面涌浪的影响会出现电流比较大的情况，入水之后同样也会受到海流和 海水阻力的影响。为了防止长时间过载，中继控制仓会根据控制策略，进行过流保护，例如， 过流保护参数为2A，大于2A会停机保护，间隔一段时间并多次尝试回收卫星天线仓。
[0042] 本发明的中继控制仓采用MSP430处理器，具有多通道外围通信能力，图中所示为 4通道，具有RTC时钟单元，外扩1G Flash存储电机驱动及能耗测量部分。由于需要长期工 作于水下，能耗是至关重要的问题；每天大部分时间是非工作时间，在此期间可以使系统处 于休眠状态。其他挂载设备的供电也是需要工作期间才供电，非工作期间则断电处理，尽量 减少电量浪费。
[0043] 中继控制仓起着承上启下的重要作用，向下通过线缆与水下潜标进行通信，向上 通过水声通信机与卫星天线仓进行通信，将接收到的潜标数据经水声通信、卫星天线上传 至远程岸基；远程岸基指令经卫星、卫星天线传至水声通信机，信息经中继控制仓解析，指 令下载到潜标中；同时，中继控制仓检测自身深度的变化，并根据时间表控制电机的转动实 现卫星天线仓的升降过程。中继控制仓在系统中具备很好的独立性，可以根据控制策略自 行判断并实现升降过程，以及放缆、回收任务；另外，中继控制仓兼有水下平台作用，具有多 个接口，能够挂载多种水下仪器及传感器。
[0044] 本发明的通讯结构设计中，包括地面指挥机、卫星天线仓、中继控制仓和潜标电子 仓。其中，地面指挥机与卫星天线仓之间使用卫星通讯方式，卫星天线仓与中继控制仓之间 使用RS232接口的水声通讯机通讯，中继控制仓与潜标电子仓之间为RS422/485方式的线 缆连接通讯方式。
[0045] 为了实现单元间的可靠通信，高效合理的通信协议是至关重要的，本发明制定了 一套通信协议，具体如下：
[0046] (1)基本数据帧格式
[0047] 基本数据帧格式的设置参照下表，具体为：
[0048]
[0049] 传输报文以启动字符开始，以结束字符作为报文结束。数据帧中包含收发方的地 址，便于本单元判别解析执行或转发。
[0050] (2)上行下行定义
[0051] 下行：地面指挥机一卫星天线仓一中继控制仓一潜标
[0052] 上行：潜标一中继控制仓一卫星天线仓一地面指挥机
[0053] (3)指令应答方式
[0054] 为了增加通信可靠性，每条指令都采取应答的通信方式。
[0055] 其中，卫星天线仓与中继控制仓之间以北斗方式进行通信，考虑到卫星天线仓在 海面姿态等因素，尤其要注意通信的可靠性。
[0056] 下行的指令传输过程中，命令发起方发送指令后，接收方会发送指令应答。若在一 定时间内，命令发起方没有收到指令应答，则认为发送失败，重新发送指令，最多重发一次。 若仍发送失败则记录为异常状态，当卫星天线仓位于水面时，通过上行通道向地面指挥机 报告。
[0057] (4)通信指令
[0058] 升降装置控制通讯协议中包括通讯命令格式，主要通讯命令包括：状态申请，深度 查询，参数更改，任务时间表更改及读取，定位信息获取等。
[0059] 本发明设计的水下探测中继平台系统前期进行过相应的测试，并于2015年进行 了湖试，图3是千岛湖70米深段，一个升降周期电流曲线。
[0060] 经测试，卫星天线仓净浮力13kg的情况下，一个升降来回耗电量为0. 2Ah ;上浮过 程电流为〇. 2~0. 5A，回收过程电流为0. 8~1. 7A。负载为20kg情况下，一个升降来回耗 电量为0. 35Ah ;上浮过程电流为0. 1~0. 5A，回收过程电流为0. 8~2. 5A。卫星天线仓最 大深度为40米，升降速度约为6. 5米每分钟。
[0061] 本发明设计的水下探测中继平台系统具有一定的通用性，能够满足海洋定点数据 的存储、处理，能够以升降天线的方式，采用卫星通信的方式，将潜标数据上传到远程岸基， 同时接收下达岸基任务；也可以通过使用本发明的平台系统实现海洋定点海洋环境参数的 长期周期性测量，并可以实现实时监测。
[0062] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种水下探测中继平台系统，其特征在于，包括：卫星天线仓、平台浮体及升降装 置、中继控制仓； 所述中继控制仓与潜标之间采用线缆进行通信，与卫星天线仓之间采用水声通信机进 行通信，将接收到的潜标数据经水声通信机、卫星天线上传至远程岸基；远程岸基指令经卫 星、卫星天线传至水声通信机，指令经中继控制仓解析后下载到潜标中；同时，中继控制仓 检测自身深度的变化，并根据时间表控制升降装置实现卫星天线仓的升降； 所述升降装置采用水下排缆绞车，与卫星天线仓之间用绳索连接，通过收放绳索实现 卫星天线仓的升降； 在非数据通信工作时间内，水下探测中继平台系统隐藏在海面以下；到达预设上浮工 作时间时，中继控制仓唤醒卫星天线仓并控制升降装置工作，将卫星天线仓释放出海面；卫 星天线仓跟岸基指挥机通过卫星进行指令及数据信息通信，潜标及中继控制仓的信息通过 水声通信机上传至卫星天线仓；完成通信后，卫星天线仓进入休眠状态；当中继控制仓时 间表回收时间到，中继控制仓控制升降装置将卫星天线仓回收到指定的深度并等待下一次 任务。2. 如权利要求1所述的水下探测中继平台系统，其特征在于，地面指挥机与卫星天线 仓之间使用卫星通讯方式，卫星天线仓与中继控制仓之间使用RS232接口的水声通讯机通 讯，中继控制仓与潜标之间为RS422/485方式的线缆连接通讯方式。3. 如权利要求2所述的水下探测中继平台系统，其特征在于，其通信协议为： 基本数据帧格式：传输报文以启动字符开始，以结束字符作为报文结束；数据帧中包含收发方的地址，用 于本单元判别解析执行或转发； 上行下行定义： 下行：地面指挥机一卫星天线仓一中继控制仓一潜标； 上行：潜标一中继控制仓一卫星天线仓一地面指挥机； 指令应答方式：卫星天线仓与中继控制仓之间以北斗方式进行通信；下行的指令传输 过程中，命令发起方发送指令后，接收方会发送指令应答；若在一定时间内，命令发起方没 有收到指令应答，则认为发送失败，重新发送指令；若仍发送失败则记录为异常状态，当卫 星天线仓位于水面时，通过上行通道向地面指挥机报告； 升降装置通讯协议中包括通讯命令格式，通讯命令包括：状态申请、深度查询、参数更 改、务时间表更改及读取、定位信息获取。4. 如权利要求1所述的水下探测中继平台系统，其特征在于，所述卫星天线仓露出海 面后，如果姿态不平稳则通过水声通信机给中继控制仓发指令，请求继续放缆。5. 如权利要求1所述的水下探测中继平台系统，其特征在于，所述卫星天线仓配备有 浮体及卫星天线，卫星天线仓浮体采用圆柱型浮体结构，卫星天线安装在浮体中间。6. 如权利要求1所述的水下探测中继平台系统，其特征在于，所述平台浮体及升降装 置包括：不锈钢框架结构、深水浮体材料、水密电机、水下小型排缆绞车、机械传动装置、以 及水下锂电池组。7. 如权利要求6所述的水下探测中继平台系统，其特征在于，所述水下锂电池为单体 不锈钢密封壳体结构，将水下锂电池并联连接增大储备电量。8. 如权利要求1所述的水下探测中继平台系统，其特征在于，所述绞车整体用不锈钢 薄板外壳罩住，只保留出缆孔。
【专利摘要】本发明提出了一种水下探测中继平台系统，包括：卫星天线仓、平台浮体及升降装置、中继控制仓；所述中继控制仓与潜标之间采用线缆进行通信，与卫星天线仓之间采用水声通信机进行通信，将接收到的潜标数据经水声通信机、卫星天线上传至远程岸基；远程岸基指令经卫星、卫星天线传至水声通信机，指令经中继控制仓解析后下载到潜标中；同时，中继控制仓检测自身深度的变化，并根据时间表控制升降装置实现卫星天线仓的升降；所述升降装置采用水下排缆绞车，与卫星天线仓之间用绳索连接，通过收放绳索实现卫星天线仓的升降。通过使用本发明的平台系统能够实现海洋定点海洋环境参数的长期周期性测量，并可以实现实时监测。
【IPC分类】G08C19/00, G08C17/02
【公开号】CN104992545
【申请号】CN201510397997
【发明人】隋元杰, 王耀宾, 崔志光, 冯希强, 张甲坤, 胡凯
【申请人】中国科学院声学研究所北海研究站
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月8日