CN206788371U - 一种基于星基差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标 - Google Patents
一种基于星基差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于星基差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标，包括可拆卸浮标球形壳体、北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线、姿态测量模块、数据运算模块、数据发送模块、北斗短报文传输天线。天线安装在球形壳体上，测量模块、运算模块和发送模块放在球形壳体内。球形壳体上设置透明保护罩、太阳能电池板、工作锚灯，内部设置干燥架、接线端子和蓄电池。北斗/GPS卫星天线可同时接受多个频点卫星定位信号。星基差分信号天线接收Inmarsat(海事卫星)发射的差分信号。数据运算模块包括运算板卡、存储板卡，用于获得、存储波浪数据和潮位数据。数据发送模块传输波浪、潮位数据。该浮标可实现深远海区的波浪和潮位远程在线测量和远距离传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及海上波浪和潮位测量装置，特别是涉及利用北斗卫星系统的海上波浪和潮位测量浮标。
背景技术
海洋波浪数据和潮位数据是重要的海洋水文观测要素，主要包含波高、波周期、波向以及潮位。深远海波浪、潮位的精准化测量和预报对远洋航运、科学研究、防灾减灾和国防军事具有十分重要的意义，同时对又好又快实现“海上丝绸之路”国家战略具有巨大的促进作用。我国对适用于深远海的波浪潮位测量仪器设备有着巨大需求。
波浪浮标是测量波浪数据的重要设备，潮位测量仪是测量潮位数据重要设备。
根据工作原理的不同，波浪浮标可分为重力加速度式和卫星测波式。重力加速度式波浪浮标结构复杂、设备昂贵、数据传输距离短，不适用深远海海域。
根据辅助定位差分信号源的获取方式不同，卫星测波式波浪浮标又分为地基差分增强方式和星基差分增强方式。其中，地基增强方式中，将采用蓄电池供电的差分信号发送装置(也称基准站)放置在地势较高的岸边，此时差分信号采用高频通信，工作距离小于15km，并且耗电量较大。因此，地基差分增强技术存在地势选址难、工作距离较近和续航时间较短的限制，从而无法测量深远海波浪和潮位数据。在星基增强方式中，将带有太阳能电池板的太空通信卫星作为基准站，此时通信工作距离远、覆盖范围广、续航时间长，可用于测量深远海波浪和潮位数据。
根据工作原理不同，潮位测量仪主要可分为浮子式和压力式。前者需要沿海台站的验潮井配合测量，后者受限于线缆长度较短，因此两者均存在不足之处，都不适用于深远海的潮位测量。
同时，现有波浪与潮位的测量独立实施，无法联合测量波浪和潮位数据，存在数据融合困难的问题，人为地割裂了波浪和潮位的天然内在关系。
发明内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于星基差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标，以北斗系统为主平台，配合GPS系统，采用星基差分增强技术，形成融合定位测量装置，完成全球范围内深远海波浪和潮位测量工作。
本实用新型涉及的基于星基差分增强技术深远海波浪和潮位的测量浮标包括可拆卸浮标球形壳体、北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线、北斗短报文传输天线、姿态测量模块、数据运算模块、数据发送模块。北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线和北斗短报文传输天线安装在浮标球形壳体上，姿态测量模块、数据运算模块、数据发送模块设置在浮标球形壳体内。北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线与浮标球形壳体内的数据运算模块连接，北斗短报文传输天线与浮标球形壳体内的数据发送模块连接。
所述的可拆卸浮标球形壳体分为上壳体部分和下壳体部分。上壳体部分安装透明保护罩、太阳能电池板、工作锚灯、工作开关。下壳体部分设置干燥架、接线端子和蓄电池。太阳能电池板通过接线端子与蓄电池相连，为蓄电池充电。蓄电池与姿态测量模块、数据运算模块、数据发送模块相连，为它们提供电能。
所述的北斗/GPS卫星天线采用多模式多频率信号接收天线，适用于北斗定位系统和GPS定位系统，可接受多种调制模式、多个频率点的卫星定位信号。
所述的星基差分信号天线适用于接收Inmarsat(海事卫星)发射的星基差分信号，用于修正北斗/GPS定位信号中的测量误差。
所述的姿态测量模块用于测量浮标壳体摇摆姿态，修正由于姿态变化引入的测量误差。
所述的数据运算模块包括数据运算板卡、数据存储板卡，用于融合运算卫星定位信号、星基差分信号和浮标姿态信号，得到波浪数据和潮位数据，并对运算完成后数据进行存储备份。
所述的数据发送模块放置在浮标球形壳体内，包括信号调制模块和功率放大模块，与浮标球形壳体上的北斗短报文传输天线连接。
所述的北斗短报文传输天线采用北斗二代通信技术，传输速率快、可靠性高，与放置在浮标球形壳体内的数据发送模块连接，将波浪数据和潮位数据快速准确传输到岸上数据接收系统。
该浮标可实现深远海海域的波浪和潮位数据远程在线同步测量和远距离传输，同时，该浮标不需要使用重力加速度传感器、压力传感器等多种传感器，不需要地面基准站，使用方便、测量可靠。浮标自带太阳能发电装置，能长期连续稳定工作，具有续航时间长的特点。
附图说明
图1为本实用新型所涉及的基于星基增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标海上设置示意图；
图2本实用新型所涉及的深远海波浪和潮位测量浮标的上壳体部分结构示意图；
图3本实用新型所涉及的深远海波浪和潮位测量浮标的下壳体部分结构示意图。
图中标记说明：
1、GPS定位卫星群 2、北斗定位卫星群
3、差分信号卫星 4、深远海海面
5、岸边陆地 6、星基差分增强卫星浮标
7、卫星浮标开关 8、卫星浮标锚灯
9、星基差分信号天线 10、北斗/GPS卫星天线
11、北斗短报文传输天线 12、岸上数据接收系统
13、浮标球形壳体上壳体部分 14、卫星浮标透明保护罩
15、太阳能电池板 16、浮标球形壳体下壳体部分
17、数据发送模块 18、数据运算模块
19、蓄电池 20、姿态测量模块
21、干燥架 22、接线端子
具体实施方式
结合附图，对本实用新型的技术方案进一步说明。
本实用新型涉及的基于星基差分增强技术深远海波浪和潮位的测量浮标6包括可拆卸浮标球形壳体、星基差分信号天线9、北斗/GPS卫星天线10、北斗短报文传输天线11、透明保护罩14、姿态测量模块20、数据运算模块18、数据发送模块17。
所述的可拆卸浮标球形壳体呈圆球状，可拆分为上壳体部分13和下壳体部分16。
北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线和北斗短报文传输天线安装在浮标球形壳体的上壳体，姿态测量模块、数据运算模块、数据发送模块设置在浮标球形壳体的下壳体。北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线与浮标球形壳体内的数据运算模块连接，北斗短报文传输天线与浮标球形壳体内的数据发送模块连接。
上壳体部分设置卫星浮标开关7、卫星浮标锚灯8、透明保护罩14、太阳能电池板15。卫星浮标开关用于启动或者关闭测量浮标工作电路。卫星浮标锚灯定期发射闪烁黄光，提示浮标工作状态，并且提醒过往船只注意避让。透明保护罩用于隔绝海水，保护太阳能电池板免受盐雾侵蚀，延长工作寿命，同时在运输过程中保护太阳能电池板不受到撞击破损。太阳能电池板用于给蓄电池充电，给测量浮标提供电能来源，满足长期工作需求。
下壳体部分设置蓄电池19、干燥架21、接线端子22。蓄电池用于存储太阳能电池板产生的电能，同时对测量浮标各个用电设备进行供电。干燥架对称设置，上壳体和下壳体密封以后，放置在干燥架上的干燥剂吸收壳体内部残留水蒸气，确保壳体内部环境干燥，避免电路潮湿腐蚀，延长工作寿命。接线端子方便信号和电源集中接线，减少接线复杂度，并且便于排查电路接线故障。
所述的北斗/GPS卫星天线10采用扼流圈天线，降低卫星信号海面反射干扰，可接受多模式多频率信号，适用于北斗定位系统和GPS定位系统，可接受北斗系统B1(1561.098MHz)、B2(1207.140MHz)、B3(1268.520MHz)频点的定位信号，同时可接受美国GPS系统L1(1575.42MHz)、L2(1227.60MHz)频点的定位信号，具有接受频率点多、干扰小的优点。北斗/GPS卫星天线10安装在球形壳体的上壳体。
所述的星基差分信号天线9适用于接收Inmarsat(海事卫星)卫星发射差分信号，用于修正北斗/GPS定位信号中存在的、电离层/对流层产生的定位误差，提高测波浮标定位精度。星基差分信号天线9安装在球形壳体的上壳体，与北斗/GPS卫星天线10安装位置间隔一定距离，减小天线之间的互相干扰。
所述的姿态测量模块20用于测量浮标壳体纵摇、横摇和艏摇的姿态运动数据，并将运动数据传输到数据运算模块18，用于修正壳体随机摇摆引入的姿态误差。姿态测量模块20放置在球形壳体的下壳体几何中心位置，便于精确测量球形壳体运动变化信息。
所述的数据运算模块18包括数据运算板卡、数据存储板卡，用于融合运算卫星定位信号、星基差分信号和浮标运动姿态信号，得到精确的浮标运动轨迹数据。同时，对浮标运动轨迹数据进行分离处理，得到波浪数据；并依据国家标准确定当地海域潮高基准面，对浮标运动轨迹数据进行分离处理，得到潮位数据。
所述的数据发送模块放置17在浮标球形壳体内，包括信号调制模块和功率放大模块，与球形壳体上的北斗短报文传输天线11连接。
所述的北斗短报文传输天线11采用北斗二代通信技术，传输速率快、可靠性高，与放置在浮标球形壳体内的数据发送模块连接，将完成调制的波浪数据和潮位数据快速准确地传输到岸上数据接收系统12。北斗短报文传输天线11安装在球形壳体的上壳体，与星基差分信号天线9、北斗/GPS卫星天线10的安装位置都间隔一定距离，减小天线之间的互相干扰。
Claims (5)
1.一种基于星基差分增强技术深远海波浪和潮位的测量浮标，其特征在于：包括可拆卸浮标球形壳体、北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线、北斗短报文传输天线、姿态测量模块、数据运算模块、数据发送模块；北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线和北斗短报文传输天线安装在浮标球形壳体顶部，姿态测量模块、数据运算模块、数据发送模块设置在浮标球形壳体内；北斗/GPS卫星天线、星基差分信号天线与浮标球形壳体内的数据运算模块连接，北斗短报文传输天线与浮标球形壳体内的数据发送模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于星基差分增强技术深远海波浪和潮位的测量浮标，其特征在于：所述的可拆卸浮标球形壳体分为上壳体部分和下壳体部分，上壳体部分设置透明保护罩、太阳能电池板、工作锚灯、工作开关，下壳体部分设置干燥架、接线端子和蓄电池；太阳能电池板通过接线端子与蓄电池相连，为蓄电池充电；蓄电池与姿态测量模块、数据运算模块、数据发送模块相连，为它们提供电能。
3.根据权利要求1所述的一种基于星基差分增强技术深远海波浪和潮位的测量浮标，其特征在于：所述的北斗/GPS卫星天线采用多模式多频率信号接收天线，适用于北斗定位系统和GPS定位系统，可接受多种调制模式、多个频率点的卫星定位信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于星基差分增强技术深远海波浪和潮位的测量浮标，其特征在于：所述的星基差分信号天线适用于接收海事卫星发射的差分信号，差分信号用于修正北斗/GPS定位信号中的测量误差。
5.根据权利要求1所述的一种基于星基差分增强技术深远海波浪和潮位的测量浮标，其特征在于：所述的数据运算模块包括数据运算板卡、数据存储板卡，用于融合运算卫星定位信号、差分信号和浮标姿态信号，得到波浪数据和潮位数据，并对运算完成后数据进行存储备份。
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