CN201102620Y - 可折叠和可伸缩式多功能浮标 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于一种可折叠和可伸缩式多功能浮标，包括浮体电子舱、平衡配重舱、空心标体连接杆、可伸缩浮标杆、可折叠式水声接收短基线阵、水声收发换能器组件、水声收发电子模块、无线电定位系统、组合定位修正模块、无线数据通信及控制模块、电源模块以及微型驱动电机等，本实用新型的可折叠和可伸缩式多功能浮标及其精确自定位控制技术，浮标结构精巧，布放回收简便，海上作业安全可靠，能协调地解决系统复杂度、系统定位精度、海上通信作用距离、海上作业的方便性和安全性之间的矛盾，控制简单，通用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及水下定位、导航和通信技术领域，特别是一种可折叠和可伸缩式多功能浮标。
背景技术
目前，现有的浮标系统，由于浮标上的无线电天线高度和其无线电通信作用距离之间是相互依存的。要想获得较好的无线电通信距离和较高的数据通信质量，必须增大浮标上的无线电通信天线的高度，也就是需要增加浮标的长度。但是，浮标长度和海上作业的方便性又是一对突出的矛盾，浮标越长海上布放和回收的作业难度就越大，海上作业的安全问题也越突出，因此，要兼顾布放回收的方便性又不能将浮标制作得太长。另外，受壳体制造工艺等因素的制约，现有的浮标普遍采用较为简单的固定结构，其长度不能遥控伸缩，即浮标布放回收时长度可缩短，布放到海里后可通过遥控自动伸长。还有一个突出的问题是由于受系统复杂性等因素的制约，现有浮标的水下换能器组件的位置往往都是就用其浮标杆顶端的DGPS位置近似地代替，由于受海上涌浪及海流的影响，姿态不好控制，其定位存在较大的误差，不能满足水下高精度定位测量的要求。
申请号为03118545.2的实用新型专利公开了在主体尾部两侧安装有稳定翼的浮标结构，具有具有阻力小、稳定性好的优点，但制作工艺复杂，成本高。申请号为200310118440.9的发明专利公开了一种无高稳定频标的水下GPS导航方法及其系统，提出了一种水下目标轨迹测量和导航通信一体的技术方法，并提出了一种在浮标上加装超短基线阵和数字罗盘及GPS对水下换能器校准的方法，该系统具有较强的功能，并可较好地提高水下定位测量精度，但超短基线阵定位技术本身的精度也难于做到很高，因此，其定位精度也是受限的。申请号为200610151089.7的发明专利公开了一种用于水下目标定位、通信的定位通信一体化浮标，能实现无线信息交换、水声遥控指令发射和接收，水声询问和应答信号的接收、处理等功能，但其水下换能器的定位还是用浮标杆顶端的GPS位置近似代替，定位精度较低。
上述这些技术都有其各自的优点，但其不足是：1、浮标结构较为简单，长度不能根据需要灵活地伸缩，海上作业不方便。2、不能精确地自定位其水声收发换能器组件在水下的位置，或是自定位精度有限。3、没能协调解决系统复杂度、系统定位精度、海上通信作用距离、海上作业的方便性和安全性之间的矛盾。
发明内容
本实用新型的主要目的是为克服上述现有技术存在的不足，提供一种可折叠和可伸缩式多功能浮标，它自备可折叠式水声接收短基线阵和无线电定位系统及组合定位修正功能模块，能对其水声收发换能器组件精确自定位校准，且浮标长度可根据需要遥控伸缩，能实现水声信号收发、无线电数据通信及控制的可折叠式多功能浮标。应用该浮标，可根据需要组成高精度的水下定位测量系统、水声通信系统、等效声速精确测量系统等，达到精确稳定、安全实用的应用要求。
为达到上述目的本实用新型的技术方案是：一种可折叠和可伸缩式多功能浮标，包括浮体电子舱、平衡配重舱、浮标杆、及水声收发换能器组件，浮标杆固定安装在浮体电子舱上端，顶部装有天线及航标灯，浮体电子舱下端连接平衡配重舱，水声收发换能器组件装在平衡配重舱底部，所述浮标杆为可伸缩浮标杆，在浮体电子舱与平衡配重舱之间装有可折叠式水声接收短基线阵及空心标体连接杆，两舱之间的连接缆线从空心标体连接杆内部穿过，可伸缩浮标杆内的缆线连接入浮体电子舱，各舱室之间保持水密连接，信息处理电子单元安装在浮体电子舱及平衡配重舱内。
所述可伸缩浮标杆包括主体浮标杆、活塞式可伸缩浮标杆、定位杆及伸缩驱动部件，所述主体浮标杆下端与浮体电子舱的盖板密封连接，活塞式可伸缩浮标杆为空心丝杆，安装在主体浮标杆上，其粗大底端的外圆周上安装有密封圈，能与主体浮标杆的内壁紧密配合，其上下两端用填料函、实现水密，伸缩驱动部件安装在主体浮标杆上，定位杆安装在主体浮标杆内部并穿越活塞式可伸缩浮标杆的粗大底端，固定在盖板上。
所述伸缩驱动部件由转动螺盘及1个以上的微型水密电机组成，转动螺盘及微型水密电机安装在主体浮标杆的上端，转动螺盘与微型水密电机为齿轮配合，与活塞式可伸缩浮标杆为螺纹配合。
所述伸缩驱动部件由齿轮传动组件、轴承、螺盘、微型电机、密封罩及水密件组成，所述主体浮标杆下端安装有轴承、齿轮传动组件及密封罩，上端安装有螺盘，轴承安装在密封罩与主体浮标杆之间，轴承安装在浮体电子舱的盖板上并与主体浮标杆配合连接，1个以上的微型电机安装在浮体电子舱内，并分别通过水密件与齿轮传动组件轴接；水密件为一个以上的“O”型圈结构安装在密封罩上端，与主体浮标杆保持水密配合；螺盘安装在主体浮标杆的上端并与活塞式可伸缩浮标杆螺纹配合。
所述可折叠式水声接收短基线阵包括3个以上的水声接收换能器、换能器连接杆、传动螺母、丝杆、折叠连动杆和微型驱动电机构成，所述浮体电子舱与平衡配重舱之间安装一根丝杆，平衡配重舱上安装有3根以上的换能器连接杆，水声接收换能器安装在换能器连接杆顶端，换能器连接杆通过折叠连动杆与丝杆上的传动螺母连接。
所述信息处理电子单元包括水声收发电子模块、无线电定位系统、组合定位修正模块、无线数据通信模块、通信及控制模块、水声信号接收及处理电路及电源模块，所述水声收发电子模块、无线电定位系统、组合定位修正模块、无线数据通信模块及通信及控制模块之间通过缆线连接；水声收发电子模块的水声发射电路、大功率或强信号处理电路及电源模块安装在平衡配重舱内，水声收发电子模块的水声信号接收及处理电路、无线电定位系统、组合定位修正模块和通信及控制模块的弱信号处理电路安装在浮体电子舱内，通过缆线实现各功能模块间的连接。
所述无线数据通信模块安装在浮体电子舱内，其上端通过缆线与无线电通信天线连接，其下端通过缆线与通信及控制模块连接。
所述无线数据通信模块安装在可伸缩浮标杆内，其上端通过缆线与无线电通信天线连接，其下端通过缆线与通信及控制模块连接。
所述可折叠式水声接收短基线阵上的水声接收单元电缆线通过预留在平衡配重舱上的水密过孔与舱内的水声收发电子模块电连通，其过孔使用填料函密封，水声收发电子模块与通信及控制模块电连通，无线电定位系统和罗经及姿态仪与通信及控制模块电连通，通信及控制模块通过缆线与无线数据通信模块电连通，电源模块为各功能模块提供电源。
所述水声收发换能器组件是由1个以上的水声发射和接收换能器、深度传感器及水声信号接收前置放大电路集成在一个耐压壳体上，通过由多根信号芯线的承重电缆与水声收发电子模块和通信及控制模块电连通。
本实用新型的有益效果是：采用本专利技术制作的浮标结构精巧，布放回收简便，海上作业安全可靠，能协调地解决系统复杂度、系统定位精度、海上通信作用距离、海上作业的方便性和安全性之间的矛盾，控制简单，通用性强。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是信息处理电子单元结构示意图；
图3是可伸缩浮标杆结构示意图；
图4是可折叠式水声接收短基线阵结构示意图；
图5是短基线组合定位分系统结构示意图
图6是水声收发换能器组件结构示意图；
图7是可伸缩浮标杆另一种实施方式结构示意图。
具体实施方式
实施例一：一种将浮标杆的伸缩驱动部件安装在浮标杆上端的可折叠和可伸缩式多功能浮标。
如图1所示本实用新型的可折叠和可伸缩式多功能浮标包括浮体电子舱、平衡配重舱、空心标体连接杆、可伸缩浮标杆、可折叠式水声接收短基线阵、无线电定位系统、罗经及姿态仪、信息处理电子单元、水声收发换能器组件、电源模块以及微型驱动电机等。所述无线电定位系统采用DGPS进行无线定位，罗经及姿态仪采用一体化磁罗盘，所述浮体电子舱2通过空心标体连接杆4与其下端的平衡配重舱3连接，可伸缩浮标杆5固定安装在浮体电子舱2上端，微型水密电机9安装在可伸缩浮标5上，可伸缩浮标杆5中安装活塞式可伸缩浮标杆51，在其顶端装有DGPS天线54、无线通信天线55及航标灯56；可折叠式水声接收短基线阵6安装在浮体电子舱2和平衡配重舱3之间，浮体电子舱2和平衡配重舱3之间的连接缆线41从空心标体连接杆4的内部穿过，并通过水密件42密封后进入浮体电子舱2和平衡配重舱3内，可伸缩浮标杆5内的缆线52也通过水密件53密封后进入浮体电子舱2，各舱室之间保持水密连接，水声收发换能器组件71通过承重电缆76连接到平衡配重舱3底部，信息处理电子单元7安装在浮体电子舱2及平衡配重舱3内，DGPS天线54、无线电通信天线55及航标灯56安装在活塞式可伸缩浮标杆51的顶端，并罩有天线保护罩541。
如图2示所示，所述信息处理电子单元7包括水声收发电子模块72、DGPS组合定位模块73、无线数据通信模块74、通信控制模块75、接收及信号处理电路723及电源模块8，所述水声收发电子模块72、DGPS组合定位模块73、无线数据通信模块74及通信控制模块75之间通过缆线21连接；水声收发电子模块72的水声发射电路721、大功率或强信号处理电路722及电源模块8安装在平衡配重舱3内，水声收发电子模块72的接收及信号处理电路723、DGPS组合定位模块73和通信控制模块75的弱信号处理电路安装在浮体电子舱2内，通过缆线实现各功能模块间的连接。
所述无线数据通信模块74可安装在浮体电子舱2内，如附图1所示；也可根据需要安装在可伸缩浮标杆5内，如附图3所示，其上端通过缆线521与无线电通信天线55连接，其下端通过缆线522与通信及控制模块75连接。
如图3所示，所述可伸缩浮标杆5由主体浮标杆57、活塞式可伸缩浮标杆51、定位杆58、伸缩驱动部件微型水密电机9、转动螺盘59和天线保护罩541构成，所述伸缩驱动部件由微型水密电机9及转动螺盘59组成，主体浮标杆57下端与浮体电子舱2的盖板22密封连接，主体浮标杆57的上端安装有转动螺盘59以及1个以上的微型水密电机9，转动螺盘59与活塞式可伸缩浮标杆51为螺纹配合，活塞式可伸缩浮标杆51为空心丝杆，在其粗大底端的外圆周上安装有密封圈511，能与主体浮标杆57的内壁紧密配合，其中心孔内穿过天线电缆52用填料函53实现水密。天线保护罩541安装在活塞式可伸缩浮标杆51的顶端。活塞式可伸缩浮标杆51的两端可用填料函531和532进行密封，还可根据实际需要将无线电通信模块74安装在活塞式可伸缩浮标杆51的下端。
如图4所示，所述可折叠式水声接收短基线阵6是由3个以上的水声接收换能器61、换能器连接杆62、传动螺母63、丝杆64、折叠连动杆65和微型驱动电机92构成，所述浮体电子舱2与平衡配重舱3之间安装一根丝杆64，平衡配重舱3上安装有3根以上的换能器连接杆62，水声接收换能器67安装在换能器连接杆62顶端，换能器连接杆62通过折叠连动杆65与丝杆64上的传动螺母63连接。
如图5所示，可折叠式水声接收短基线阵6上的水声接收单元61电缆线66通过预留在平衡配重舱3上的水密过孔31与舱内的水声收发电子模块72电连通，其过孔使用填料函32密封，水声收发电子模块72与通信控制模块75电连通，DGPS定位模块73和罗经及姿态仪732与通信控制模块75电连通，通信控制模块75通过缆线21与无线数据通信模块74电连通，电源模块8为各功能模块提供电源。
如图6所示，所述水声收发换能器组件71是由1个以上的水声发射换能器及深度传感器733及水声信号接收前置放大电路714集成在一个耐压壳体715上，通过由多根信号芯线组成的承重电缆76与水声收发电子模块72及通信控制模块75电连通。另外，为了便于调节浮体的浮力，可增加一个可选配浮力块10，当需要增加浮体的浮力时，将可选配浮力块10加装到浮体电子舱2的上端；当浮标的浮力已足够大时，则可不再加装选配浮力块10，如图1所示。
首先将可折叠式多功能浮标布放到海面后，由无线数据通信模块74接收遥控指令，控制活塞式可伸缩浮标杆51伸出，并控制可折叠式水声接收短基线阵6的水声接收换能器61伸展开，构成由3个水声接收换能器61组成的短基线阵；通信控制模块75控制水声收发电子模块72发出自定位辅助声脉冲信号，可折叠式水声接收短基线阵6的水声接收换能器61接收到的水声信号进入水声收发电子模块72的水声信号接收及处理电路723前放输入端，通信控制模块75控制水声收发电子模块72的水声信号接收及处理电路723进行同步测时，测得自定位辅助声脉冲信号到达各水声接收换能器61的时延值；通信控制模块75控制水声收发电子模块72发出定位辅助声脉冲信号的同时，读取DGPS定位模块73的定位信息以及罗经及姿态仪732测得的浮标旋转及纵横摇角度参数，并与水声信号接收及处理电路723测得的自定位辅助声脉冲信号到达各水声接收换能器61的时延值一起打包，通过无线数据通信模块74发送到综合数据处理中心；综合数据处理中心根据其从无线数据通信模块74传来的时延值、浮标旋转及纵横摇角度参数、浮标的DGPS定位信息，实时计算并精确修正出水声收发换能器组件71的水下位置，将水声收发换能器组件71的水下位置高精度地归算到与DGPS定位坐标系统一的大地坐标系中。
可伸缩浮标杆5的伸缩控制，是通过无线数据通信模块74和通信控制模块75发送遥控指令，控制安装在主体浮标杆57上端的微型水密电机9带动转动螺盘59作正向或反向转动，通过主体浮标杆57内部安装的定位杆58限制活塞式可伸缩浮标杆51转动，将转动螺盘59的周向转动转化为活塞式可伸缩浮标杆51的上下运动，实现其伸出与缩进动作。
可折叠式水声接收短基线阵6的开合控制，是通过遥控指令控制安装在浮体电子舱内2的微型驱动电机92带动丝杆64作正转或反转，从而带动其上的传动螺母63和折叠连动杆65上下运动，实现可折叠式水声接收短基线阵6的伞状开合。
这种方式结构简单，易安装。
实施例二：一种将浮标杆的伸缩驱动装置安装在浮标杆下端的可折叠和可伸缩式多功能浮标。
如图7所示，所述可折叠和可伸缩式多功能浮标的可伸缩浮标杆5由主体浮标杆57、活塞式可伸缩浮标杆51、定位杆58及伸缩驱动部件组成，所述伸缩驱动部件由密封罩90、水密件91、微型电机93、齿轮传动组件94、轴承95、轴承96、水密件97、螺盘50构成，所述主体浮标杆57下端安装有轴承95、齿轮传动组件94和轴承96，主体浮标杆57上端安装有螺盘50。轴承95安装在密封罩90与主体浮标杆57之间，轴承96安装在浮体电子舱2的盖板22上并与主体浮标杆57配合连接。浮体电子舱2内安装1个以上的微型电机93，并分别通过水密件91与齿轮传动组件94轴接；水密件97为一个以上的“O”型圈结构安装在密封罩90上端，与主体浮标杆57保持水密配合。密封罩90安装在浮体电子舱2的盖板22上，并保持水密连接。螺盘50与活塞式可伸缩浮标杆51为螺纹配合，活塞式可伸缩浮标杆51为空心丝杆，在其粗大底端的外圆周上安装有密封圈511，能与主体浮标杆57的内壁紧密配合，其中心孔内穿过天线电缆52用填料函53实现水密。天线保护罩541安装在活塞式可伸缩浮标杆51的顶端。活塞式可伸缩浮标杆51的两端可用填料函531和532进行密封，还可根据实际需要将无线电通信模块74安装在活塞式可伸缩浮标杆51的下端。
本实施例中，可折叠和可伸缩式多功能浮标的其余各功能模块及其连接结构与实施例一相同，这里不再赘述。这种方式将浮标杆的伸缩驱动部件安装在主体浮标杆的下端，由于重心低而稳定性好。
Claims (10)
1、一种可折叠和可伸缩式多功能浮标，包括浮体电子舱、平衡配重舱、浮标杆、及水声收发换能器组件，浮标杆固定安装在浮体电子舱上端，顶部装有天线及航标灯，浮体电子舱下端连接平衡配重舱，水声收发换能器组件装在平衡配重舱底部，其特征在于：所述浮标杆为可伸缩浮标杆(5)，在浮体电子舱(2)与平衡配重舱(3)之间装有可折叠式水声接收短基线阵(6)及空心标体连接杆(4)，两舱之间的连接缆线(41)从空心标体连接杆(4)内部穿过，可伸缩浮标杆(5)内的缆线(52)连接入浮体电子舱(2)，各舱室之间保持水密连接，信息处理电子单元(7)安装在浮体电子舱(2)及平衡配重舱(3)内。
2、据权利要求1所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：所述可伸缩浮标杆(5)包括主体浮标杆(57)、活塞式可伸缩浮标杆(51)、定位杆(58)及伸缩驱动部件，所述主体浮标杆(57)下端与浮体电子舱(2)的盖板(22)密封连接，活塞式可伸缩浮标杆(51)为空心丝杆，安装在主体浮标杆(57)上，其粗大底端的外圆周上安装有密封圈，能与主体浮标杆(57)的内壁紧密配合，其上下两端用填料函(532、533)实现水密，伸缩驱动部件安装在主体浮标杆(57)上，定位杆(58)安装在主体浮标杆(57)内部并穿越活塞式可伸缩浮标杆(51)的粗大底端，固定在盖板(22)上。
3、据权利要求2所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：所述伸缩驱动部件由转动螺盘(59)及1个以上的微型水密电机(9)组成，转动螺盘(59)及微型水密电机(9)安装在主体浮标杆(51)的上端，转动螺盘(59)与微型水密电机(9)为齿轮配合，与活塞式可伸缩浮标杆(51)为螺纹配合。
4、据权利要求2所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：所述伸缩驱动部件由齿轮传动组件(94)、轴承(95、96)、螺盘(50)、微型电机(93)、密封罩(90)及水密件(91)组成，所述主体浮标杆(57)下端安装有轴承(95、96)、齿轮传动组件(94)及密封罩(90)，上端安装有螺盘(50)，轴承(95)安装在密封罩(90)与主体浮标杆(57)之间，轴承(96)安装在浮体电子舱(2)的盖板(22)上并与主体浮标杆(57)配合连接，1个以上的微型电机(93)安装在浮体电子舱(2)内，并分别通过水密件(91)与齿轮传动组件(94)轴接；水密件(97)为一个以上的“O”型圈结构安装在密封罩(90)上端，与主体浮标杆(57)保持水密配合；螺盘(50)安装在主体浮标杆(57)的上端并与活塞式可伸缩浮标杆(51)螺纹配合。
5、据权利要求1所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：所述可折叠式水声接收短基线阵(6)包括3个以上的水声接收换能器(61)、换能器连接杆(62)、传动螺母(63)、丝杆(64)、折叠连动杆(65)和微型驱动电机(92)构成，所述浮体电子舱(2)与平衡配重舱(3)之间安装一根丝杆(64)，平衡配重舱(3)上安装有3根以上的换能器连接杆(62)，水声接收换能器(61)安装在换能器连接杆(62)顶端，换能器连接杆(62)通过折叠连动杆(65)与丝杆(64)上的传动螺母(63)连接。
6、据权利要求1所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：所述信息处理电子单元包括水声收发电子模块(72)、无线电定位系统(731)、组合定位修正模块(73)、无线数据通信模块(74)、通信及控制模块(75)、水声信号接收及处理电路(723)及电源模块(8)，所述水声收发电子模块(72)、无线电定位系统(731)、组合定位修正模块(73)、无线数据通信模块(74)及通信及控制模块(75)之间通过缆线(21)连接；水声收发电子模块(72)的水声发射电路(721)、大功率或强信号处理电路(722)及电源模块(8)安装在平衡配重舱(3)内，水声收发电子模块(72)的水声信号接收及处理电路(723)、无线电定位系统(731)、组合定位修正模块(73)和通信及控制模块(75)的弱信号处理电路(724)安装在浮体电子舱(2)内，通过缆线(21)实现各功能模块间的连接。
7、据权利要求6所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：所述无线数据通信模块(74)安装在浮体电子舱(2)内，其上端通过缆线(521)与无线电通信天线(55)连接，其下端通过缆线(522)与通信及控制模块(75)连接。
8、据权利要求6所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：所述无线数据通信模块(74)安装在可伸缩浮标杆(5)内，其上端通过缆线(521)与无线电通信天线(55)连接，其下端通过缆线(522)与通信及控制模块(75)连接。
9、据权利要求6所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：可折叠式水声接收短基线阵(6)上的水声接收单元电缆线(66)通过预留在平衡配重舱(3)上的水密过孔(31)与舱内的水声收发电子模块(72)电连通，其过孔使用填料函(32)密封，水声收发电子模块(72)与通信及控制模块(75)电连通，无线电定位系统(731)和罗经及姿态仪(732)与通信及控制模块(75)电连通，通信及控制模块(75)通过缆线(21)与无线数据通信模块(74)电连通，电源模块(8)为各功能模块提供电源。
10、根据权利要求6所述可折叠和可伸缩式多功能浮标，其特征在于：所述水声收发换能器组件(71)是由1个以上的水声发射和接收换能器(713)、深度传感器(733)及水声信号接收前置放大电路(714)集成在一个耐压壳体(715)上，通过由多根信号芯线的承重电缆(76)与水声收发电子模块(72)和通信及控制模块(75)电连通。
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