CN215663871U - 一种融合定位的深海信标 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海洋工程技术领域，具体为一种融合定位的深海信标，包括甲板单元、辅助定位浮标和潜标，所述甲板单元安装在调查船上，且包括有换能器和GPS单元，所述辅助定位浮标包括有浮座和天线模块，且辅助定位浮标通过电缆与调查船以及甲板单元连接，所述潜标包括有第一浮球组，且第一浮球组上固定连接有监测设备，所述监测设备上固定连接有第二浮球组，且第二浮球组上固定连接有声学释放器，所述声学释放器通过具有防止水草纠缠功能的释放结构连接有配重；本实用新型采用GPS和声呐融合定位技术，实现了潜标的实时定位和辅助回收，稳定性强，操作简便，定位精度高。

Description

一种融合定位的深海信标

技术领域

本实用新型涉及海洋工程技术领域，具体为一种融合定位的深海信标。

背景技术

海洋监测技术和设备是科研人员在对海洋监测和勘探过程中不可缺少的基础技术和原始信息获取的手段。为了获取用于科学研究的数据，很多珍贵的测量仪器会搭载在这些系统之上，比如在监测海洋水文参数时，需要在系统上搭载温度、深度、浊度、盐度等传感器；在监测海洋生物、化学参数时，需要在系统上搭载叶绿素、浮游生物种类记录仪等传感器等。系统在采集数据的过程中，通常会将采集到的数据存储在SD卡等存储设备上，这些数据对海洋监测和勘探工作有很大的意义。

深海海底的监测设备为了完成资料的收集，一般都安装在潜标系统上。潜标系统会首先被放置在待研究的区域海底；当达到预期设定的监测周期或者目的之后，通过潜标上的声学释放器断开与底部配重的连接，从而在浮球的浮力作用下上浮到海面；待潜标浮出水面后，工作人员返回投放点附近进行设备回收。然而受洋流、海洋风暴等因素的影响，在对潜标及监测设备进行回收时，其最终位置相比投放时的位置经常发生比较大的变化，这给设备回收造成了一定的困难。如果系统无法成功回收，造成巨大经济损失的同时，用于研究海洋环境的大量宝贵数据也会随之丢失，因此系统是否能够可靠回收是科研人员必须考虑的问题。

深海信标作为海底、海面目标物实时定位工具，能够辅助回收海洋监测设备，可以大大提高监测系统回收的成功率。目前已有的信标固定在潜标的上端，且基于北斗或GPS进行定位和卫星通信。当信标系统未浮出海平面或者GPS天线没有露出水面时，将导致电磁波信号不能有效的发射和接收，存在定位稳定性低、信号盲区等缺陷，鉴于此，我们提出一种融合定位的深海信标。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种融合定位的深海信标，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种融合定位的深海信标，包括甲板单元、辅助定位浮标和潜标，所述甲板单元安装在调查船上，且包括有换能器和GPS单元，所述辅助定位浮标包括有浮座和天线模块，且辅助定位浮标通过电缆与调查船以及甲板单元连接，所述潜标包括有第一浮球组，且第一浮球组上固定连接有监测设备，所述监测设备上固定连接有第二浮球组，且第二浮球组上固定连接有声学释放器，所述声学释放器通过具有防止水草纠缠功能的释放结构连接有配重。

优选的，所述换能器通过电缆置于水中，且GPS单元置于调查船的甲板单元上。

优选的，所述天线模块包括有GPS天线、GPS模块、浮标换能器、LED灯、控制模块和电源模块，且天线模块安装在浮座的抗腐蚀壳体中。

优选的，所述第一浮球组和第二浮球组分别连接在监测设备的两端，所述声学释放器中安装有声波信号接收和发射模块，与声学释放器中的控制模块连接。

优选的，所述释放结构包括有连接座、螺柱、吊绳、吊座、旋叶、拆卸杆和切刀，且连接座安装在声学释放器上，且吊绳通过吊座与配重连接。

优选的，所述螺柱连接在连接座的螺孔中，且吊绳连接在螺柱和吊座之间，所述吊座与吊绳转动连接，所述旋叶和拆卸杆安装在连接座的驱动轴上，且切刀设置在旋叶的表面，所述拆卸杆端部设置有摩擦垫，与螺柱接触连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型采用GPS和声呐融合定位技术，实现了潜标的实时定位和辅助回收，稳定性强，操作简便，定位精度高；

2. 本实用新型中的潜标中，声学释放器通过具有防止水草纠缠功能的释放结构与配重连接，释放时能够使配重与释放器快速完成脱离，并且利用旋叶转动在水中产生上浮力，进一步的提高监测设备的上浮速度，旋叶上的切刀还能防止海底的水草对监测设备造成纠缠，保证潜标整体能够顺利完成上浮。

附图说明

图1为本实用新型整体结构的示意图；

图2为本实用新型潜标位置坐标测算原理示意图；

图3为本实用新型辅助定位浮标的系统框图；

图4为本实用新型潜标结构的示意图；

图5为图4中A区域放大示意图。

图中：甲板单元1、换能器101、GPS单元102、辅助定位浮标2、浮座201、天线模块202、潜标3、第一浮球组301、监测设备302、第二浮球组303、声学释放器304、配重305、连接座4、螺柱5、吊绳6、吊座7、旋叶8、拆卸杆9、切刀10。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图5，本实用新型提供一种技术方案：一种融合定位的深海信标，包括甲板单元1、辅助定位浮标2和潜标3，甲板单元1安装在调查船上，且包括有换能器101和GPS单元102，辅助定位浮标2包括有浮座201和天线模块202，且辅助定位浮标2通过电缆与调查船以及甲板单元1连接，潜标3包括有第一浮球组301，且第一浮球组301上固定连接有监测设备302，监测设备302上固定连接有第二浮球组303，且第二浮球组303上固定连接有声学释放器304，声学释放器304通过具有防止水草纠缠功能的释放结构连接有配重305。

换能器101通过电缆置于水中，且GPS单元102置于调查船的甲板单元上；

甲板单元1工作在调查船上，实现数据、指令传输，显示潜标3、辅助定位浮标2的位置等，换能器101用于向海底发出声学释放指令并接收海底声学释放器304、浮标换能器的声波信号；

天线模块202包括有GPS天线、GPS模块、浮标换能器、LED灯、控制模块和电源模块，且天线模块202安装在浮座201的抗腐蚀壳体中；

辅助定位浮标2在执行定位和回收任务时由调查船向海平面释放，并使用电缆与调查船、甲板单元1连接，电缆负责甲板单元1与辅助定位浮标2之间的通信，GPS天线安装在辅助定位浮标2的顶部，用于接收卫星定位信号，浮标换能器安装在辅助定位浮标2的底部，用于向海底声学释放器304发送测距指令和接收声波信号，GPS模块、LED灯、控制模块、电源模块安装在辅助定位浮标内部，具有耐压、抗防腐蚀等特性，其中GPS模块用于收发GPS信号，实现GPS定位和短报文信息的解算，LED灯用于电量不足、光学示位信号灯，控制模块用于GPS模块上电及收发短报文控制、LED状态灯控制、浮标换能器指令信息传送控制等，电源模块即按供电要求向GPS模块、控制模块、LED灯、换能器提供多组电源。辅助定位浮标2在使用时需用电缆与调查船连接，并连接至甲板单元进行数据通信，辅助定位浮标2一般距离调查船500米以上使用，具有良好的定位精度；

第一浮球组301和第二浮球组303分别连接在监测设备302的两端，声学释放器304中安装有声波信号接收模块，与声学释放器304中的控制模块连接；

潜标3是沉放于深海的探测仪器、设备和相关配套的总称，其中第一浮球组301和第二浮球组303中的每个浮球的浮力大约为20Kg，浮球总数一般按照监测设备302的总质量进行确定，即浮球的浮力大于监测设备302的质量，且小于监测设备302加底部配重305的质量，当释放底部配重时，第一浮球组301和第二浮球组303能协助监测设备302上浮至海平面；声学释放器304用于接收命令并根据命令执行对应的操作，在操作成功后回复命令（声学释放器304正常情况下通过释放结构安装了配重305，在受到释放命令后，通过释放结构能释放底部配重305，并在释放成功后向甲板单位回复指令；在开机状态收到询问信号并应答实现测距功能）；配重305用于协助监测设备302下沉至深海区域，并且深海工作环境要求潜标3能够经受 6000m 深海压力，具有良好的耐压、抗防腐蚀特性；

释放结构包括有连接座4、螺柱5、吊绳6、吊座7、旋叶8、拆卸杆9和切刀10，且连接座4安装在声学释放器304上，且吊绳6通过吊座7与配重305连接；

释放结构主要用于将配重305连接在释放器304的底部，并且在接收到信号时，快速的与配重脱离，并保证监测设备302能够顺利上浮；

螺柱5连接在连接座4的螺孔中，且吊绳6连接在螺柱5和吊座7之间，吊座7与吊绳6转动连接，旋叶8和拆卸杆9安装在连接座4的驱动轴上，且切刀10设置在旋叶8的表面，拆卸杆9端部设置有摩擦垫，与螺柱5接触连接；

需要使用配重305时，其通过吊座7、吊绳6以及螺柱5安装在连接座4上，而释放时，通过驱动轴带动拆卸杆9转动，通过拆卸杆9能够将螺柱5从连接座4中旋出，使其与释放器304完成脱离，并且驱动轴上的旋叶8保持转动，能够在水中产生上浮力，进一步的提高监测设备302的上浮速度，并且旋叶8上的切刀10还能防止海底的水草对监测设备造成纠缠，保证潜标3整体能够完成上浮；

工作原理：整个深海信号系统的工作过程如图2所示：当潜标3完成相应的监测任务后，调查船航行至潜标布置位置海域，同时向海平面释放辅助定位浮标2及与甲板单元1，换能器101向海底发出声波测距控制信号，声波信号到达潜标3的声学释放器304后，声学释放器304根据控制信号发出相应的回波信号返回到换能器101和辅助定位浮标2中的浮标换能器，回波信号经信号处理得到潜标3上的声学释放器304相对于换能器101和浮标换能器的距离S1、S2，进而根据两个换能器GPS位置坐标A与B计算声学释放器位置坐标C的取值面，改变换能器GPS位置坐标A与B之间的距离S3,可精确确定声学释放器位置坐标C；

调查船根据C点的坐标位置定位至潜标系统附近海域，同时换能器101向海底发出命令要求声学释放器304释放底部配重305，声学释放器接收命令执行释放动作，并向甲板单位回复指令，此时监测设备302携带浮球组浮出水面，实现设备回收的监测；

声学释放器304上连接有释放结构，释放结构主要用于将配重305连接在释放器304的底部，并且在接收到信号时，快速的与配重脱离，并保证监测设备302能够顺利上浮，需要使用配重305时，其通过吊座7、吊绳6以及螺柱5安装在连接座4上，而释放时，通过驱动轴带动拆卸杆9转动，通过拆卸杆9能够将螺柱5从连接座4中旋出，使其与释放器304完成脱离，并且驱动轴上的旋叶8保持转动，能够在水中产生上浮力，进一步的提高监测设备302的上浮速度，并且旋叶8上的切刀10还能防止海底的水草对监测设备造成纠缠，保证潜标3整体能够完成上浮。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种融合定位的深海信标，包括甲板单元（1）、辅助定位浮标（2）和潜标（3），其特征在于：所述甲板单元（1）安装在调查船上，且包括有换能器（101）和GPS单元（102），所述辅助定位浮标（2）包括有浮座（201）和天线模块（202），且辅助定位浮标（2）通过电缆与调查船以及甲板单元（1）连接，所述潜标（3）包括有第一浮球组（301），且第一浮球组（301）上固定连接有监测设备（302），所述监测设备（302）上固定连接有第二浮球组（303），且第二浮球组（303）上固定连接有声学释放器（304），所述声学释放器（304）通过具有防止水草纠缠功能的释放结构连接有配重（305）。

2.根据权利要求1所述的一种融合定位的深海信标，其特征在于：所述换能器（101）通过电缆置于水中，且GPS单元（102）置于调查船的甲板单元上。

3.根据权利要求1所述的一种融合定位的深海信标，其特征在于：所述天线模块（202）包括有GPS天线、GPS模块、浮标换能器、LED灯、控制模块和电源模块，且天线模块（202）安装在浮座（201）的抗腐蚀壳体中。

4.根据权利要求1所述的一种融合定位的深海信标，其特征在于：所述第一浮球组（301）和第二浮球组（303）分别连接在监测设备（302）的两端，所述声学释放器（304）中安装有声波信号接收和发射模块，与声学释放器（304）中的控制模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种融合定位的深海信标，其特征在于：所述释放结构包括有连接座（4）、螺柱（5）、吊绳（6）、吊座（7）、旋叶（8）、拆卸杆（9）和切刀（10），且连接座（4）安装在声学释放器（304）上，且吊绳（6）通过吊座（7）与配重（305）连接。

6.根据权利要求5所述的一种融合定位的深海信标，其特征在于：所述螺柱（5）连接在连接座（4）的螺孔中，且吊绳（6）连接在螺柱（5）和吊座（7）之间，所述吊座（7）与吊绳（6）转动连接，所述旋叶（8）和拆卸杆（9）安装在连接座（4）的驱动轴上，且切刀（10）设置在旋叶（8）的表面，所述拆卸杆（9）端部设置有摩擦垫，与螺柱（5）接触连接。

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