CN209214605U - 一种应用于Argo海洋观测平台的通讯模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于Argo海洋观测平台的通讯模块，涉及海洋观测调查用设备领域，通讯模块包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括Argo浮标本体，软件部分包括Argo浮标主系统、处理器、电源管理系统、北斗短报文RDSS电路和卫星天线，数据效验流程包括启动Argo浮标主系统，传输到处理器中，然后进行进行解码，处理，重新打包，发送给北斗短报文RDSS电路，再发送给卫星天线，完成单次发送流程，与卫星进行通信，向处理器发送一个应答和校验数据，证明数据已经向卫星发送出去了，本实用新型使用了我国具有自主产权的北斗通讯技术，信号传输和存储过程都控制在我国范围之内，整个服务系统不受别人影响，数据的安全得到了保证。

Description

一种应用于Argo海洋观测平台的通讯模块

技术领域

本实用新型属于海洋观测调查用设备领域，具体涉及一种应用于Argo海洋观测平台的通讯模块。

背景技术

Argo浮标平台是应用于“ARGO全球海洋观测网”项目的平台类仪器，其能够利用自身所携带的能源，改变自身浮力，从而实现在海洋里自动下潜和上浮。在工作过程中，Argo平台按照用户设定的程序，下潜到指定的海水深度，然后增加自己的浮力进行上浮。在上浮过程中，Argo平台会启动相关的传感器，在设定的深度进行测量。当Argo平台上浮至海面后，会启动卫星通讯系统，将所的得到的所有数据发送出去；一个工作周期就结束了，并立即进入到下一个工作周期。Argo是一种丢弃式平台，具有工作寿命，当自身能源消耗殆尽后，会自动沉入海底。

由于应用环境的特殊性，在远离大陆的海面上，传统的通讯方式例如有线通讯、手机网络、WIFI等等都不能够使用了，只能通过卫星，将自身携带的数据发送出去，同时也接收外部的指令，是浮标与外部建立联系的唯一通道。因此卫星通讯在Argo浮标平台中是非常重要的模块，它的优劣决定着Argo浮标平台整体技术水平。

同时，Argo浮标可能被某些国家重要部门或者军方采用，对我国周边海区进行环境观测，因此其数据是非常重要的，有可能涉及到国家安全与人民的利益。因此卫星通讯的通道是非常关键的，要保证传输数据的可靠性与安全性。

由于技术发展方面的原因，我国使用的argo浮标大多是国外进口的，例如NKE、Seabird，直接使用的是原有浮标带有的卫星通信与定位系统。

其中一个方案是使用美国GPS卫星定位系统进行定位，使用美国的铱星计划卫星进行数据的通讯。现在无论是自主运行型的浮标平台，定点观测浮标平台，漂流浮标平台，大多设备都采用这样的方案。美国GPS卫星定位系统，服务器是在美国境内，所有的数据必须要先经过那边的服务器进行处理、解码、中转，然后在通过国际网络传回国内。因此数据的安全性就有了问题，甚至面临泄露的危险，在一些具有国家安全背景的项目中，就会有很大的局限性。

另一个方案是采用Argos卫星系统。它是伴随ARGO计划（ARRAYforREAL-TIMEGEOSTROPHICOCEANOGRAPHY）通俗称“ARGO全球海洋观测网”诞生的通讯方案，Argos是专门用于检测和保护环境的微型定位和数据采集系统，当一颗卫星收到发射平台的信号后，会将信号传送给国际argos地面中心，进行位置计算和数据处理，用户可以实时的在世界任何一个公共数据网上找到自己的数据，也可以自动的发送到用户计算机上。该系统包括五颗卫星，四颗用于定位，一颗用于通讯。可以一并实现浮标平台的定位与数据通讯功能。因为这个系统的公开化要求，其数据也是存储在公开平台的。其目的是旨在快速、准确、大范围地收集全球海洋上层的海水温、盐度剖面资料，以提高气候预报的精度，有效防御全球日益严重的气候灾害给人类造成的威胁。其具有一个argos委员会，用来审核接入其中的各个项目与这个系统的兼容性与一致性。因此要使用argos系统，就必须先要查阅argos用户指南（argosuser’smanual），着手对自身项目进行相应的设计。然后向委员会进行申请，得到相应的用户id号和密码，才能正常接入该系统。从项目的运作方式上来说，整体是在别人指定的体系下完成的，缺乏了自我设计的自由度。另外从argos系统的整体目的上来说，也是为了服务于全球的，因此其数据必然是存储在国外公共的平台上，并且能够与其他人共享使用，因此其数据的安全性得不到保障。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种应用于Argo海洋观测平台的北斗定位通讯模块，解决背景技术中提到的所有问题或者之一。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种应用于Argo海洋观测平台的通讯模块，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括Argo浮标本体；

所述软件部分包括Argo浮标主系统、RS232接口一、处理器、RS232接口二、电源管理系统、北斗短报文RDSS电路、射频接口和卫星天线；

所述Argo浮标主系统：向整个软件部分供电；

所述电源管理系统：向所述处理器、RS232接口一、北斗短报文RDSS电路、RS232接口二、射频接口和卫星天线供电分别提供电源，并且对它们的能耗进行控制；

所述RS232接口一：用于实现Argo浮标主系统和处理器的连接；

所述RS232接口二：用于实现北斗短报文RDSS电路和处理器的连接；

所述处理器：分别与RS232接口一、RS232接口二通信连接；

所述北斗短报文RDSS电路：用于连接处理器和卫星天线；

所述射频接口：用于实现北斗短报文RDSS电路和卫星天线的连接；

所述卫星天线：与卫星进行通信且向处理器发送一个应答和校验数据。

优选的，所述Argo浮标本体下端设有抛载机构，Argo浮标本体上设有平衡板，所述平衡板通过连接板与Argo浮标本体外壳连接，连接板上设有功能孔，所述功能孔内通过转轴转动连接有浮子单元。

优选的，所述抛载装置包括电机、固定壳、永磁铁、抛载块、连接法兰、接头固定件和耐压湿插拔连接器公头，所述固定壳内设有所述电机，电机的输出轴传动连接所述连接法兰，电机上端与所述耐压湿插拔连接器公头端部的接线柱电性连接，所述接头固定件套设在耐压湿插拔连接器公头外部，所述永磁铁固定在连接法兰下侧，固定壳相对于永磁铁的位置开设有一个开槽，所述抛载块的一部分嵌入到所述开槽内。

优选的，所述接头固定件用于与所述Argo浮标本体下端螺纹连接。

本实用新型有益效果是：使用了我国具有自主产权的北斗通讯技术，信号传输和存储过程都控制在我国范围之内，整个服务系统不受别人影响，数据的安全得到了保证，可以应用在国防安全等应用中。项目设计方案、数据格式都不用严格遵照国外标准约束，能够根据自身项目的情况和实际应用需求进行灵活制定。整个北斗通讯模块具有通用性，不单单可以直接应用在国产的Argo浮标设备上，还可以应用在进口Argo浮标中，直接替换国外铱星和argos卫星通信方案，经过改造后的浮标即可应用在数据安全需求高的领域中；整个北斗通讯模块工作过程可靠性高，具有数据校验和数据重发功能，保障了海洋观测数据的可靠性。天线部分在实现上述功能情况下，还能够保证信号的正常发射。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施例1中软件部分的电路结构图。

图2是本实用新型的具体实施例1的效验流程图。

图3是本实用新型的具体实施例2中硬件部分的结构示意图。

图4是本实用新型的具体实施例2中抛载机构的结构示意图。

图5是本实用新型的具体实施例2中平衡板的俯视图。

其中：1-Argo浮标本体，2-平衡板，3-连接板，4-浮子单元，5-电机，6-固定壳，7-永磁铁，8-抛载块，9-连接法兰，10-接头固定件，11-耐压湿插拔连接器公头，12-开槽，13-固定仓。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的实用新型构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1

如图1至图2所示，一种应用于Argo海洋观测平台的通讯模块，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括Argo浮标本体1；

所述软件部分包括Argo浮标主系统、RS232接口一、处理器、RS232接口二、电源管理系统、北斗短报文RDSS电路、射频接口和卫星天线；

所述Argo浮标主系统：向整个软件部分供电；

所述电源管理系统：向所述处理器、RS232接口一、北斗短报文RDSS电路、RS232接口二、射频接口和卫星天线供电分别提供电源，并且对它们的能耗进行控制；

所述RS232接口一：用于实现Argo浮标主系统和处理器的连接；

所述RS232接口二：用于实现北斗短报文RDSS电路和处理器的连接；

所述处理器：分别与RS232接口一、RS232接口二通信连接，用于负责RS232接口一、RS232接口二的通信，接收浮标主系统发送过来的数据，并对数据进行解码、分析、处理，同时还担当着北斗卫星天线的驱动工作，需要按照北斗卫星天线的使用协议，将数据进行正确的打包和发送，接收天线返回的检验信息，对数据进行核对，当出现校验错误的时候，还需要进行重新发送；

所述北斗短报文RDSS电路：用于连接处理器和卫星天线，可将处理器传输过来数字信号转换成设备信号，发送给卫星天线，完成单次发送流程；

所述射频接口：用于实现北斗短报文RDSS电路和卫星天线的连接；

所述卫星天线：与卫星进行通信且可向处理器发送一个应答和校验数据，证明数据已经向卫星发送出去了。

应用于Argo海洋观测平台的通讯模块的数据效验流程，包括以下步骤：

1）启动所述Argo浮标主系统，进入到工作状态后，Argo浮标存储的数据，经过所述RS232接口一进入所述处理器中；

2）处理器对步骤1）中传输过来的数据进行解码，处理，并且按照北斗卫星天线的协议，重新打包，通过所述RS232接口二发送给所述北斗短报文RDSS电路；

3）北斗短报文RDSS电路将步骤2）传输过来的数字信号转换成设备信号，发送给所述卫星天线，完成单次发送流程；

4）卫星天线开始与卫星进行数据通信，当卫星天线发送结束后，会通过RS232接口二向处理器返回一个应答，证明数据已经向卫星发送出去了，这个时间非常短。如果在规定的时间内没有返回应答，则证明卫星天线发送失败，处理器需要重新发送一遍。最多重复发送次数为3次；

5）当卫星接收到卫星天线传输的数据后，会返回一次校验数据到卫星天线，卫星天线通过RS232接口二传送到处理器，处理器会对比自己此次数据与步骤4）的数据否一致，如果不一致，则证明发送数据校验有问题。需要再次重发，这种情况的最大重发次数为3次。

实施例2

一种应用于Argo海洋观测平台的通讯模块，所述Argo浮标本体1下端设有抛载机构，Argo浮标本体1上设有平衡板2，所述平衡板2通过连接板3与Argo浮标本体1外壳连接，连接板3上设有功能孔，所述功能孔内通过转轴转动连接有浮子单元4。

如图3所示，卫星天线部分的其他部分外壳由铝合金材料制作，壁厚经过严格设计，可以耐受高潜航深度情况下海水的压力，而不变型，从而保护内部的线缆以及电路的安全。其外表面经过了氧化工艺，形成致密的氧化层可以经受海水长时间的浸泡，而不被腐蚀。北斗天线部分，需要探出Argo浮标主体之外，因为在Argo浮标本体1在一个工作周期完成之后，顶部露出水面，所以卫星天线需要尽可能的原理水面，以获得最佳的信号质量，主要有连接杆和发射头组成，连接杆用来增加天线的高度，内部可以穿过射频引线。发射头部内部含有发射端子，最终的信号是从这里产生的。因此头部的上半部分采用了塑料的材质，厚度经过了严格计算，可以耐受高潜航深度情况下海水的压力和海水长时间的腐蚀，还可以通过无线电磁波，避免信号受到影响。

Argo浮标海洋观测平台的工作原理为：浮标的沉浮功能主要依靠液压驱动系统来实现。液压系统则由单冲程泵、皮囊、压力传感器和高压管路等部件组成，皮囊装在浮标体的外部，有管路与液压系统相连。当泵体内的油注入皮囊后会使皮囊体积增大，致使浮标的浮力逐渐增大而上升。反之，柱塞泵将皮囊里的油抽回，皮囊体积缩小，浮标浮力随之减小，直至重力大于浮力，浮标体逐渐下沉。若在浮标的控制微机中输入按预定动作要求编写的程序，则微机会根据压力传感器测量的深度参数控制下潜深度、水下停留时间、上浮、剖面参数测量、水面停留和数据传输，以及再次下潜等工作环节，从而实现浮标的自动沉浮、测量和数据传输等功能。

考虑到Argo浮标本体1的沉浮平稳性，增加了平衡板2，特别是提高了Argo浮标本体1需要浮在海面上的稳定性，平衡板2上通过设置多个浮子单元4来增强稳定性。

所述抛载装置包括电机5、固定壳6、永磁铁7、抛载块8、连接法兰9、接头固定件10和耐压湿插拔连接器公头11，所述固定壳6内设有所述电机5，电机5的输出轴传动连接所述连接法兰9，电机5上端与所述耐压湿插拔连接器公头11端部的接线柱电性连接，所述接头固定件10套设在耐压湿插拔连接器公头11外部，所述永磁铁7固定在连接法兰9下侧，固定壳6相对于永磁铁7的位置开设有一个开槽12，所述抛载块8的一部分嵌入到所述开槽12内。所述接头固定件10用于与所述Argo浮标本体1下端螺纹连接。

抛载块8采用金属材料，配合永磁铁7，进行磁性吸附，如图3，为了保证整个Argo浮标本体1不抛载抛载块8情况下，保护到抛载机构，固定壳6下端还固定有固定仓13，固定仓13完全包覆住抛载块8，保护抛载块8。

本实用新型的工作原理为：在电机5转动时，通过连接法兰9带动永磁铁7沿圆周转动，永磁铁7移位后，铁质抛载块8失去永磁铁7的吸力，在重力的作用下，铁质的抛载块8掉落，从而实现抛载；铁质的抛载块8抛载，电机5的转动轴转动一周后，永磁铁7在连接法兰9的带动作用下，返回到抛载前初始位置。安装抛载块8时，推动抛载块8卡入开槽12中即可实现铁质抛载块8的安装。因此，即使在狭小范围，人的视线到达不了的Argo浮标本体1下端的位置，只需将铁质抛载块8向上顶入开槽12与永磁铁 7吸和即可实现安装抛载块8。抛载块9被抛载后再次安装压载不需要其他操作，安装过程简单。

本具体实施通过永磁铁7和铁质抛载块8吸和即可挂载，完全不需要消耗电能。电机5转动轴带动连接法兰6继而带动永磁铁7移位的方式来使永磁铁7和铁质抛载块8失去吸力，如需要执行抛载，则立即启动通电触发电路给电机5通电抛载，在抛载过程中只需要极少电能即可实现抛载，低功耗并在安装压载过程中简便快捷，保证潜水器能形成正浮力，正常回收至水面。

综上所述，本实用新型的有益效果为：使用了我国具有自主产权的北斗通讯技术，信号传输和存储过程都控制在我国范围之内，整个服务系统不受别人影响，数据的安全得到了保证，可以应用在国防安全等应用中。项目设计方案、数据格式都不用严格遵照国外标准约束，能够根据自身项目的情况和实际应用需求进行灵活制定。整个北斗通讯模块具有通用性，不单单可以直接应用在国产的Argo浮标设备上，还可以应用在进口Argo浮标中，直接替换国外铱星和argos卫星通信方案，经过改造后的浮标即可应用在数据安全需求高的领域中；整个北斗通讯模块工作过程可靠性高，具有数据校验和数据重发功能，保障了海洋观测数据的可靠性。天线部分在实现上述功能情况下，还能够保证信号的正常发射。

上面对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种应用于Argo海洋观测平台的通讯模块，包括硬件部分和软件部分，其特征在于：所述硬件部分包括Argo浮标本体（1）；

所述软件部分包括Argo浮标主系统、RS232接口一、处理器、RS232接口二、电源管理系统、北斗短报文RDSS电路、射频接口和卫星天线；

所述Argo浮标主系统：向整个软件部分供电；

所述电源管理系统：向所述处理器、RS232接口一、北斗短报文RDSS电路、RS232接口二、射频接口和卫星天线供电分别提供电源，并且对它们的能耗进行控制；

所述RS232接口一：用于实现Argo浮标主系统和处理器的连接；

所述RS232接口二：用于实现北斗短报文RDSS电路和处理器的连接；

所述处理器分别与RS232接口一、RS232接口二通信连接；

所述北斗短报文RDSS电路：用于连接处理器和卫星天线；

所述射频接口：用于实现北斗短报文RDSS电路和卫星天线的连接；

所述卫星天线：与卫星进行通信且向处理器发送一个应答和校验数据。

2.根据权利要求1所述的应用于Argo海洋观测平台的通讯模块，其特征在于：所述Argo浮标本体（1）下端设有抛载机构，Argo浮标本体（1）上设有平衡板（2），所述平衡板（2）通过连接板（3）与Argo浮标本体（1）外壳连接，连接板（3）上设有功能孔，所述功能孔内通过转轴转动连接有浮子单元（4）。

3.根据权利要求2所述的应用于Argo海洋观测平台的通讯模块，其特征在于：所述抛载装置包括电机（5）、固定壳（6）、永磁铁（7）、抛载块（8）、连接法兰（9）、接头固定件（10）和耐压湿插拔连接器公头（11），所述固定壳（6）内设有所述电机（5），电机（5）的输出轴传动连接所述连接法兰（9），电机（5）上端与所述耐压湿插拔连接器公头（11）端部的接线柱电性连接，所述接头固定件（10）套设在耐压湿插拔连接器公头（11）外部，所述永磁铁（7）固定在连接法兰（9）下侧，固定壳（6）相对于永磁铁（7）的位置开设有一个开槽（12），所述抛载块（8）的一部分嵌入到所述开槽（12）内。

4.根据权利要求3所述的应用于Argo海洋观测平台的通讯模块，其特征在于：所述接头固定件（10）用于与所述Argo浮标本体（1）下端螺纹连接。