專(zhuān)利名稱(chēng)：基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種海洋水文信息的獲取與傳輸系統(tǒng)，更具體地說(shuō)是基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自古以來(lái)海洋就與人類(lèi)的生產(chǎn)、生活及軍事活動(dòng)密切相關(guān)。世界各海洋國(guó)家一直都非常重視海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)探測(cè)技術(shù)的研究。如何準(zhǔn)確的探知海底環(huán)境也是人類(lèi)不斷尋求的方向，隨著科技的不斷發(fā)展，海洋環(huán)境中蘊(yùn)藏的大量信息不斷為人類(lèi)所獲知。文章《Underwater acoustic communications and networks for the US Navy's Seaweb programKRice J, Green D, [C] Proc of the 2nd Int Conf Sensor Technological and Applications. Piscataway, NJ: IEEE, 2008:715-722.)提出了一種基于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的探測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)布置在水底進(jìn)行探測(cè)，節(jié)點(diǎn)之間采用水下聲學(xué)通信技術(shù)組成網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)(1)傳感器節(jié)點(diǎn)僅僅布撒在水底，缺乏立體探測(cè)能力；(2) 不具備實(shí)時(shí)傳輸能力，需將設(shè)備回收后才能獲取信息，難以對(duì)水下地質(zhì)災(zāi)害、水下入侵等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。實(shí)用新型內(nèi)容1、本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的探測(cè)系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)布撒在水底，缺乏立體探測(cè)能力以及不具備實(shí)時(shí)傳輸能力，難以對(duì)水下地質(zhì)災(zāi)害、水下入侵等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警的問(wèn)題， 本實(shí)用新型提供基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，具備立體探測(cè)能力和實(shí)時(shí)傳輸能力。2、技術(shù)方案本實(shí)用新型的工作原理飛機(jī)、船舶等搭載一定量的傳感器節(jié)點(diǎn)和水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)到預(yù)定海域，然后將傳感器節(jié)點(diǎn)撒入海中。傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入水中自動(dòng)組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，獲取海洋水文信息，獲取的信息通過(guò)水聲通信方式發(fā)送到水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)將接收到的信息通過(guò)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的終端發(fā)送到北斗定位衛(wèi)星，由衛(wèi)星再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到指揮中心?？刂浦行慕邮账孓D(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的處理以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，包括水下傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于還包括水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)、通信衛(wèi)星和控制中心，水下傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線多跳的方式發(fā)送給水面轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)，水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)通過(guò)通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到控制中心。按上述方案，所述的水下傳感器節(jié)點(diǎn)由天線、水聲調(diào)制解調(diào)器、電路倉(cāng)、電池倉(cāng)、液壓囊、儀器倉(cāng)、氣動(dòng)泵等部分組成。儀器倉(cāng)根據(jù)需求搭載海洋探測(cè)儀器，通過(guò)接口電路與水聲調(diào)制解調(diào)器相連。水聲調(diào)制解調(diào)器將采集的海洋水文信息通過(guò)多跳的方式傳送到水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。按上述方案所述的水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)由水聲調(diào)制解調(diào)器、北斗OEM模塊、北斗衛(wèi)星天線、電池倉(cāng)等組成。3.有益效果本實(shí)用新型提供了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，相對(duì)現(xiàn)有的海洋探測(cè)系統(tǒng)，具有立體探測(cè)能力；將我國(guó)新一代“北斗”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)用于海洋環(huán)境監(jiān)探測(cè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的定位與信息的傳輸，可以擺脫對(duì)GPS系統(tǒng)的依賴(lài)；本實(shí)用新型具備實(shí)時(shí)傳輸能力。


圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中1是通信衛(wèi)星，2是控制中心，3是水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，4是水下傳感器節(jié)點(diǎn)；圖2為本實(shí)用新型的水下傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖，其中5是天線，6是水聲調(diào)制解調(diào)器， 7是電路倉(cāng)，8是電池倉(cāng)，9是液壓囊，10是儀器倉(cāng)，11是氣動(dòng)泵；圖3為北斗終端天線；圖4為北斗終端模塊；圖5為本實(shí)用新型的水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖，其中6是水聲調(diào)制解調(diào)器、14是北斗 OEM模塊、12是北斗衛(wèi)星天線、15是電池倉(cāng)。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，如圖1所示，由水下傳感器節(jié)點(diǎn) 4、水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)3、通信衛(wèi)星1和控制中心2組成。大量無(wú)線水下傳感器節(jié)點(diǎn)4將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線多跳的方式發(fā)送給水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)3，水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)通過(guò)北斗衛(wèi)星1將數(shù)據(jù)最終轉(zhuǎn)發(fā)到控制中心2。如圖2所示，傳感器節(jié)點(diǎn)主要由天線5、水聲調(diào)制解調(diào)器6、電路倉(cāng)7、電池倉(cāng)8、液壓囊9、儀器倉(cāng)10、氣動(dòng)泵11等部分組成。儀器倉(cāng)10根據(jù)需求搭載探測(cè)儀器，通過(guò)接口電路與水聲調(diào)制解調(diào)器相連。節(jié)點(diǎn)被布放到海中后在預(yù)定的深度停留，執(zhí)行組網(wǎng)、測(cè)量任務(wù)。 即傳感器節(jié)點(diǎn)在水中的沉浮是由液壓囊9、氣動(dòng)泵11和高壓管路等部件組成。液壓囊9裝在浮標(biāo)體的外部，有高壓管路與氣動(dòng)泵11相連。當(dāng)泵體內(nèi)的油注入液壓囊9后使液壓囊9 體積增大，致使傳感器節(jié)點(diǎn)的浮力逐漸增大而上升。反之，泵將液壓囊9里的油抽回，液壓囊9體積縮小，傳感器節(jié)點(diǎn)浮力隨之減小，直至重力大于浮力，傳感器節(jié)點(diǎn)逐漸下沉。在傳感器節(jié)點(diǎn)的控制微機(jī)中輸入按預(yù)定動(dòng)作要求編寫(xiě)的程序，微機(jī)會(huì)根據(jù)壓力傳感器測(cè)量的深度參數(shù)控制下潛深度、水下停留時(shí)間、上浮和下潛等工作環(huán)節(jié)。水下傳感器節(jié)點(diǎn)主要根據(jù)需求搭載相應(yīng)儀器，負(fù)責(zé)采集鹽度、溫度、流速等海洋水文信息。水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖5，采用我國(guó)北斗星通公司的OEM模塊14和天線12，電池倉(cāng)15 提供能源支持。OEM模塊外型尺寸僅為100mm X 65mm X Μ. 7mm，重量小于300g。天線體積小，直徑僅為5cm，發(fā)射功率10瓦(見(jiàn)圖4)，將其用于水面網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與衛(wèi)星間的數(shù)據(jù)傳輸?？刂浦行目刂浦行慕邮諒男l(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在本地計(jì)算機(jī)上進(jìn)行后續(xù)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、處存儲(chǔ)、顯示等功能。方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和處理。通信衛(wèi)星采用我國(guó)的第一代北斗定位衛(wèi)星，衛(wèi)星工作在L波段，其短報(bào)文通信能力一次可以傳輸200字節(jié)信息。
權(quán)利要求1.一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，包括水下傳感器節(jié)點(diǎn)(4)，其特征在于還包括水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)(3)、通信衛(wèi)星(1)和控制中心(2)，水下傳感器節(jié)點(diǎn)(4)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線多跳的方式發(fā)送給水面轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)(3)，水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)通過(guò)通信衛(wèi)星 (1)轉(zhuǎn)發(fā)到控制中心(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，其特征在于水下傳感器節(jié)點(diǎn)由天線(5)、水聲調(diào)制解調(diào)器(6)、電路倉(cāng)(7)、電池倉(cāng)(8)、液壓囊(9)、儀器倉(cāng)(10)和氣動(dòng)泵(11)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，其特征在于儀器倉(cāng)(10)根據(jù)需求搭載海洋探測(cè)儀器，通過(guò)接口電路與水聲調(diào)制解調(diào)器(6)相連，水聲調(diào)制解調(diào)器(6)將采集的海洋水文信息通過(guò)多跳的方式傳送到水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，其特征在于液壓囊(9 )通過(guò)高壓管路與氣動(dòng)泵(11)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，其特征在于水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)由水聲調(diào)制解調(diào)器(13)、北斗OEM模塊(14)、北斗衛(wèi)星天線 (12)、電池倉(cāng)(15)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，其特征在于通信衛(wèi)星采用我國(guó)的第一代北斗定位衛(wèi)星，衛(wèi)星工作在L波段。
專(zhuān)利摘要Ituoshu本實(shí)用新型提供基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋水文信息獲取系統(tǒng)，屬于海洋水文信息的獲取與傳輸領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括水下傳感器節(jié)點(diǎn)，采集需要的海洋水文信息，通過(guò)水聲通信技術(shù)將信息通過(guò)多跳的方式傳送到水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，接收水下傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給通信衛(wèi)星；通信衛(wèi)星，接收水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)到地面控制中心；控制中心，接收水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的處理以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有的海洋探測(cè)技術(shù)，具有立體探測(cè)能力，將我國(guó)新一代“北斗”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)用于海洋環(huán)境監(jiān)探測(cè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的定位與信息的傳輸，擺脫對(duì)GPS系統(tǒng)的依賴(lài)，同時(shí)具備了實(shí)時(shí)傳輸能力。
文檔編號(hào)H04W84/18GK201966959SQ20112006785
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者劉鳳, 劉志華, 葉松, 尹路, 戴俊義, 鄭君杰 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院