專利名稱：實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潛標(biāo)裝置，特別是涉及到一種通過(guò)裝有衛(wèi)星通訊終端的水面浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)臐摌?biāo)裝置。
背景技術(shù)：
潛標(biāo)是獲取海洋環(huán)境資料的重要技術(shù)裝備，由于潛標(biāo)裝置能攜帶多種探測(cè)和測(cè)量?jī)x器，在惡劣海況條件下相對(duì)隱蔽地進(jìn)行長(zhǎng)期、定點(diǎn)、連續(xù)、多層面同步測(cè)量，所以潛標(biāo)裝置在海洋科學(xué)調(diào)查研究、海洋軍事偵察等方面得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)介紹，在美國(guó)潛標(biāo)系統(tǒng)所獲取的海洋環(huán)境資料占其全部海洋資料的30％以上。
目前，國(guó)內(nèi)外潛標(biāo)裝置觀測(cè)數(shù)據(jù)主要以自容存儲(chǔ)為主。也就是潛標(biāo)上搭載的都是自容式海洋測(cè)量?jī)x器，在測(cè)量期間所到的原始數(shù)據(jù)和信息貯存在測(cè)量設(shè)備或潛標(biāo)專用記錄儀器中。人們要想獲取這些資料，只能在潛標(biāo)回收后進(jìn)行讀取，這種潛標(biāo)最大的缺陷是測(cè)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性、時(shí)效性不強(qiáng)，一旦潛標(biāo)丟失或回收失敗，就將一無(wú)所獲，給海洋科研造成了較大的困難和不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，及時(shí)解決將潛標(biāo)在水中測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨墩?，在不回收的情況下獲取海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)和信息。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括(a)主浮體系統(tǒng)，由主浮體殼體1、測(cè)量?jī)x器平臺(tái)7、主電源9、三叉系留索19組成，測(cè)量?jī)x器平臺(tái)在主浮體殼體1上，主電源9在主浮體殼體1內(nèi)；(b)錨泊系留及回收系統(tǒng)，由包塑鋼纜13、系留索15、定深錨17、聲答釋放器16組成，包塑鋼纜13與三叉系留索19相連，聲答釋放器16串聯(lián)在系留索15上；系留索15下端有定深錨17；其特征在于該裝置還有(c)水面浮標(biāo)系統(tǒng)，主要包括水面浮標(biāo)體3、衛(wèi)星通訊終端4、系留兼通訊纜2、衛(wèi)星通訊模塊5、浮標(biāo)電源6，其中浮標(biāo)電源6、衛(wèi)星通訊模塊5、衛(wèi)星通訊終端4組裝成整體后再安裝在水面浮標(biāo)體3內(nèi)；其中(a)主浮體系統(tǒng)還包括連接電纜組10、數(shù)處理傳輸控制中心20，其中數(shù)處理傳輸控制中心安裝在主浮體殼體1內(nèi)，數(shù)處理傳輸控制中心20與主電源9通過(guò)連接電纜組10連接起來(lái)。
其中主浮體殼體1可搭載有測(cè)量?jī)x器7(ADCP海流計(jì))、測(cè)量?jī)x器8(溫鹽鏈)等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，測(cè)量?jī)x器的測(cè)試數(shù)據(jù)可通過(guò)連接電纜組10傳送到數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20中。
其中錨泊系留及回收系統(tǒng)的系留索15上可搭載有測(cè)量設(shè)備14(DCM9海流計(jì))，測(cè)量設(shè)備14的測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)包塑鋼纜13和海水形成的通訊回路，利用成熟的感應(yīng)耦合傳輸器12、傳輸電纜11傳送到數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20中。


圖1、實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置組成原理框圖，其中虛線部分為搭載的海洋測(cè)量?jī)x器設(shè)備。
圖2、數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)硬結(jié)構(gòu)框圖。
圖3、TTL電平長(zhǎng)距離通訊組成框圖。
圖4、電流放大驅(qū)動(dòng)電路圖。
圖5、接收調(diào)理電路圖。
圖6、衛(wèi)星終端控制硬件框圖。
圖7、本發(fā)明的一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)布置示意圖以及該實(shí)例在4000米海域的使用示意圖。
圖8、圖7A向局部示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要由三大系統(tǒng)組成，包括能搭載海洋測(cè)量?jī)x器設(shè)備的主浮體系統(tǒng)，裝有衛(wèi)星通訊終端及控制電路的水面浮標(biāo)系統(tǒng)，能使用在4000米海域的錨泊系留及回收系統(tǒng)。圖1為本發(fā)明組成原理框圖。
主浮體殼體1是用流體動(dòng)力學(xué)理論設(shè)計(jì)，采用低阻力帶翼細(xì)長(zhǎng)水滴形和水平系留方式，保證其在5節(jié)流場(chǎng)的姿態(tài)穩(wěn)定，偏降小，為海洋測(cè)量提供良好的工作條件。本發(fā)明設(shè)計(jì)的方案其優(yōu)勢(shì)在于迎流阻力小，在海流中姿態(tài)穩(wěn)定且容易控制，大大地減小主浮體殼體自身在海流中的阻力和偏降。
本發(fā)明在主浮體殼體1內(nèi)還配置了多套水面浮標(biāo)系統(tǒng)，其中一套水面浮標(biāo)系統(tǒng)用于將系統(tǒng)測(cè)量的通過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)桨墩?1，其余的水面浮標(biāo)系統(tǒng)作為備用存放在主浮體殼體1內(nèi)。主浮體殼體1上有多個(gè)專門的水面浮標(biāo)裝載艙，用于安裝備用的水面浮標(biāo)系統(tǒng)。每個(gè)切割釋放器18通過(guò)可以旋轉(zhuǎn)的壓板機(jī)構(gòu)將備用的水面浮標(biāo)殼體3固定與主浮體殼體1的浮標(biāo)艙中。
在當(dāng)前的水面浮標(biāo)系統(tǒng)失效后，由數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20給出指令后，切割釋放器18動(dòng)作，將備用的一個(gè)水面浮標(biāo)殼體3釋放出水面繼續(xù)工作。
本發(fā)明配置的多套水面浮標(biāo)系統(tǒng)，每套水面浮標(biāo)系統(tǒng)包括一套衛(wèi)星通訊終端4、一套浮標(biāo)電源6及一套含有控制電路衛(wèi)星通訊模塊5、一套系留兼通訊纜2、一套切割釋放器18等。
水面浮標(biāo)平時(shí)裝載于主浮體殼體的浮標(biāo)艙內(nèi)，用一個(gè)切割釋放器18固定。當(dāng)數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20識(shí)別到當(dāng)前的水面浮標(biāo)系統(tǒng)遭到人為、自然或環(huán)境因素的損壞，按照程序指令接通切割釋放器18的點(diǎn)火具電源，切掉損壞的水面浮標(biāo)系統(tǒng)的系留兼通訊纜2，使下一套水面浮標(biāo)系統(tǒng)浮出水面繼續(xù)工作，以保證潛標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)能在較長(zhǎng)的時(shí)期實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨墩?1。
數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20裝在主浮體殼體頭部的模盒架，由控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)模塊、內(nèi)記模塊組成。
數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的控制模塊包括微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、鎖存器、碼器、端口擴(kuò)展芯片、模擬切換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、RS232串口芯片、值更電路及電源控制系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、鎖存器、譯碼器、RS232串口芯片；數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)模塊包括傳輸驅(qū)動(dòng)電路、點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路。
數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的內(nèi)記模塊包括微處理器、定時(shí)器、鎖存器、譯碼器、端口擴(kuò)展芯片、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，值更電路及電源控制系統(tǒng)。
主電源9采用大容量鋰電池，包含多個(gè)電池模塊，安裝于主浮體殼體1的尾部，為數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20和使用時(shí)裝在本發(fā)明上的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器提供電源。
主電源9、切割釋放器18與數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20都是依靠連接電纜組10連在一起的。
本發(fā)明工作的基本方式為，當(dāng)組裝完好的本發(fā)明裝上測(cè)量?jī)x器布放到海洋中某一規(guī)定位置時(shí)，數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的控制模塊的微處理器(單片機(jī))發(fā)出控制指令，譯碼器分別作為定時(shí)器、存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模擬切換及擴(kuò)展端口的選通信號(hào)。設(shè)定時(shí)間到，定時(shí)器給微處理器(單片機(jī))輸出啟動(dòng)信號(hào)，微處理器使譯碼器選通模數(shù)轉(zhuǎn)換及切換開關(guān)，分別對(duì)各測(cè)量傳感器進(jìn)行采樣，采樣結(jié)束，譯碼器選通存貯器，通過(guò)鎖存器進(jìn)行地址分配，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)檢測(cè)當(dāng)前的水面浮標(biāo)系統(tǒng)是否完好，若當(dāng)前的水面浮標(biāo)系統(tǒng)完好，數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的控制模塊微處理器(單片機(jī))將數(shù)據(jù)發(fā)出，經(jīng)系留兼通訊纜2傳輸至水面浮標(biāo)殼體3內(nèi)的衛(wèi)星通訊模塊5，由衛(wèi)星通訊終端4將信號(hào)發(fā)出，經(jīng)衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨墩?1數(shù)據(jù)接受機(jī)。數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20定時(shí)或在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送一組編碼，水面浮標(biāo)殼體3中的衛(wèi)星通訊模塊5接收到編碼后回答約定編碼，數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20根據(jù)能否收到編碼，判定水面浮標(biāo)系統(tǒng)是否損壞?？刂扑娓?biāo)的釋放還具備智能決策能力和遠(yuǎn)程修改能力，即根據(jù)水面浮標(biāo)損壞間隔時(shí)間長(zhǎng)短或根據(jù)衛(wèi)星傳輸?shù)闹噶睿瑳Q定下一個(gè)水面浮標(biāo)釋放的時(shí)間。在當(dāng)前的水面浮標(biāo)系統(tǒng)損壞而備用的水面浮標(biāo)系統(tǒng)未釋放期間，所有的數(shù)據(jù)均由存儲(chǔ)器保存，待備用的水面浮標(biāo)系統(tǒng)釋放出水后，將未傳輸?shù)臄?shù)經(jīng)水面浮標(biāo)的衛(wèi)星通訊終端發(fā)送，如圖2所示。
測(cè)量數(shù)據(jù)在控制模塊的微處理器(單片機(jī))的控制下由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，單片機(jī)串行口輸出，為TTL電平，經(jīng)電流驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)電纜遠(yuǎn)距離通訊，如圖3所示；經(jīng)控制模塊的微處理器(單片機(jī))輸出的數(shù)據(jù)因無(wú)法直接進(jìn)行遠(yuǎn)距離電纜傳輸，通過(guò)圖4所示的電流放大驅(qū)動(dòng)電路，再進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，經(jīng)過(guò)圖5所示的調(diào)理的電路，使數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸能力加強(qiáng)，傳輸距離可達(dá)數(shù)千米。
本發(fā)明設(shè)計(jì)了電纜遠(yuǎn)距離通訊電流放大驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)由水下300米處的主浮體殼體1經(jīng)系留兼通訊纜2傳輸?shù)剿娓?biāo)中；自主開發(fā)的衛(wèi)星終端模塊5，采用單片機(jī)控制衛(wèi)星終端4通訊技術(shù)，有效地實(shí)現(xiàn)了超大容量數(shù)據(jù)由衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸，如圖6所示。
實(shí)施例一圖7為本發(fā)明一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)布置示意圖以及該實(shí)例在4000米海域的使用示意圖。該實(shí)例包括(a)主浮體系統(tǒng)，(b)水面浮標(biāo)系統(tǒng)，(c)錨泊系留及回收系統(tǒng)。
(a)主浮體系統(tǒng)由可耐壓主浮體殼體1、能連續(xù)工作210天主電源9、連接電纜組10、數(shù)處理傳輸控制中心20，由包塑鋼纜制造的三叉系留索19組成。
(b)水面浮標(biāo)系統(tǒng)主要由增強(qiáng)玻璃鋼纖維制造的可耐壓4.5MPa排水量為26L的水面浮標(biāo)殼體3，采用INMARSAT-C海事通訊衛(wèi)星系統(tǒng)TT-3026L/M的通訊終端4、長(zhǎng)400米的Kevlar芯系留兼通訊纜2、自主開發(fā)的衛(wèi)星通訊模塊5、浮標(biāo)電源6和利用50號(hào)電點(diǎn)火具燃?xì)鉃閯?dòng)力源的切割釋放器18組成。
(c)錨泊系留及回收系統(tǒng)由800米直徑Φ8的包塑鋼纜13、2600米長(zhǎng)直徑Φ12的Kevlar繩系留索15、自重750kg的定深錨17、兩套美本薩斯865A型6000米聲學(xué)釋放器16及許多標(biāo)準(zhǔn)的連接卸扣等組成。
本實(shí)例配置了6套水面浮標(biāo)系統(tǒng)，主浮體殼體1上有5個(gè)專門的水面浮標(biāo)裝載艙和5個(gè)切割釋放器18，用于安裝備用的5套水面浮標(biāo)系統(tǒng)。
其中主浮體殼體可搭載有有75kHz ADCP多普勒海流計(jì)7、100米長(zhǎng)的溫鹽鏈8。包塑鋼纜下方1000米水深處可搭載有DCM9海流計(jì)14，其測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)包塑鋼纜13和海水形成的通訊回路，利用成熟的感應(yīng)耦合傳輸器12、傳輸電纜11傳送到數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20中。
數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20由自主開發(fā)的控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)模塊、內(nèi)記模塊組成。具體為1)測(cè)量數(shù)據(jù)在51單片機(jī)的控制下由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，單片機(jī)串行口輸出，為TTL電平，經(jīng)電流驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)電纜遠(yuǎn)距離通訊如圖3所示；2)數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)串行輸出的為TTL電平是無(wú)法直接進(jìn)行遠(yuǎn)距離電纜傳輸，本發(fā)明設(shè)計(jì)了如圖4所示由兩個(gè)三極管3DG101B和一個(gè)3CG23D組成電流放大驅(qū)動(dòng)電路，遠(yuǎn)距離傳輸后，經(jīng)過(guò)圖5所示由穩(wěn)壓二極管2CW50和三極管3DG101B組成調(diào)理的電路，使數(shù)據(jù)和信號(hào)的傳輸能力大大加強(qiáng)，傳輸距離可達(dá)數(shù)千米。
3)用單片機(jī)控制衛(wèi)星終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射和控制指令接收如圖6所示。單片機(jī)為控制核心，主要由譯碼器分別選通存儲(chǔ)器和擴(kuò)展口芯片，單片機(jī)接收經(jīng)電纜遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，按衛(wèi)星通訊規(guī)則進(jìn)行分段打包處理，經(jīng)擴(kuò)展口芯片控制衛(wèi)星終端工作，將數(shù)據(jù)包依次發(fā)送，同時(shí)接收岸站的控制指令。該潛標(biāo)最大布放海域深度4000m，海區(qū)面流允許到4kn。潛標(biāo)系統(tǒng)工作完成后，可利用水聲信號(hào)打開聲應(yīng)答釋放器16，使主浮體1上浮，實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)隨時(shí)回收要求。
權(quán)利要求
1.實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，包括(a)主浮體系統(tǒng)，由主浮體殼體1、測(cè)量?jī)x器平臺(tái)7、主電源9、三叉系留索19組成，測(cè)量?jī)x器平臺(tái)在主浮體殼體1上，主電源9在主浮體殼體1內(nèi)；(b)錨泊系留及回收系統(tǒng)，由包塑鋼纜13、系留索15、定深錨17、聲答釋放器16、感應(yīng)耦合傳輸器12、傳輸電纜11組成，包塑鋼纜13與三叉系留索19相連，聲答釋放器16串聯(lián)在系留索15上；系留索15下端有定深錨17；其特征在于該裝置還有(c)水面浮標(biāo)系統(tǒng)，主要包括水面浮標(biāo)體3、衛(wèi)星通訊終端4、系留兼通訊纜2、衛(wèi)星通訊模塊5、浮標(biāo)電源6，其中浮標(biāo)電源6、衛(wèi)星通訊模塊5、衛(wèi)星通訊終端4組裝成整體后再安裝在水面浮標(biāo)體3內(nèi)；其中(a)主浮體系統(tǒng)還包括連接電纜組10、數(shù)處理傳輸控制中心20，其中數(shù)處理傳輸控制中心安裝在主浮體殼體1內(nèi)，數(shù)處理傳輸控制中心20與主電源9通過(guò)連接電纜組10連接起來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，其特征在于還包括多個(gè)切割釋放器18、多個(gè)(c)水面浮標(biāo)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，其特征在于系留索15可以采用鋼絲繩或等強(qiáng)度的Kevlar繩，其長(zhǎng)度滿足最大4000米的布放要求，聲答釋放器16也可以采用定時(shí)回收裝置代替。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，其特征在于數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20由控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)模塊、內(nèi)記模塊組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，其特征在于數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的控制模塊包括微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、鎖定器、譯碼器、端口擴(kuò)展芯片、模擬切換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、RS232串口芯片、值更電路及電源控制系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，其特征在于數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、鎖定器、譯碼器、RS232串口芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，其特征在于數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)模塊包括傳輸驅(qū)動(dòng)電路、點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置其特征在于數(shù)據(jù)處理傳輸控制中心20的內(nèi)記模塊包括微處理器、定時(shí)器、鎖存器、譯碼器、端口擴(kuò)展芯片、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，值更電路及電源控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)裝置，及時(shí)解決將潛標(biāo)在水中測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨墩?，在不回收的情況下獲取海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)和信息，(a)主浮體系統(tǒng)、(b)錨泊系留及回收系統(tǒng)、(c)水面浮標(biāo)系統(tǒng)，本發(fā)明解決了以前不能及時(shí)得到海洋測(cè)量信息的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01C13/00GK1967618SQ20051011481
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者張?jiān)坪? 鄧國(guó)新, 胡書仿, 張選明, 陳煥杰, 谷軍, 鄧秀華, 李鋒, 嚴(yán)建洪, 吳旌, 郭晉兵, 任翀, 涂疑, 熊志奇, 孫善春, 徐勁松 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所