极区卫星跟踪浮标在北极科学考察中的应用

介绍了两套极区卫星跟踪水文气象自动观测浮标的研制目的、结构组成与功能，以及在中国第二次北极科学考察中的现场布放和应用。同时也介绍了由美国进口的ZENO冰浮标的结构、功能和布放情况，并将极区卫星跟踪浮标和美国ZENO冰浮标做了相应的比较和分析。     

英国Marex公司的DS型资料浮标的海上投放

英国Marex公司生产的DS型遥测资料浮标是一种能够同时搜集九个海洋水文气象要素的海上综合观测装置。它能够在恶劣的海况条件下长期、自动、连续、收集和传输海洋水文气象资料,它可以通过卫星中继将信息传到地球上任何地方,电可以将各种观测数据记录在磁带上。关于浮标的技术性能及其内部装置等已有专文介绍,本文仅就其海上浮标的投放及其与投放有关的浮体结构及系留系统等做一简单介绍。     

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。     

西风带海洋环境观测技术研究

南大洋海况常年较恶劣,导致现场观测资料匮乏。中国首套南大洋西风带环境观测浮标于2019年1月1日布放在新西兰东南近53°S海域,现场实时观测并传输风向、风速、气温、气压、相对湿度、海表层温盐、海流、波浪等数据资料。该套锚定浮标也是我国首次布放超过4 500 m水深的极端环境观测浮标系统。布放运行结果表明,我国已具备研发极端环境海洋资料浮标的技术基础和深海浮标布放作业经验,研发的西风带环境观测浮标可长期运行在南大洋西风带海域,进行长期海上水文气象和动力环境参数观测。     

国内海洋浮标监测系统研究概况

文章介绍了国内海洋浮标监测系统的类型、系统组成、监测资料的质量控制和应用概况。将国内常见的海洋浮标监测系统划分为８个类型。监测系统通常由浮标系统、锚泊系统和岸站系统３部分组成,其中浮标系统通常包括浮体、标架、供电设备、防护设备和各类传感器等。近年来研制开发集水文气象水质生物监测于一体的多参数海洋自动监测浮标系统是一个重点,但已有浮标系统监测资料的质量控制和应用还有待进一步研究。     

ZQA1—1型海洋站自动观测系统

海洋站自动观测系统用于对水文气象要素进行自动测量和实时传输,对测量的原始资料自动进行分析,整理,按规范要求编制年月报表。本文对该系统的组成、工作原理、主要技术性能等作了全面的介绍。     

浅谈大型浮标的资料管理与质量控制

大型海洋资料浮标处在远离陆地的海洋恶劣环境,要保证海洋观测资料接收的完整性、可靠性,其资料管理和质量控制是比较重要的,必须要从浮标系统安装、调试、考机、布放、运行、检修、回收的观测资料接收和数据比对及修正值等方面进行质量管理控制,以确保海洋水文气象数据的真实、有效。     

三锚浮标系统研究

海洋浮标是一种现代化的海洋观测设施。它具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力,并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。海洋浮标与卫星、飞机、调查船、潜水器及声波探测设备一起,组成了探测海洋奥秘的主体监测系统。论文详细阐述了水面浮标采用的新型三锚系留系统的组成、优点、以及克服的技术难题。     

我国南沙永暑礁海洋站水文气象观测系统简介

前言在靠近赤道的我国南沙水域,建立海洋水文气象观测站,实施水文气象要素的长期观测,对研究该地区的水文气象等环境要素的变化规律及其对我国两广地区、沿海地带环境变化的影响有着十分重要的意义。同时也为联合国教科文组委托的“全球海平面联测计划”提供有关资料。为此国务院和中央军委决定在我国南沙永暑礁上建立海洋水文气象观测站。海洋技术研究所为该站研制配备了ZQA3-1型水文气象自动观测设备。 1988年8月1日该站已经组建完毕,连同观测设备一起交付使用。自启用以来,设备工作正常,通过短波通讯和ARGOS卫星通讯系统已向岸站发回大量宝贵的水文气象资料。填补了我国这一带海区长期环境监测的空白。     

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。     

一种浅海锚泊测流浮标系统的实验

早在五十年代,海洋科技工作者已开始利用浮标布设海洋调查仪器,进行海上观测的试验工作。目前被采用的浮标系统,大体有三种类型:(1)锚泊浮标系统,利用各类自含式海洋调査仪器进行测量,定期收回资料;(2)遥测浮标系统,利用无线电遥控和收发各种海洋观测数据;(3)漂移浮标系统,利用浮标本身的漂移,进行海流和其他要素的观测。本文主要介绍浅海锚泊浮标系统的设计和使用情况。 对锚泊浮标系统的研究和实验,许多国家已做了大量有成效的工作。目前关于浮标的设计和锚泊方法尚无統一意见,但是可以看出,大多趋向于采用水下浮标张缆锚泊。这种方法使得浮标系统比起遥测浮标系统来,较为轻小、经济、方便,适合于进行多站同步观测。国外在海洋调查中经常利用这种系统作较长期的海流观测。 我所在六十年代初就已开始了锚泊浮标系统的研究、实验,1964年进行了新的研究设计工作,并在“全国海洋仪器会战”期间,完成了整套系统的计算设计与海上实验,经过鉴定,建议作小批量生产。 近年来,国家海洋局第一海洋研究所、中国科学院南海海洋研究所利用该浮标系统作过多次海上试用,取得了海流长期观测资料,初步考验了该系统的性能。我们最近又对某些部件作了一定的改进,并进行了海上实验。但是,实验也表明:此方法不宜在渔场区和台风盛行季节使用,因易被渔网拖损和丢失。现综合报告如下。     

新型激光雷达浮标运动响应特性数值研究

以新型激光雷达浮标系统为研究对象,基于ANSYS/AQWA开展了激光雷达浮标系统运动响应特性数值研究,研究了浮标吃水深度、形状参数对于激光雷达浮标运动响应的影响规律,分析了附加质量、辐射阻尼、运动响应RAO及一阶、二阶波浪力等水动力参数。采用时域分析方法对不同风浪流荷载入射角度下的激光雷达浮标锚泊系统张力特性进行了计算分析。研究结果表明:随着浮标吃水深度的增加,浮标纵荡方向响应无明显变化,垂荡响应显著增大;随着浮标底部圆台直径的增大,浮标纵荡方向响应变化较小,而圆柱形浮标垂荡运动响应显著大于圆台形浮标;当浮标系泊锚链发生松弛—张紧状态变化时易出现极端张力,且极端张力出现的幅值和频率随有效波高的增大和谱峰周期的减小而增大。     

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。     

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.     

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...     

Directional ocean wave spectra using buoy azimuth, pitch, and rollderived from magnetic field components

Buoy azimuth, pitch, and roll, when used with measurements of buoy vertical acceleration, can provide directional wave spectra. Earlier work, which considered effects of buoy hull magnetism, showed that azimuth can be determined from magnetic field measurements (K.E. Steele and J.C. Lau, 1986). This work is extended to show that buoy pitch and roll, and thus buoy slopes, can also be determined from the same measurements. These slopes can be determined from measurements of the magnetic field components inside the hull along two orthogonal axes parallel to the deck of a buoy. Algorithms are developed for estimation of azimuth, pitch, and roll angles using these measurements. The algorithms account for residual and induced hull magnetism. Azimuth, pitch, roll, and estimates of directional wave spectra are determined both from the magnetic field measurements and from a conventional wave measurement system on the same buoy. Comparisons show that estimates of directional spectra based on magnetometer-derived pitch and roll agree well     

一种新型海洋环境监测系统的静力分析和姿态计算

介绍了将浮标与潜标相结合的一种新型海洋环境监测系统的静力分析和姿态计算方法,结合MAT-LAB编程给出了在0～2 m/s流速范围内主浮标、主潜标和缆绳的受力、倾角情况,为确保系统能在水下长期可靠地工作提供了理论依据.     

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。     

SZF型波浪浮标系统

文中介绍了SZF型波浪浮标的系统组成、主要工作原理及系统的主要功能,给出了该型号浮标的测量指标及技术参数,介绍了该浮标的应用情况。