CN209117879U - 一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，包括水密天线、充气浮囊和电子仓，充气浮囊位于水密天线和电子仓之间，水密天线和电子仓之间连接同轴信号线，同轴信号线穿过充气浮囊；水密天线和电子仓均为灌装密封结构；水密天线包括天线基座和位于天线基座上的无源天线，天线基座底部设置与同轴信号线连接的天线接口；电子仓包括依次连接的卫星通信模块、控制模块、锂电池组和充放电保护板，相邻模块结构之间通过绝缘材料隔开，电子仓底部设置配重块，电子仓顶部设置有水密接口，同轴信号线与卫星通信模块连接，本实用新型所公开的信标机既可以单独使用，也可以与漂流物进行稳固的连接，以跟踪海上漂浮物轨迹。

Description

一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机

技术领域

本实用新型涉及一种信标机，特别涉及一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机。

背景技术

海上漂浮垃圾是海洋中主要污染物之一，它会随海流快速移动，极易形成全球性污染。研究海上漂浮垃圾如何随海流运输、最终流向何处，对治理海洋漂浮垃圾具有重要意义。当前在海上主要使用各类卫星信标机对设备进行定位和报文回传。卫星信标机是一种利用卫星信号定位自身经纬度，并能通过卫星通信发送自身位置的电子装置。现有海面用信标具有接收报文、定位、发送报文的功能，通常有一层坚固的水密外壳，并且使用时需要与待定位的设备进行物理接插，内部包括内置电池、卫星收发器、GPS、天线等装置，可长时间工作。

现有信标机分为两类，一类自身不带浮力需要固定到姿态稳定的浮力设备上使用，另一类自带浮力可单独使用，但体积较大不方便安装。由于漂浮物姿态不确定，两类信标机与漂浮物固定后都无法保证天线始终露出水面。因此在当前海洋环境治理的需求下，需要设计一种新型的跟踪信标机，该信标机既可以单独使用，也可以与漂流物进行稳固的连接，以跟踪海上漂浮物轨迹。科研人员可以通过该设备研究海上漂浮物垃圾尤其是硬质塑料垃圾的运输方式。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，采用弹性充气结构，在水中的姿态稳定，可以通过充气膨胀的方式与中空漂浮物固定为一体，并通过自身浮心重心产生的扭矩，调整整体姿态的目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，包括水密天线、充气浮囊和电子仓，所述充气浮囊位于水密天线和电子仓之间，所述水密天线和电子仓之间连接同轴信号线，所述同轴信号线穿过所述充气浮囊；所述水密天线和电子仓均为灌装密封结构；所述水密天线包括天线基座和位于天线基座上的无源天线，所述天线基座底部设置与同轴信号线连接的天线接口；所述电子仓包括依次连接的卫星通信模块、控制模块、锂电池组和充放电保护板，相邻模块结构之间通过绝缘材料隔开，所述电子仓底部设置配重块，所述电子仓顶部设置有水密接口，所述同轴信号线与所述卫星通信模块连接。

上述方案中，所述水密接口包括与锂电池组正负极连接的电池接口、与控制模块连接的模块供电接口、用于放置卫星通讯卡的通讯卡槽、以及上电插头，所述上电插头内设置用于连接电池接口和模块供电接口的短接线，所述通讯卡槽与卫星通信模块连接。

上述方案中，所述卫星通信模块包括用于将RNSS卫星定位信号进行放大的低噪声放大器一、RNSS射频接受模块，用于将岸站发来的信号进行放大的低噪声放大器二、RDSS射频信号收发模块和数据处理芯片，用于将发送岸站的信号进行放大的功放芯片，所述RDSS射频信号收发模块与功放芯片信号连接，所述RNSS射频接受模块和数据处理芯片均与控制模块信号连接。

上述方案中，所述控制模块包括与RDSS射频信号收发模块与功放芯片信号连接的控制芯片，电源管理模块、定时唤醒模块和磁控上电模块，所述控制芯片与定时唤醒模块信号连接，所述锂电池组与电源管理模块和磁控上电模块电连接。

上述方案中，所述充气浮囊为单个环形充气浮囊或多个充气浮囊，所述充气浮囊上设置充气嘴。

上述方案中，所述单个环形充气浮囊中心设有可供同轴信号线通过的穿线槽，所述环形充气浮囊通过限位杆一与同轴信号线连接。

上述方案中，所述多个充气浮囊通过限位杆二与同轴信号线连接。

通过上述技术方案，本实用新型提供的充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机具有以下优点：

1、体积小、运输方便。采用可伸缩气囊的结构，不充气时可以压缩成规则圆柱体装箱，与一般硬壳信标机相比体积缩小1倍以上。

2、可单独使用，快速布放。信标机整体具备浮力，无需安装在设备上，可以单独进行布放；采用充气浮囊的结构布放速度快，充气后，直接扔到水中即可。

3、无需固定安装即可跟踪中空漂浮物。研究海上形状各异的漂浮物运输路径时，通常需要将漂浮物与信标机进行固定，十分不便。采用本实用新型可以通过充气膨胀的方式将信标机牢固的嵌入到中空漂浮物内部，并通过调整自身质量和重心浮心分布保持天线向上露出水面。

4、低功耗待机。本实用新型中信标机可进入待机模式，待机模式下卫星通信模块掉电，整机功耗小于1mW，定时唤醒进行定位并回传信息，唤醒后可远程接收岸站指令调整休眠间隔时间。

5、全状态回传功能。本实用新型回传的报文里不光包括位置信息，还包括电池电量、故障码、当前模式信息等信标机全状态信息。

6、远程模式切换。本实用新型中信标机工作模式下可接收岸站指令并进行模式切换，模式有待机/唤醒模式、连续定位模式。待机/唤醒模式可以跟踪漂流物轨迹，连续定位模式用于漂流物寻回作业。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例所公开的一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机未充气时整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的单个环形充气浮囊充气后的示意图；

图3为本实用新型实施例所公开的多个充气浮囊充气后的示意图；

图4为本实用新型实施例所公开的电子仓灌封前各部分结构示意图；

图5为本实用新型实施例所公开的水密天线灌封前各部分结构示意图；

图6为本实用新型实施例所公开的水密接口结构示意图；

图7为信标机姿态回正的受力分析图；

图8为信标机各功能模块的工作原理框图。

图中，1、水密天线；2、充气浮囊；3、电子仓；4、同轴信号线；5、天线基座；6、无源天线；7、天线接口；8、卫星通信模块；9、控制模块；10、锂电池组；11、充放电保护板；12、配重块；13、水密接口；14、电池接口；15、模块供电接口；16、卫星通讯卡；17、通讯卡槽；18、上电插头；19、短接线；20、充气嘴；21、穿线槽；22、限位杆一；23、限位杆二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型提供了一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，该信标机既可以单独使用，也可以与漂流物进行稳固的连接，以跟踪海上漂浮物轨迹。

如图1所示的充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，包括水密天线1、充气浮囊2和电子仓3，充气浮囊2位于水密天线1和电子仓3之间，水密天线1和电子仓3之间连接同轴信号线4，同轴信号线4穿过充气浮囊2，水密天线1和电子仓3均为灌装密封结构。

如图5所示，水密天线1包括天线基座5和位于天线基座5上的无源天线6，天线基座5底部设置与同轴信号线4连接的天线接口7。同轴信号线4接口与无源天线6用于接收卫星定位信号和收发卫星短报文，包括L波段天线与S波段天线；同轴信号线4具备抗拉伸和水密的特点，一端连接卫星通信模块8接口，一端连接天线接口7。将天线基座5、天线接口7和无源天线6置入模具中，通过灌封实现天线的水密处理。

如图4所示，电子仓3包括依次连接的卫星通信模块8、控制模块9、锂电池组10和充放电保护板11，相邻模块结构之间通过绝缘材料隔开，可以摆成如图4所示的叠层结构或其他结构形式。电子仓3底部设置配重块12，电子仓3顶部设置有水密接口13，同轴信号线4与卫星通信模块8连接。锂电池组10外部做绝缘处理，卫星通信模块8做电磁屏蔽处理，通过导线按图8所示关系连接各个模块。将同轴信号线4插入卫星通信模块8的对应接口，整体放入灌封模具中，水密接口13开口向上置于灌封线之上。向灌封模具中注入聚氨酯或其他材料的灌封试剂，待试剂凝固后从灌封模具中取出一体化电子仓3，该电子仓3具有水密好、散热强、抗冲击的特点。

如图6所示，水密接口13包括与锂电池组10正负极连接的电池接口14、与控制模块9连接的模块供电接口15、用于放置卫星通讯卡16的通讯卡槽17、以及上电插头18，上电插头18内设置用于连接电池接口14和模块供电接口15的短接线19，通讯卡槽17与卫星通信模块8中的RDSS射频信号收发模块连接。

如图8所示，卫星通信模块8包括用于将RNSS卫星定位信号进行放大的低噪声放大器一、RNSS射频接受模块，用于将岸站发来的信号进行放大的低噪声放大器二、RDSS射频信号收发模块和数据处理芯片，用于将发送岸站的信号进行放大的功放芯片，RDSS射频信号收发模块与功放芯片信号连接，RNSS射频接受模块和数据处理芯片均与控制模块9信号连接。

控制模块9包括与RDSS射频信号收发模块与功放芯片信号连接的控制芯片，电源管理模块、定时唤醒模块和磁控上电模块，控制芯片与定时唤醒模块信号连接，锂电池组10通过电池接口14、短接线19、模块供电接口15与电源管理模块和磁控上电模块电连接。

如图2和图3所示，充气浮囊2为单个环形充气浮囊2或多个充气浮囊2，充气浮囊2上设置充气嘴20。充气浮囊2由橡胶或PVC等高强度防水材料制成。单个环形充气浮囊2中心设有可供同轴信号线4通过的穿线槽21，环形充气浮囊2通过限位杆一22与同轴信号线4连接。多个充气浮囊2通过限位杆二23与同轴信号线4连接。充气嘴20通常集成了止回阀和密封结构，可防止已经泵入充气浮囊2中的气体外漏，采用耐海水腐蚀的有机材料制备。在使用时充气浮囊2充气膨胀，隔在水密天线1和电子仓3之间，使水密天线1位于信标浮心以上，电子仓3位于信标浮心以下。

本实用新型实施例具备的功能及实现方案如下：

姿态保持功能：通过调节电子仓3下方配重块12质量调配信标机整体质量和重心高度，通过调节充气浮囊2的储气量调配浮心高度。通过拉大浮心和重心之间的高度差使信标机在水中的姿态稳定，如图7所示，当信标机置于漂浮物内部时，漂浮物重力和浮力的合力F1、信标机重心处所受重力F2、浮心处所受浮力F3三者合力向上使整体浮出水面，合力矩使整体产生转动，实现姿态调节。姿态调整后水密天线1始终被充气浮囊2托载在水线以上，无源天线6顶部无屏蔽层遮挡(屏蔽层尤其指海水或其他导体，漂浮物尤其指一类非金属塑料垃圾，这种有机材质一般不能屏蔽卫星信号)。

定位与报文传送功能：如图8所示，电子仓3内的卫星通信模块8与水密天线1组成的系统具有定位和报文发送功能。卫星通信模块8集成了RNSS射频接收模块，用于接收卫星定位信号，集成了低噪声放大器(LNA)实现卫星信号滤波放大，集成的RDSS射频信号收发模块用于短报文通信，集成的功放芯片(PA)用于提高短报文通信的发射功率。

以北斗卫星通信模块8为例。首先，RNSS卫星定位信号通过L波段天线采集，经过低噪声放大器一放大后，进入RNSS射频接收模块进行滤波，解调解码等处理过程，得到位置信息并发送到控制模块9。接下来，控制模块9将需要发送的短报文通过通信口传给RDSS射频信号收发模块，RDSS射频信号收发模块将报文进行调制编码加密等处理后转换为待发射的信号，通过功放芯片(PA)将信号放大，利用L波段天线发射信号。最后，等待岸站反馈短报文信号，该信号由S波段天线接收，经过低噪声放大器二放大后，进入RDSS射频信号收发模块，RDSS射频信号收发模块进行滤波，解调解码等处理过程，得到短报文信息并发送到控制模块9。以上仅为一则实施例，根据卫星系统不同，使用的天线波段可能有变化。

卫星通信模块8外接无源天线6、锂电池组10即可工作，实现定位和报文传送功能。报文回传信息包括：方位坐标、定位有效位、电池电量、故障信号等；可接收执行的报文命令包括：复位操作、唤醒周期设置、工作模式切换等。

定时唤醒功能：定时唤醒功能由控制模块9中的定时唤醒模块实现，该模块包括定时芯片和CMOS电路，通过MOS管的导通与截止控制电源管理模块的上电与掉电，进而实现卫星通信模块8、控制芯片的开关。控制芯片可接收报文命令设定该模块休眠或唤醒时间。

充电上电功能：锂电池组10采用锂电池串并联的方式组合，电池组通过充放电保护板11进行充放电，防止放电不均或过充。充电时通过水密接口13中电池接口14进行充电；上电启动时，首先确认已将卫星通讯卡16插入通讯卡槽17，然后将上电插头18插入水密接口13，上电插头18内的短接线19会将电池接口14与模块供电接口15相连，实现信标机上电。上电后控制模块9中的磁控上电模块进入零功耗待机状态，通过外部磁力信号启动定时唤醒模块开始工作。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，其特征在于，包括水密天线、充气浮囊和电子仓，所述充气浮囊位于水密天线和电子仓之间，所述水密天线和电子仓之间连接同轴信号线，所述同轴信号线穿过所述充气浮囊；所述水密天线和电子仓均为灌装密封结构；所述水密天线包括天线基座和位于天线基座上的无源天线，所述天线基座底部设置与同轴信号线连接的天线接口；所述电子仓包括依次连接的卫星通信模块、控制模块、锂电池组和充放电保护板，相邻模块结构之间通过绝缘材料隔开，所述电子仓底部设置配重块，所述电子仓顶部设置有水密接口，所述同轴信号线与所述卫星通信模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，其特征在于，所述水密接口包括与锂电池组正负极连接的电池接口、与控制模块连接的模块供电接口、用于放置卫星通讯卡的通讯卡槽、以及上电插头，所述上电插头内设置用于连接电池接口和模块供电接口的短接线，所述通讯卡槽与卫星通信模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，其特征在于，所述卫星通信模块包括用于将RNSS卫星定位信号进行放大的低噪声放大器一、RNSS射频接收模块，用于将岸站发来的信号进行放大的低噪声放大器二、RDSS射频信号收发模块和数据处理芯片，用于将发送岸站的信号进行放大的功放芯片，所述RDSS射频信号收发模块与功放芯片信号连接，所述RNSS射频接收模块和数据处理芯片均与控制模块信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，其特征在于，所述控制模块包括与RDSS射频信号收发模块与功放芯片信号连接的控制芯片，电源管理模块、定时唤醒模块和磁控上电模块，所述控制芯片与定时唤醒模块信号连接，所述锂电池组与电源管理模块和磁控上电模块电连接。

5.根据权利要求1所述的一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，其特征在于，所述充气浮囊为单个环形充气浮囊或多个充气浮囊，所述充气浮囊上设置充气嘴。

6.根据权利要求5所述的一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，其特征在于，所述单个环形充气浮囊中心设有可供同轴信号线通过的穿线槽，所述环形充气浮囊通过限位杆一与同轴信号线连接。

7.根据权利要求5所述的一种充气式海洋漂流物轨迹跟踪信标机，其特征在于，所述多个充气浮囊通过限位杆二与同轴信号线连接。