一種衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置的製作方法
2023-06-01 03:58:26
專利名稱：一種衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於海洋監測技術領域，涉及一種漂流浮標裝置，尤其涉及一種衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置。
背景技術：
海洋佔整個地球表面積的70.8%，是人類生存與發展的重要空間，其蘊藏著豐富的金屬、能源和生物資源；由於經濟的快速發展，陸上資源日益匱乏，人類社會面臨著人口膨脹、資源短缺和環境惡化等一系列難題，因此海洋成為21世紀重要的陸地可接替資源場所，開發利用海洋是解決這一系列難題的重要途徑；海洋氣候變幻莫測，為了更好地開發利用海洋，人們在沿海和海島上建立海洋觀測站並測量波高、海流、海溫、潮位、風速和氣壓等水文氣象要素，這些資料不僅可以指導人類更好地開發利用海洋，而且在海上工程建築和海洋科學研究領域發揮著重要作用；但是，沿海和海島觀測站觀測到的海洋數據只能反映 近海和臨島海域的情況，對遠洋航行卻無法進行監測指導，在海洋中建立漂流浮標是解決這個問題的有效方法；海洋浮標技術是二十世紀六十年代由一些海洋發達國家使用並發展起來的，海洋漂流浮標是海洋環境調查的重要技術裝備，具有在惡劣的海洋環境條件下，無人值守地長期、連續、同步、自動地對海洋水文、氣象諸要素進行全面綜合監測的特點，是海洋觀測岸站、調查船和調查飛機在空間上和時間上的延伸擴展，是離岸監測的重要手段，具有其他調查方法無法代替的作用，它的重要性越來越受到世界各海洋國家的重視。現有的漂流浮標大都結構複雜、製作成本高而且精確度不夠；本發明對現有的漂流浮標進行改進，結構簡單輕巧、體積小、壽命長、性能好、生產成本低，而且採用北鬥二號導航系統的定位和信息通訊技術，能夠達到釐米級精度定位。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中漂流浮標結構複雜、製作成本高和精確度不夠的缺陷，提供設計一種衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置。為了實現上述目的，本發明的整體結構包括北鬥接收機和漂流浮標支架，北鬥接收機固定安裝在漂流浮標支架的上端；北鬥接收機包括北鬥接收機外殼和北鬥接收機內部工作平臺，北鬥接收機外殼包裹著北鬥接收機內部工作平臺使北鬥接收機內部工作平臺不受外部環境破壞，北鬥接收機外殼為正方體、長方體、錐體或球體等公知結構並且外表面安裝有太陽能電池用來給北鬥接收機內部工作平臺供電，北鬥接收機內部工作平臺包括北鬥衛星天線、通信模塊、溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計；漂流浮標支架包括中心支柱、上部浮架、下部浮架、串連杆、浮球、耐腐蝕帆布和載重，上部浮架和下部浮架分別固定安裝在中心支柱的上部和下部，串連杆固定安裝在上部浮架上，浮球固定安裝在串連杆上使得漂流浮標在水中時北鬥接收機在水面之上，耐腐蝕帆布的一側掛置在上部浮架上另一側掛置在下部浮架上，載重固定安裝在中心支柱下部。本發明優選的北鬥接收機包括北鬥接收機外殼和北鬥接收機內部工作平臺，北鬥接收機外殼採用耐腐蝕、防水、堅固和抗撞擊的玻璃鋼材料製成正方體、長方體、錐體或能分為上半球和下半球的球體結構，太陽能電池安裝在上半球的外表面上或正方體、長方體和錐體的頂側面上；通信模塊中以微處理器為中心，在微處理器內部設置有保證程序快速運行的256KB字節的RAM存儲器和保存有溫度、溼度、氣壓等監測數據包的8MB字節的FLASH存儲器，微處理器內部還設置有通信板和能進行內部邏輯編程的邏輯電路，微處理器運用兩個通用異步串行接口作為北鬥衛星通信接口和漂流浮標通信接口 ；微處理器的通信板通過北鬥衛星通信接口控制北鬥接收機完成衛星授時、地理定位、雙向數據傳輸等工作，通過漂流浮標通信接口接收溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計採集的監測數據包，並監控溫度處理器、溼度處理器和氣壓計的工作狀態，然後通過北鬥衛星天線將溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計採集的監測數據包發送至地面管理中心；微處理器的通信板設置有漂流浮標校對時鐘並實時掌握北鬥接收機的工作狀態。本發明優選的北鬥衛星天線為正方形貼片形式，其輻射單元由對應接收BI和B3兩個頻段的兩層貼片疊加而成，兩層貼片上分別設置有呈正六邊形排列的六個孔，還設置有六個帶帽容性探針通過六個孔穿過下層貼片並對上層貼片BI頻段和下層貼B3頻段採用背饋方式進行饋電，由於探針採用正六邊形排列形成多點均勻饋電，饋電點信號相位按照·順時針依次相差60度，使北鬥衛星天線的輻射單元在工作頻帶內具有良好的阻抗帶寬及軸比特性，同時相位中心更加穩定；北鬥衛星天線的輻射單元採用三級放大的電路形式，設置輸入和輸出匹配網絡；為使從輻射貼片接收到的多路信號耦合成一路信號，最終由一個接口輸入到北鬥接收機，BI頻段的六個饋電點信號分成兩部分放大，首先四個饋電點信號分別由3dB第一電橋和3dB第二電橋耦合成兩路信號，分別經第一微帶線與第二微帶線傳輸到3dB第四電橋放大耦合成一路信號，另外兩個饋電點信號由3dB第三電橋耦合成一路信號，經第三微帶線傳輸到3dB第五電橋並進行第二級放大，經過第一級和第二級放大後的合成信號分別經第四微帶線和第五微帶線傳輸到3dB第六電橋進行第三級放大後耦合成一路信號，然後由一個接口輸入到北鬥接收機；北鬥衛星天線經過輻射單元的六個饋電點饋電和三級低噪音放大器放大，能夠有效地消除其相位中心偏移誤差和漂流浮標的噪聲誤差，從而有效地提聞漂流浮標的定位精度。本發明優選的漂流浮標支架，其中心支柱採用PVC管材製成，上部浮架和下部浮架均由兩根呈十字形結構的細杆組成，上部浮架的細杆和下部浮架的細杆對應平行，上部浮架細杆的四端分別固定安裝有串連杆，每個串連杆分別串連有兩個浮球，浮球的大小根據漂流浮標的總重量決定並能使漂流浮標在水中漂流時北鬥接收機位於水面之上。本發明與現有技術相比結構簡單輕巧、體積小、壽命長、性能好、生產成本低，而且採用北鬥二號導航系統的定位和信息通訊技術，能夠達到釐米級精度定位。
圖I為本發明整體結構原理示意圖。圖2為本發明北鬥接收機內部結構原理框圖。圖3為本發明北鬥接收機通訊模塊原理框圖。圖4為本發明北鬥衛星天線的移相網絡原理框圖。圖5為本發明北鬥衛星天線的俯視圖。
圖6為本發明北鬥衛星天線的正視圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例並結合附圖對本發明作進一步說明。實施例I :
本實施例的整體結構包括北鬥接收機和漂流浮標支架，北鬥接收機固定安裝在漂流浮標支架的上端；北鬥接收機包括北鬥接收機外殼I和北鬥接收機內部工作平臺8 ;北鬥接收機外殼I採用耐腐蝕、防水、堅固和抗撞擊的玻璃鋼材料製成，並且包裹著北鬥接收機內部工作平臺8使北鬥接收機內部工作平臺8不受外部環境破壞，北鬥接收機外殼I為球體結構並分為上半球和下半球，上半球的外表面安裝有太陽能電池用來給北鬥接收機內部工作平臺8供電，北鬥接收機外殼I採用球體結構保證太陽能電池能從各個方向採集太陽光並擴大太陽能電池的採光面積；北鬥接收機內部工作平臺8固定安裝有北鬥衛星天線、通信模塊、溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計，北鬥衛星天線用來接收和發送北鬥衛星信號，溫度傳感器用來採集溫度數據，溼度傳感器用來採集溼度數據，氣壓計用來採集氣壓數據；通信模塊中以微處理器為中心，在微處理器內部設置有保證程序快速運行的256KB字節的RAM存儲器和保存有溫度、溼度、氣壓等監測數據包的8MB字節的FLASH存儲器，微處理器內部還設置有通信板和能進行內部邏輯編程的邏輯電路，微處理器運用兩個通用異步串行接口作為北鬥衛星通信接口和漂流浮標通信接口 ；微處理器的通信板通過北鬥衛星通信接口控制北鬥接收機完成衛星授時、地理定位、雙向數據傳輸等工作，通過漂流浮標通信接口接收溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計採集的監測數據包，並監控溫度處理器、溼度處理器和氣壓計的工作狀態，然後通過北鬥衛星天線將溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計採集的監測數據包發送至地面管理中心；微處理器的通信板設置有漂流浮標校對時鐘並實時掌握北鬥接收機的工作狀態；北鬥衛星天線與通信模塊的微處理器連接且為正方形貼片形式，北鬥衛星天線的輻射單元由對應接收BI和B3兩個頻段的兩層貼片疊加而成，兩層貼片上分別設置有呈正六邊形排列的六個孔，還設置有六個帶帽容性探針通過六個孔穿過下層貼片並對上層貼片BI頻段和下層貼B3頻段採用背饋方式進行饋電，由於探針採用正六邊形排列形成多點均勻饋電，饋電點信號相位按照順時針依次相差60度，使北鬥衛星天線的輻射單元在工作頻帶內具有良好的阻抗帶寬及軸比特性，同時相位中心更加穩定；北鬥衛星天線的輻射單元採用三級放大的電路形式，設置輸入和輸出匹配網絡；為使從輻射貼片接收到的多路信號耦合成一路信號，最終由一個接口輸入到北鬥接收機，BI頻段的六個饋電點信號分成兩部分放大，首先四個饋電點信號分別由3dB第一電橋10和3dB第二電橋11耦合成兩路信號，分別經第一微帶線28與第二微帶線29傳輸到3dB第四電橋13放大耦合成一路信號，另外兩個饋電點信號由3dB第三電橋12耦合成一路信號，經第三微帶線30傳輸到3dB第五電橋14並進行第二級放大，經過第一級和第二級放大後的合成信號分別經第四微帶線32和第五微帶線31傳輸到3dB第六電橋15進行第三級放大後耦合成一路信號，然後由一個接口輸入到北鬥接收機；北鬥衛星天線經過輻射單元的六個饋電點饋電和三級低噪音放大器放大，能夠有效地消除其相位中心偏移誤差和漂流浮標的噪聲誤差，從而有效地提高漂流浮標的定位精度；漂流浮標支架包括中心支柱2、上部浮架3、下部浮架4、串連杆5、浮球6、耐腐蝕帆布7和載重9 ;中心支柱2採用PVC管材製成，上部浮架3和下部浮架4均由兩根呈十字形結構的細杆組成，上部浮架3固定安裝在中心支柱2的上部，下部浮架4固定安裝在中心支柱2的下部，上部浮架3的細杆和下部浮架4的細杆對應平行，上部浮架3細杆的四端分別固定安裝有串連杆5，每個串連杆5分別串連有兩個浮球6，浮球6的大小根據漂流浮標的總重量決定並能使漂流浮標在水中漂流時北鬥接收機位於水面之上；上部浮架3和下部浮架4的細杆之間分別固定掛置有耐腐蝕帆布7，使耐腐蝕帆布7的一側掛置在上部浮架3的細杆上，另一側掛置在下部浮架4的細杆上，耐腐蝕帆布7能夠使漂流浮標與水流同步 移動；載重9固定安裝在中心支柱2的下端保證漂流浮標能豎直直立於水中並且使北鬥接收機位於水面之上。
權利要求
1.ー種衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置，包括北鬥接收機和漂流浮標支架，北鬥接收機固定安裝在漂流浮標支架的上端，其特徵在幹北鬥接收機包括北鬥接收機外殼和北鬥接收機內部工作平臺，北鬥接收機外殼包裹著北鬥接收機內部工作平臺使北鬥接收機內部工作平臺不受外部環境破壞，北鬥接收機外殼的外表面安裝有太陽能電池用來給北鬥接收機內部工作平臺供電，北鬥接收機內部工作平臺固定安裝有北鬥衛星天線、通信模塊、溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計；漂流浮標支架包括中心支柱、上部浮架、下部浮架、串連杆、浮球、耐腐蝕帆布和載重，上部浮架和下部浮架分別固定安裝在中心支柱的上部和下部，串連杆固定安裝在上部浮架上，浮球固定安裝在串連杆上使得漂流浮標在水中時北鬥接收機在水面之上，耐腐蝕帆布的一側掛置在上部浮架上另ー側掛置在下部浮架上，載重固定安裝在中心支柱下部。
2.根據權利要求I所述的衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置，其特徵在於所述北鬥接收機外殼採用玻璃鋼材料製成，其結構為正方體、長方體、錐體或能分為上半球和下半球的球體中的ー種，太陽能電池安裝在上半球的外表面上或正方體、長方體和錐體結構的頂側面上。
3.根據權利要求I所述的衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置，其特徵在於所述漂流浮標支架的中心支柱採用PVC管材製成，上部浮架和下部浮架均由兩根呈十字形結構的細杆組成，上部浮架的細杆和下部浮架的細杆對應平行，上部浮架細杆的四端分別固定安裝有串連杆，每個串連杆分別串連有兩個浮球井能使漂流浮標在水中漂流時北鬥接收機位於水面之上。
4.根據權利要求I所述的衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置，其特徵在於所述通信模塊以微處理器為中心，在微處理器內部設置有使程序快速運行的256KB字節的RAM存儲器和保存有溫度、溼度、氣壓監測數據包的8MB字節的FLASH存儲器，微處理器內部還設置有通信板和能進行內部邏輯編程的邏輯電路，微處理器運用兩個通用異步串行接ロ作為北鬥衛星通信接口和漂流浮標通信接ロ ；微處理器的通信板通過北鬥衛星通信接ロ控制北鬥接收機完成衛星授時、地理定位和雙向數據傳輸工作，通過漂流浮標通信接ロ接收溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計採集的監測數據包並監控溫度處理器、溼度處理器和氣壓計的工作狀態，然後通過北鬥衛星天線將溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計採集的監測數據包發送至地面管理中心，微處理器的通信板設置有漂流浮標校對時鐘並實時掌握北鬥接收機的工作狀態；所述北鬥衛星天線與微處理器連接。
5.根據權利要求I或4所述的衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置，其特徵在於所述北鬥衛星天線為正方形貼片形式，其輻射單元由對應接收BI和B3兩個頻段的兩層貼片疊加而成，兩層貼片上分別設置有呈正六邊形排列的六個孔，還設置有六個帶帽容性探針通過六個孔穿過下層貼片並對上層貼片BI頻段和下層貼B3頻段採用背饋方式進行饋電，採用正六邊形排列形成多點均勻饋電，饋電點信號相位按照順時針依次相差60度；所述北鬥衛星天線的輻射單元採用三級放大的電路形式，設置輸入和輸出匹配網絡；B1頻段的六個饋電點信號分成兩部分放大，四個饋電點信號分別由3dB第一電橋和3dB第二電橋耦合成兩路信號，分別經第一微帶線與第二微帶線傳輸到3dB第四電橋放大耦合成一路信號，另外兩個饋電點信號由3dB第三電橋耦合成一路信號，經第三微帶線傳輸到3dB第五電橋並進行第二級放大，經過第一級和第二級放大後的合成信號分別經第四微帶線和第五微帶線傳輸到3dB第六電橋進行第三級放大後耦合成一路信號，然後由ー個接ロ輸入到北鬥接 收機。
全文摘要
本發明公開了一種衛星導航系統的釐米級漂流浮標裝置，屬於海洋監測技術領域；整體結構包括北鬥接收機和漂流浮標支架，北鬥接收機內固定安裝有北鬥衛星天線、通信模塊、溫度傳感器、溼度傳感器和氣壓計，漂流浮標支架包括中心支柱、上部浮架、下部浮架、串連杆、浮球、耐腐蝕帆布和載重，上部浮架和下部浮架分別固定安裝在中心支柱的上部和下部，上部浮架固定安裝有串連杆，串連杆串連有浮球，耐腐蝕帆布的一側掛置在上部浮架上，另一側掛置在下部浮架上，載重固定安裝在中心支柱的下端；本發明結構簡單輕巧、壽命長、性能好、生產成本低，能夠達釐米級精度定位。
文檔編號G01C13/00GK102706332SQ201210200638
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者劉宇迪, 戴洪磊, 王春玉, 陳蘭森 申請人:山東科技大學