号的传输能力大大加强，传输距离可达数千米。 

3)用单片机控制卫星终端实现数据发射和控制指令接收如图6所示。单片机为控制核心，主要由译码器分别选通存储器和扩展口芯片，单片机接收经电缆远距离传输的数据存入存储器，按卫星通讯规则进行分段打包处理，经扩展口芯片控制卫星终端工作，将数据包依次发送，同时接收岸站的控制指令。 

该潜标最大布放海域深度4000m，海区面流允许到4kn。潜标系统工作完成后，可利用水声信号打开声应答释放器16，使主浮体1上浮，实现潜标随时回收要求。 

Claims (8)

1.实时传输潜标装置，包括：

(a)主浮体系统，由主浮体壳体(1)、测量仪器平台(7)、主电源(9)、三叉系留索(19)组成，测量仪器平台在主浮体壳体(1)上，主电源(9)在主浮体壳体(1)内；

(b)锚泊系留及回收系统，由包塑钢缆(13)、系留索(15)、定深锚(17)、声答释放器(16)、感应耦合传输器(12)、传输电缆(11)组成，包塑钢缆(13)与三叉系留索(19)相连，声答释放器(16)串联在系留索(15)上；系留索(15)下端有定深锚(17)；

其特征在于：该装置还有(c)水面浮标系统，主要包括水面浮标体(3)、卫星通讯终端(4)、系留兼通讯缆(2)、卫星通讯模块(5)、浮标电源(6)，其中浮标电源(6)、卫星通讯模块(5)、卫星通讯终端(4)组装成整体后再安装在水面浮标体(3)内；

其中(a)主浮体系统还包括：连接电缆组(10)、数据处理传输控制中心(20)，其中数据处理传输控制中心20安装在主浮体壳体(1)内，数据处理传输控制中心(20)与主电源(9)通过连接电缆组(10)连接起来。

2.根据权利要求1所述的实时传输潜标装置，其特征在于还包括多个切割释放器(18)、多个(c)水面浮标系统。

3.根据权利要求1所述的实时传输潜标装置，其特征在于：系留索(15)采用钢丝绳或等强度的Kevlar绳，其长度满足最大4000米的布放要求，声答释放器(16)采用定时回收装置。

4.根据权利要求1所述的实时传输潜标装置，其特征在于：数据处理传输控制中心(20)由控制模块、数据处理模块、长线传输驱动模块、内记模块组成。

5.根据权利要求2所述的实时传输潜标装置，其特征在于：数据处理传输控制中心(20)的控制模块包括微处理器、模数转换器、锁定器、译码器、端口扩展芯片、模拟切换器、数据存储器、RS232串口芯片、值更电路及电源控制系统。

6.根据权利要求2所述的实时传输潜标装置，其特征在于：数据处理传输控制中心(20)的数据处理模块包括微处理器、模数转换器、定时器、锁定器、译码器、RS232串口芯片。

7.根据权利要求2所述的实时传输潜标装置，其特征在于：数据处理传输控制中心(20)的长线传输驱动模块包括传输驱动电路、点火驱动电路。

8.根据权利要求2所述的实时传输潜标装置：其特征在于：数据处理传输控制中心(20)的内记模块包括微处理器、定时器、锁存器、译码器、端口扩展芯片、数据存储器，值更电路及电源控制系统。

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