投弃式波流测量传感器浮标体结构分析及伪刚体建模研究

根据投弃式波流测量传感器的功能及应用特点,提出了其浮标体的结构设计要求,并依此给出了所设计浮标体的主体结构。文中描述了所设计的投弃式波流测量传感器浮标体各部分的结构功能,论证了该浮标体在投弃式波流测量方面的结构优势。共研究了所设计的3种不同投弃式波流测量传感器浮标体结构,包括两种采用柔性浮力叶片的浮标体和一种采用刚性浮力叶片的浮标体。根据柔顺机构学理论分别建立了其中两种柔性浮标体的伪刚体模型。对比了刚性浮标体和两种柔性浮标体的伪刚体模型在波浪海流作用下的姿态特点,分析了各浮标体在波高测量时的误差原因,得出了其中C型柔性浮标体具有更好的随波浪和海流运动响应的结论。为更深入地进行投弃式波浪测量传感器浮标体运动学和动力学的相关研究提供了模型基础。     

投弃式温盐深测量仪数据传输系统的研制

提出了一种投弃式海水温盐深剖面测量仪的数据传输系统的设计方案.针对数据传输导线材质的特殊性和导线长度的时变性,分别研制了水下数据发送电路和水上数据接收电路,实现了数据的可靠传输.系统基本满足投弃式温盐深剖面测量仪的数据传输要求,抗干扰能力强,填补了国内空白.     

投弃式温盐深测量仪在海底地形测量中的应用

介绍了投弃式温盐深测量仪(XCTD)的原理和特点,利用它获得的声速剖面数据与声速剖面仪测量的声速剖面数据进行了精度对比,论述了在特殊环境下,利用多波束测深系统进行海底地形测量时,使用XCTD进行声速剖面测量的优势,解决了测量船停车才能进行声速剖面测量的弊端,显著提高了多波束测深系统作业的效率。     

国家海洋技术中心浮标工程技术研究室简介

国家海洋技术中心浮标工程技术研究室，拥有一支多年研究浮标枝术的科技队伍，在编人员27人，其中研究员6人，高级工程师9人，工程师8人，主要从事浮标、潜标、漂流浮标、投弃式剖面测量仪等工程技术研究，为海洋环境立体监测技术研究提供必要的技术支持。同时从事海洋倾废监视仪器，海域管理与测量仪器的设计和生产。     

XCTD剖面仪数据传输电路的设计与实现

针对XCTD(投弃式温盐深)剖面仪数据传输速率低、可靠性差的缺点,提出基于曼彻斯特编码的基带传输技术。在系统结构设计的基础上,着重讨论了基于FPGA的曼彻斯特编码器、位定时提取电路和自动增益控制电路的设计。通过测试表明,编码后的系统不仅可以使用基带信号直接传输,而且能够满足系统的通信速率要求。     

“浮星”自持式剖面浮标研究现状及进展

自持式剖面浮标在水中自由沉浮,具有隐秘性好、易投弃、体积小、重量轻、移动速度慢和制造成本低的特点,可用于长期、连续海洋观测及水下安全监视。文中介绍了全球Argo海洋观测网,综述了自持式剖面浮标发展历程及国内外研究现状。针对国产自持式剖面浮标不能满足现代海洋观测的需求,设计了2 000 m以下水深工作的"浮星"自持式剖面浮标,填补了国内空白。"浮星"采用可变体积式浮力调节装置、硼硅玻璃球体作为耐压壳体,可搭载CTD、溶解氧等多种传感器,具有定深悬停、卫星定位和双向通讯等功能。目前,工程样机顺利通过实验室测试、南海海试、西太平洋可靠性测试,实现了4 000 m水深下潜,验证了承压密封、浮力调节、通信控制等多项功能指标及整体可靠性、稳定性,为逐步实现全水深工作奠定基础。     

海洋投弃式温深剖面仪应用发展概述

海洋温度的变化会显著影响水下声传播、生物活动、气象和洋流等现象,温深是反映海洋变化运动规律的基本参数。投弃式温深剖面仪（Expendable Bathythermograph,XBT）、温盐深测量仪（Conductivity Temperature Depth,CTD）、全球海洋实时观测网（Array for Real-time Geostrophic Oceanography,Argo）等是目前进行海水温深测量的主要仪器。其中XBT因其现场测量简便、效率高、硬件成本低等特点,正在被大规模使用。本文主要介绍有关海洋温度测量的背景及演化历史,分析对比了国内外相关仪器设备的发展现状,总结了国产化产品还存在的差距和不足,另外对传感器、结构设计、数据通讯传输、数据后处理、可靠性研究等关键技术和研究热点进行了详细介绍,最后对未来无人平台的技术发展路线给出了思路和见解,开展投弃式温深剖面仪的相关技术研究和产品研制对实现国产化有积极的推动意义。     

发展剖面探测浮标技术,支持我国参与ARGO计划

本文介绍了国际ARGO计划的背景和科学意义，分析了ARGO计划对我国的正负面影响和我们应采取的对策，分析了ARGO计划使用的自持式剖面循环探测浮标的技术要求和关键技术，介绍了国外已有的几种自持式剖面浮标和国内正在研制的自持式剖面浮标。     

北斗一号卫星导航定位系统在抛弃式海洋移动观测平台的应用

作为抛弃式海洋移动观测平台,自持式剖面探测漂流浮标和海表面漂流浮标已经为国际上大量使用,该两类平台一般采用Argos卫星系统定位和传输数据。随着我国具有全部自主知识产权的北斗系统的逐步完善和发展及通信单元的小型化和低功耗化,北斗系统取代Argos系统,成为两类平台的数据传输和定位手段成为可能。文章简要介绍了自持式剖面探测漂流浮标和海表面漂流浮标的技术发展及我国北斗系统的发展情况,重点介绍了具有全部自主知识产权的采用北斗系统的C-Argo浮标和海表面漂流浮标的研制和应用情况。     

基于海洋物联网的快速机动组网观测技术研究

面向重点海域中小尺度过程、突发事件及关键目标观探测需求,以无人机、无人艇、波浪滑翔器、水下滑翔机、AUV、剖面漂流浮标及投弃式观测装备等无人智能移动观测装备为主干节点,结合潜标、 海床基等定点观测装备,提出了基于海洋物联网的快速机动组网观测系统构建方案,探讨了相关关键技术及发展方向。     

A low-cost, expendable, helicopter-deployed buoy for ocean surfacemeteorological measurements

A low-cost, expendable, helicopter-deployed, wave-riding buoy is described that has been developed to measure meteorological properties at sea. The buoy weighs 8.2 kg and is 1.3-m long and 8.9 cm in diameter in its stored configuration. After deployment, the buoy extends a 2.5-m sensor mast above the water and a 3.8-m ballasted keel below the water. Buoyancy is provided by an inflated air bladder. An airsonde electronics package that measures relative humidity, barometric pressure, and air temperature transmits the data via a UHF transmitter to a receiver on a helicopter. The received data are displayed and recorded in the helicopter. The buoy is considered simple to construct, uses off-the-shelf hardware, and requires very few, easily machined components     

基于水下绞车的实时传输潜标研制及海上试验

针对“透明海洋”工程对水下实时、长期、连续观测的迫切需求,开展基于水下绞车的实时传输潜标研制。该型潜标采用水下绞车牵引卫星通信浮标的方式,将潜标上搭载的测量仪器观测数据通过铠装通信缆传输到卫星通信浮标,当卫星通信浮标浮出水面时,再通过卫星通信传输至数据接收处理装置,完成数据传输后,水下绞车牵引卫星通信浮标至海面以下50 m,从而实现潜标系统的实时传输功能。本文详细介绍了基于水下绞车的实时传输潜标系统设计及关键组部件设计,并通过海上试验验证了该型潜标海上应用的可行性。     

表层漂流浮标及其跟踪技术

漂流浮标是一种小型海洋资料浮标，具有自动采集海洋水文气象数据，自动定位与数据传输的功能，它可以在海洋中表层海流进行大尺度测量与描绘，属一次性使用仪器，其体积小，便于投放，按照不同的使用目的的可连续在海上工作几个月到两年。     

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。     

平台基有缆潜标实时内波监测系统

研究开发了一套依托于海洋平台进行安装的有缆潜标实时内波监测系统.该系统由温度传感器、温盐深传感器(CTD)、定点海流计(DVS)、终端接收机、绞车、钢缆、电缆及锚定重块等组成.温度传感器、CTD和DVS依一定的空间间隔串行连接并固定在系泊钢缆上.系统利用电缆实时供电、采用可寻址RS485总线进行控制和数据传输.集成的有缆潜标内波监测系统在中海油所属的PY30-1平台上进行了现场内波观测,成功捕获了多个内波过程,为获取长时间序列的内波实测数据、进而为开展南海内波机理和工程应用研究提供了有效的技术手段.     

The Autonomous Ocean Profiler: a current-driven oceanographicsensor platform

The development and initial field test results of the Autonomous Ocean Profiler (AOP) are described. The profiler uses a hydrodynamic lift device to fly the instrument package up and down the water column along a taut vertical cable. Because the local currents drive the platform's vertical motion, power requirements are low, and therefore long, unattached deployments are possible. By using ARGOS or GOES satellite retrieval networks, the system can supply near-real-time data. The system provides profile data at very high vertical resolution in contrast to conventional buoys, which gather data only at fixed sensor depths. Because only a single set of sensors is required to cover the vertical range desired, the system is low cost and, for many applications, expendable. The initial deployment configuration is as an Arctic drifting buoy     

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。     

面向海洋综合观测的一种新型安全警戒浮标

面向未来海洋综合观测网络的建设需求,本文提出一种新型安全警戒浮标方案,介绍了其结构组成、关键系统及设计特点,并针对浮标的工作模式框架进行了分析.该警戒浮标立足于国家海域管理和海洋防务能力的建设,为未来海洋立体化监测的建设提供参考.     

On depth and temperature biases in bathythermograph data: Development of a new correction scheme based on analysis of a global ocean database

The World Ocean Database 2005 as of May 2009 is used to estimate temperature and sample depth biases of expendable (XBT) and mechanical (MBT) bathythermographs by comparing bathythermograph temperature profiles with more accurate bottle and conductivity/temperature/depth (CTD) data. It is shown that the application of depth corrections estimated earlier from side-by-side XBT/CTD inter-comparisons, without accounting for a pure thermal bias, leads to even larger disagreement with the CTD and bottle reference temperatures. Our calculations give evidence for a depth-variable XBT fall-rate correction with the manufacturer-derived depth being underestimated in the upper 200 m and overestimated below this depth. These results are in agreement with side-by-side inter-comparisons and direct fall-rate estimates. Correcting XBT sample depths by a multiplicative factor which is constant with depth does not allow an effective elimination of the total temperature bias throughout the whole water column. The analysis further suggests a dependence of the fall rate on the water temperature which was reported earlier in the literature. Comparison among different correction schemes implies a significant impact of systematic biases on the estimates of the global ocean heat content anomaly.     

Comparison of AVHRR measurements of sea surface temperature with surface observations around New Zealand

Multi‐channel Advanced Very‐High Resolution Radiometer (AVHRR) images of sea surface temperature (SST) in the New Zealand region have been archived since 1989. A comparison of these data with conductivity‐temperature‐depth (CTD) and expendable bathythermograph (XBT) data shows that the AVHRR temperatures are about 7% too high (when expressed in °C). Once the AVHRR temperatures have been corrected, they measure SST with an uncertainty of about 0.7°C.