基于串行通信的传感器自动识别与通用型浮标数据采集系统设计

海洋资料浮标以其多种功能和连续探测能力成为现代海洋观测的重要工具。海洋浮标传感器种类多、通信协议差异性大,为浮标数据采集系统提出了集成应用需求多样、平均开发周期长的问题。本实验设计并实现了基于串行通信波特率特征判别传感器的通用型海洋浮标数据采集系统。系统基于串行通信接口,通过对波特率的自动识别,对多种不同海洋参数传感器的通信特点进行比对分析,从而将传感器进行分类识别,实现外载传感器的自动识别功能;通过IAP设计,实现系统的拓展。最后,通过实验室的原型试验进行技术路线可行性验证。结果表明,系统能够在数秒内快速无误识别信息库中传感器,可以通过分包方式满足远程更新需求。     

多参数海洋浮标实时采集系统的设计

提出了一种深海浮标实时数据采集的设计方案。该方案基于数据库和卫星通信技术,通过多通道数据采集,能够实现深海环境要素的实时获取,完成在无人值守状态下浮标周围海域的环境监测,有助于推动特定海域海洋环境的研究。     

基于地磁与红外双模探测的海洋浮标预警系统设计

设计了一种基于地磁检测与红外感应相结合、可对浮标周围异常目标进行探测和预警的控制系统。系统采用芯片级的微型磁感线圈,以及高集成度、低功耗的数据采集与总线技术,通过探测船体磁性对地磁场的扰动,监测船舶对浮标的靠近;采用芯片级的热释电红外传感器,通过探测人体红外辐射,监测浮标在正常工作期间未知人员的入侵。系统的预警采用声光报警和图像远程传输相结合的方式,现场采集的图像数据经过压缩编码后通过无线数传电台发送至远程岸基监测站,实现海洋浮标的远程预警与现场取证功能。     

一种新型多功能海洋浮标

介绍一种多功能海洋考察与观测用浮标的结构、性能。浮标带有短波无线电遥控和数据传输功能、可外挂多种传感器;该浮标采用小水线结构,在较高海况下,具有较好的安定性。浮标配置了差分型全球定位（DGPS）接收机和短波电台,可对浮标的位置和工作状况实施实时监测,对浮标的工作程式实时遥控并进行必要的数据传输。浮标电子舱内具有大容量多通道数据采集记录系统,DGPS的lpps（1 pulse per second）信号被用于多浮标数据采集的精确同步。浮标可用于海洋监测、考察;也可用于水下目标高精度大地坐标测量等海洋工程。     

新型海洋资料浮标数据采集控制系统研究与概念设计

本文以海洋资料浮标数据采集控制系统的灵活性，可长级性，可靠性，易用性，低功耗和小体积为目标，提出一种基于与ＩＢＭＰＣ兼容的ＰＣ１０４标准总线和ＶＥＴＡ嵌入式实时多任务操作系统的新型海洋资料浮标数据采集控制系统，并在所采用的软硬件平台上，针对系统模块设计了一个小试验系统。     

深海综合观测浮标研制及其在热带西太平洋的应用

目前尽管国内近海浮标实现了产品化，但深远海尚无定型可靠的深海综合观测浮标系统，基于此，中国科学院海洋研究所设计制作了深海综合观测浮标系统，其浮标体为柱台型结构，采用单点锚泊系留。整个系统主要由浮标体、系留子系统、观测子系统、数据采集处理控制子系统、通信子系统、供电子系统、检测子系统、安全报警子系统和岸基数据接收处理子系统等9部分组成。浮标系统通过搭载不同类型的传感器，实现对风速/风向、气温、相对湿度、气压、能见度、雨量、波浪、表层水温、表层盐度、表层溶解氧、表层叶绿素、表层浊度、剖面流速流向、剖面温盐深（最大深度可达1 000 m）、方位及浮标位置等要素进行实时观测，从而完成对海洋气象、水文和水质等要素的长期、连续、自动监测，并支持铱星和北斗等卫星通信方式，将观测数据实时的传输到岸基数据接收处理系统。近年来，深海综合观测浮标系统在热带西太平洋海域连续进行了4次海上应用，每次应用时间长达1 a。它提供了第一手的大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料，促进了关于气候变化和深海大洋的研究工作。所研制的深海浮标达到目前国际同类产品（美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标）的先进水平，并且在水下感应耦合传输等方面进行了创新，形成了自有特色。     

基于ARM的海洋站水文气象自动观测系统设计

针对国内现有的基于单片机或PC/104的数据采集系统的不足,介绍了一种基于ARM(Advanced RISCMachines)平台和单片机平台的数据采集系统。它结合了国外先进的数据采集技术,具有功耗低、体积小、性能高,软、硬件扩充灵活的特点,其通用性、模块化和可扩展性能满足浮标、船用气象仪等海洋水文气象仪器设备研发的需求。     

基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计

以低功耗、多参数、安全可靠为设计目标,提出一种基于北斗卫星通信的海洋多要素观测系统设计。设计以嵌入式微控制器STM32F103RET6为核心,实现以漂流浮标为载体的海洋环境噪声测量,同时实现对海洋气温、气压、风速、风向及表层海温的多要素观测;以可充电锂电池组和太阳能电池板组合方式供电,同时进行必要的电源管理,有效提高漂流浮标的工作寿命;采用我国自主知识产权的北斗系统进行定位及双向通信,安全性高。实验表明,基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计具有可行性,满足低功耗、多参数、安全可靠的设计要求,为以表面漂流浮标为载体的海洋多要素数据采集控制提供新的硬件设计方法。     

基于后处理载波相位差分GPS技术的验潮浮标

GPS验潮原理已经发展成熟。按照潮汐测量工作的自动化、高精度的要求,根据海洋浮标的实际工作环境和海洋浮标设计经验,利用嵌入式技术和系统集成技术研制了浮标数据采集器,利用机械设计技术设计了浮标体,并进行了精度验证试验和应用试验,采用GAMIT软件处理浮标数据。试验结果表明,该GPS浮标的瞬时海面高测量精度和潮汐测量精度均满足精度要求,可以应用于海洋潮汐测量工作。     

GNSS浮标高程测量精度的影响因素研究

针对高度计定标检验的需求,研制了GNSS浮标,并在天津市于桥水库和威海市石岛镇分别进行了浮标性能测试。通过对影响浮标数据处理精度的因素进行研究,为GNSS浮标数据处理方法建立了完整的技术流程,使其满足高度计定标检验的需求。结果表明:GNSS浮标可以满足高度计定标检验的需求;但需特定的数据处理方法。(1)在基准站数据处理中,卫星截止高度角选择为5°~15°,数据采集时间不少于24 h;(2)浮标数据处理模式选择为自动模式,并对其进行移动平均滤波或中值滤波处理后,流动站解算结果最优;(3)GNSS浮标的水面高程测量精度优于1 cm;(4)受到GNSS本身的限制,当浮标距离GNSS基准站越远,浮标数据的解算精度越低。     

New buoy observation system for tsunami and crustal deformation

We have developed a new system for real-time observation of tsunamis and crustal deformation using a seafloor pressure sensor, an array of seafloor transponders and a Precise Point Positioning (PPP ) system on a buoy. The seafloor pressure sensor and the PPP system detect tsunamis, and the pressure sensor and the transponder array measure crustal deformation. The system is designed to be capable of detecting tsunami and vertical crustal deformation of ±8 m with a resolution of less than 5 mm. A noteworthy innovation in our system is its resistance to disturbance by strong ocean currents. Seismogenic zones near Japan lie in areas of strong currents like the Kuroshio, which reaches speeds of approximately 5.5 kt (2.8 m/s) around the Nankai Trough. Our techniques include slack mooring and new acoustic transmission methods using double pulses for sending tsunami data. The slack ratio can be specified for the environment of the deployment location. We can adjust slack ratios, rope lengths, anchor weights and buoy sizes to control the ability of the buoy system to maintain freeboard. The measured pressure data is converted to time difference of a double pulse and this simple method is effective to save battery to transmit data. The time difference of the double pulse has error due to move of the buoy and fluctuation of the seawater environment. We set a wire-end station 1,000 m beneath the buoy to minimize the error. The crustal deformation data is measured by acoustic ranging between the buoy and six transponders on the seafloor. All pressure and crustal deformation data are sent to land station in real-time using iridium communication.     

国产深海准实时传输潜标系统设计

基于海洋环境安全保障、海洋环境预报和海洋科学研究的需要，开展国产深海准实时传输潜标系统的设计，重点进行锚泊系统水动力分析、观测设备工作同步性、准实时通讯系统安全可靠和系统低功耗等整体技术设计；开展轻型感应耦合传输缆制作、大深度感应耦合传输和智能收放通讯等数据实时通讯技术的研究；进行适用于准实时传输潜标系统的多种类国产设备的稳定性和可靠性优化、规模化集成和系统化的应用示范，形成半潜升降式准实时通讯潜标与浮子式准实时通讯潜标各1套。所设计的准实时传输潜标系统集成了1台抗污染CTD、19台感应耦合CTD、8台感应耦合T、4台感应耦合传输的ADCP、2台单点海流计和6台感应耦合数据传输仪，并配有2套声学释放器；潜标系统本体设计含有3个水下流线型浮体、1套通讯浮子、1套准实时卫星通讯装置（半潜式水下绞车或海面浮子）和1套锚泊缆系，可实现深达2 000 mm的剖面温盐深和海流等海洋要素的高频率、多要素、多层次的长期连续观测和数据准实时传输，以便对科学问题解决和海洋环境安全保障等提供及时的数据支撑。     

一种用于海洋综合观测浮标的多种通信方式集成系统

为了优化海洋综合观测浮标的通信系统,设计了一种通信方式集成系统,将多种通信模块进行集成管理,并在每个数据发送周期进行通信信号检测,经过比较选择最优的通信方式进行数据传输。该系统具有采集数据完整、数据冗余小、运行功耗低等优点,有效增强了浮标的通信能力,完善了原有通信系统的功能,并且后期还具备较强的可扩展性功能,如浮标舱内环境监测和独立定位等,进一步增强浮标的安全性。该系统已经完成12个月的海上试运行,系统运行稳定,功能达到预期,可满足海洋综合观测浮标对多种通信方式进行优化管理的需求。     

电磁兼容设计在水声探测浮标系统中的应用

随着现代科学技术的发展,水声探测浮标系统也向着高灵敏度、高集成度、高可靠性方向发展,其对浮标系统的电磁兼容性能的要求越来越高.结合电磁干扰的形成因素及电磁干扰的传播途径等理论,分析了水声探测浮标系统在测量过程中出现的毛刺、尖刺等影响系统正常工作的干扰现象形成原因,提出了电磁兼容的改进措施,根据浮标系统结构等设计特点,主...     

基于北斗卫星的大型海洋浮标通信机制研究

针对北斗通信效率低、通信并非百分百可靠等问题,提出了一套新的大型海洋浮标北斗通信机制,包含一套通信协议、一种适用于通信数据的"位拼接-LZW"两重数据压缩机制以及一套适用于通信系统的"主-从"两重状态机通信控制机制。该机制有效地提高了通信传输效率,节约了通信成本,保证了北斗通信的可靠性,并且已成功应用于大型海洋浮标中。     

"采用SCADA通信系统通过国内卫星传输资料浮标数据研究"及其应用

海洋资料浮标测量数据传输的安全、可靠、经济和方便,是多年来浮标工程研究的课题。文中介绍我国海洋资料浮标数据传输方式的变革,国内卫星(中卫-1号)的性能及覆盖海域,"全线通"双向数据卫星通信系统原理特点以及"采用SCADA通信系统通过国内卫星传输资料浮标数据研究"成果在我国东海、南海的应用情况。     

水下升降式准实时通信潜标控制系统研制

为实现长期、连续、定点、低成本的上层海洋垂直剖面要素的准实时观测,提出了一种以STM32单片机(microcontroller unit,MCU)为主控器、采用国产温盐深传感器(conductivity temperature depth,CTD)和声学多普勒剖面流速仪(acoustic doppler current profilers,ADCP)等仪器进行剖面观测、搭载铱星通信模块或其他通信设备、适用于近海和远海的低功耗水下升降式准实时通信潜标控制系统设计方案。介绍了潜标的结构组成、控制系统硬件和软件设计,以及服务器接收软件的设计;实现了基于无线双向通信的数据补发机制和对潜标的远程控制;提出了一种适用于霍尔无刷直流电机(hall brushless direct current motor,HBLDCM)的堵转保护方法。近海和远海试验表明,该型潜标可以实现海洋垂直剖面的连续观测和数据的准实时传输,验证了潜标控制系统设计方案的可行性与稳定性。