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原文传递基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统

专利名称：	基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统
摘要：	本发明公开了一种基于北斗铱星双星通信的海‑气耦合实时观测浮标系统，包括海‑气耦合观测传感器单元，数据采集通信控制单元、锚定单元、浮标体平台、供电单元以及数据处理中心；浮标数据采集通信单元采取北斗卫星系统传输对数据安全性要求较高，对通讯量要求较低的常规块体法海气通量、上层海流剖面和浮标运行状态参数。采取铱星系统传输通讯量要求较高的高频涡动相关和高分辨率海水皮表温剖面数据。浮标可实现移动平台涡动相关法的湍流通量参数、块体法的通量参数、海水0‑1.0m高分辨率皮表温剖面、0‑70米上层海流剖面的同步实时观测。本发明是一种适用于投放在深远海的海‑气耦合观测浮标系统，具有海‑气界面观测参数多元化、数据传输安全等特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	中国科学院南海海洋研究所
发明人：	周峰华;谢强;王东晓;隋丹丹;陈举;陈偿;何云开;邢焕林
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910478411.4
公开号：	CN110203333A
代理机构：	广州科粤专利商标代理有限公司
代理人：	邓潮彬;刘明星
分类号：	B63B22/00(2006.01);B;B63;B63B;B63B22
申请人地址：	510301 广东省广州市海珠区新港西路164号
主权项：	1.一种基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，包括海-气耦合观测传感器单元，数据采集通信控制单元、锚定单元、浮标体平台、供电单元以及数据处理中心；其中，所述海-气耦合观测传感器单元、数据采集通信控制单元以及供电单元均安装在所述浮标体平台上；所述供电单元分别和海-气耦合观测传感器单元以及数据采集通信控制单元相连接，以为海-气耦合观测传感器单元和数据采集通信控制单元的工作提供电量；所述浮标体平台上用于放置在海洋中，浮标体平台的底部和锚定单元相连接安装，以使得浮标平台锚定在海洋中；所述海-气耦合观测传感器单元包括：块体法通量测量模块，用于测量海-气界面块体参数，以计算出感热、潜热、动量通量；涡动相关法通量测量模块，用于测量湍流脉动信号，以在线实时计算温度脉动、水汽浓度脉动、二氧化碳浓度脉动与垂直风速脉动的协方差，得到动量、感热、潜热和二氧化碳通量；海水皮表温测量模块，用于测量不同深度的海水温度、压力数据；上层海流剖面测量模块，用于测量海流参数；数据采集通信控制单元，和所述海-气耦合观测传感器单元相连接，用于采集接收海-气耦合观测传感器单元所测量到的数据，并将所采集到的数据通过北斗铱星双星互补数据传输的通讯方式传输至数据处理中心；其中，北斗卫星通信用于传输安全性高、数据传输流量低的数据，铱星用于传输安全性低，数据传输流量高的数据；所述数据处理中心用于接收数据采集通信控制单元所传输来的数据，并对该数据进行对数据进行解析、存储、图形化显示和数据分发。 2.如权利要求1所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述浮标体平台包括浮标体、安装在浮标体上的浮标塔架以及密封舱；其中，在所述浮标塔架上安装有北斗通讯一体机、铱星天线、涡动相关通量测量模块、块体法通量测量模块、太阳能板、浮标风翼板、锚灯以及雷达反射器；所述密封舱的最顶部是信号接插面板，中间是数据采集通讯舱，底部是电池舱。 3.如权利要求1所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述块体法通量测量模块包括综合气象站、红外温度传感器、四分量辐射仪；所述综合气象站测量风速、风向、相对湿度、气压、降水、气温；所述红外温度传感器用于海水皮温；所述四分量辐射仪用于测量向上短波辐射、向下短波辐射、向上长波辐射、向下长波辐射和净辐射。 4.如权利要求2所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述涡动相关法通量测量模块包括体式涡动相关仪、信号转换单元、惯性姿态测量单元；其中，所述一体式涡动相关仪通过横臂安装在浮标塔架顶部，其指向与浮标风翼板方向相反；信号转换单元和姿态测量单元一起安装在一个密封箱内，该密封箱通过固定件固定在浮标塔架顶部；姿态测量单元包含一个三轴倾角IMU和一个磁罗盘；姿态单元以10Hz的采样频率高频记录浮标的三维晃动姿态数据，该数据用来校正三维超声风速，获取自然地理坐标系下真实的三维风速。 5.如权利要求2所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述海水皮表温测量模块为测温棒，测温棒包括测温部，测温部由多组热敏探头以设定的间隔垂直排列，另外在每个热敏探头上并列安装1个压力探头用于同步测量水深；所述测温棒通过安装支架固定按在浮标体上，以按设定的时间间隔定期采集其长度方向的温度、压力数据；所述安装支架的最上端安装在浮标体吃水线上20cm处。 6.如权利要求1所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述上层海流剖面测量模块为一个400Khz的超声流速剖面测量仪，根据海-气界面观测需求设置其工作模式为：0.5米测量盲区，7米层厚，测量层数为10层，测量间隔为30分钟，每次测量3分钟，ASCII码形式输出流速剖面仪的工作状态和十层流速、流向、回声信号强度数据。 7.如权利要求1所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述供电单元为太阳能供电单元，包括太阳能板、光伏控制器以及蓄电池；太阳能板的输出端连接至光伏控制器的光伏端、蓄电池的输出端连接至光伏控制器的电池端，当光伏控制器监测到电池电压低于设定值时，则会切断其负载端的电源输出。 8.如权利要求1所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述数据采集通信控制单元包括CR3000数据记采集器、北斗一体机、铱星天线、铱星终端；其中，所述数据采集器包含4个线程，分别为线程1，线程2、线程3和线程4，线程1的扫描频率为10Hz，以实现对涡动相关法通量测量模的数据采集、姿态校正、通量计算校正；线程2的扫描间隔为10秒，以实现对块体法通量测量模块的数据采集、统计分析、表格存储；线程3的扫描间隔为30分钟，以实现定期读取海水皮表温测量模块和上层海流剖面测量模块的数据，并解析、统计和存储；线程4为北斗线程，以按照北斗协议格式将数据发送至数据处理中心。 9.如权利要求1所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述传输安全性高、数据传输流量低的数据包括传输风速、风向、气温、相对湿度、降水、气压、海表皮温、四分量辐射、0-70米的10层剖面流速、流向、GPS，浮标姿态、系统电压、密封舱温度数据；所述传输安全性低，数据传输流量高的数据的数据包括0-1.0米海水表层温度、深度剖面和涡动相关系统的高频湍流数据。 10.如权利要求2所述的基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，所述锚定单元为用S型锚定单元，包括配重锚链，所述配重锚链的上端通过卸扣和浮标本体的底部中心相固定连接，下端通过卸扣和第一丙纶缆绳相固定连接，第一丙纶缆绳的另一端通过卸扣和丙纶缆绳压载锚链相固定连接，丙纶缆绳压载锚链的另一端通过卸扣和第二丙纶缆绳的一端相固定连接，第二丙纶缆绳的另一端通过卸扣和耐压浮球组的顶端相固定连接，耐压浮球组的底端通过卸扣第三丙纶缆绳的一端相固定连接，第三丙纶缆绳的另一端通过卸扣和第四缆绳的一端相固定连接，第四丙纶缆绳的另一端通过卸扣和第五丙纶缆绳的一端相固定连接，五丙纶缆绳的另一端和霍尔锚相固定连接。
所属类别：	发明专利