专利名称：一种卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋监测技术领域，涉及一种漂流浮标装置，尤其涉及一种卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置。
背景技术：
海洋占整个地球表面积的70.8%，是人类生存与发展的重要空间，其蕴藏着丰富的金属、能源和生物资源；由于经济的快速发展，陆上资源日益匮乏，人类社会面临着人口膨胀、资源短缺和环境恶化等一系列难题，因此海洋成为21世纪重要的陆地可接替资源场所，开发利用海洋是解决这一系列难题的重要途径；海洋气候变幻莫测，为了更好地开发利用海洋，人们在沿海和海岛上建立海洋观测站并测量波高、海流、海温、潮位、风速和气压等水文气象要素，这些资料不仅可以指导人类更好地开发利用海洋，而且在海上工程建筑和海洋科学研究领域发挥着重要作用；但是，沿海和海岛观测站观测到的海洋数据只能反映 近海和临岛海域的情况，对远洋航行却无法进行监测指导，在海洋中建立漂流浮标是解决这个问题的有效方法；海洋浮标技术是二十世纪六十年代由一些海洋发达国家使用并发展起来的，海洋漂流浮标是海洋环境调查的重要技术装备，具有在恶劣的海洋环境条件下，无人值守地长期、连续、同步、自动地对海洋水文、气象诸要素进行全面综合监测的特点，是海洋观测岸站、调查船和调查飞机在空间上和时间上的延伸扩展，是离岸监测的重要手段，具有其他调查方法无法代替的作用，它的重要性越来越受到世界各海洋国家的重视。现有的漂流浮标大都结构复杂、制作成本高而且精确度不够；本发明对现有的漂流浮标进行改进，结构简单轻巧、体积小、寿命长、性能好、生产成本低，而且采用北斗二号导航系统的定位和信息通讯技术，能够达到厘米级精度定位。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中漂流浮标结构复杂、制作成本高和精确度不够的缺陷，提供设计一种卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置。为了实现上述目的，本发明的整体结构包括北斗接收机和漂流浮标支架，北斗接收机固定安装在漂流浮标支架的上端；北斗接收机包括北斗接收机外壳和北斗接收机内部工作平台，北斗接收机外壳包裹着北斗接收机内部工作平台使北斗接收机内部工作平台不受外部环境破坏，北斗接收机外壳为正方体、长方体、锥体或球体等公知结构并且外表面安装有太阳能电池用来给北斗接收机内部工作平台供电，北斗接收机内部工作平台包括北斗卫星天线、通信模块、温度传感器、湿度传感器和气压计；漂流浮标支架包括中心支柱、上部浮架、下部浮架、串连杆、浮球、耐腐蚀帆布和载重，上部浮架和下部浮架分别固定安装在中心支柱的上部和下部，串连杆固定安装在上部浮架上，浮球固定安装在串连杆上使得漂流浮标在水中时北斗接收机在水面之上，耐腐蚀帆布的一侧挂置在上部浮架上另一侧挂置在下部浮架上，载重固定安装在中心支柱下部。本发明优选的北斗接收机包括北斗接收机外壳和北斗接收机内部工作平台，北斗接收机外壳采用耐腐蚀、防水、坚固和抗撞击的玻璃钢材料制成正方体、长方体、锥体或能分为上半球和下半球的球体结构，太阳能电池安装在上半球的外表面上或正方体、长方体和锥体的顶侧面上；通信模块中以微处理器为中心，在微处理器内部设置有保证程序快速运行的256KB字节的RAM存储器和保存有温度、湿度、气压等监测数据包的8MB字节的FLASH存储器，微处理器内部还设置有通信板和能进行内部逻辑编程的逻辑电路，微处理器运用两个通用异步串行接口作为北斗卫星通信接口和漂流浮标通信接口 ；微处理器的通信板通过北斗卫星通信接口控制北斗接收机完成卫星授时、地理定位、双向数据传输等工作，通过漂流浮标通信接口接收温度传感器、湿度传感器和气压计采集的监测数据包，并监控温度处理器、湿度处理器和气压计的工作状态，然后通过北斗卫星天线将温度传感器、湿度传感器和气压计采集的监测数据包发送至地面管理中心；微处理器的通信板设置有漂流浮标校对时钟并实时掌握北斗接收机的工作状态。本发明优选的北斗卫星天线为正方形贴片形式，其辐射单元由对应接收BI和B3两个频段的两层贴片叠加而成，两层贴片上分别设置有呈正六边形排列的六个孔，还设置有六个带帽容性探针通过六个孔穿过下层贴片并对上层贴片BI频段和下层贴B3频段采用背馈方式进行馈电，由于探针采用正六边形排列形成多点均匀馈电，馈电点信号相位按照·顺时针依次相差60度，使北斗卫星天线的辐射单元在工作频带内具有良好的阻抗带宽及轴比特性，同时相位中心更加稳定；北斗卫星天线的辐射单元采用三级放大的电路形式，设置输入和输出匹配网络；为使从辐射贴片接收到的多路信号耦合成一路信号，最终由一个接口输入到北斗接收机，BI频段的六个馈电点信号分成两部分放大，首先四个馈电点信号分别由3dB第一电桥和3dB第二电桥耦合成两路信号，分别经第一微带线与第二微带线传输到3dB第四电桥放大耦合成一路信号，另外两个馈电点信号由3dB第三电桥耦合成一路信号，经第三微带线传输到3dB第五电桥并进行第二级放大，经过第一级和第二级放大后的合成信号分别经第四微带线和第五微带线传输到3dB第六电桥进行第三级放大后耦合成一路信号，然后由一个接口输入到北斗接收机；北斗卫星天线经过辐射单元的六个馈电点馈电和三级低噪音放大器放大，能够有效地消除其相位中心偏移误差和漂流浮标的噪声误差，从而有效地提闻漂流浮标的定位精度。本发明优选的漂流浮标支架，其中心支柱采用PVC管材制成，上部浮架和下部浮架均由两根呈十字形结构的细杆组成，上部浮架的细杆和下部浮架的细杆对应平行，上部浮架细杆的四端分别固定安装有串连杆，每个串连杆分别串连有两个浮球，浮球的大小根据漂流浮标的总重量决定并能使漂流浮标在水中漂流时北斗接收机位于水面之上。本发明与现有技术相比结构简单轻巧、体积小、寿命长、性能好、生产成本低，而且采用北斗二号导航系统的定位和信息通讯技术，能够达到厘米级精度定位。
图I为本发明整体结构原理示意图。图2为本发明北斗接收机内部结构原理框图。图3为本发明北斗接收机通讯模块原理框图。图4为本发明北斗卫星天线的移相网络原理框图。图5为本发明北斗卫星天线的俯视图。
图6为本发明北斗卫星天线的正视图。
具体实施例方式下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。实施例I :
本实施例的整体结构包括北斗接收机和漂流浮标支架，北斗接收机固定安装在漂流浮标支架的上端；北斗接收机包括北斗接收机外壳I和北斗接收机内部工作平台8 ;北斗接收机外壳I采用耐腐蚀、防水、坚固和抗撞击的玻璃钢材料制成，并且包裹着北斗接收机内部工作平台8使北斗接收机内部工作平台8不受外部环境破坏，北斗接收机外壳I为球体结构并分为上半球和下半球，上半球的外表面安装有太阳能电池用来给北斗接收机内部工作平台8供电，北斗接收机外壳I采用球体结构保证太阳能电池能从各个方向采集太阳光并扩大太阳能电池的采光面积；北斗接收机内部工作平台8固定安装有北斗卫星天线、通信模块、温度传感器、湿度传感器和气压计，北斗卫星天线用来接收和发送北斗卫星信号，温度传感器用来采集温度数据，湿度传感器用来采集湿度数据，气压计用来采集气压数据；通信模块中以微处理器为中心，在微处理器内部设置有保证程序快速运行的256KB字节的RAM存储器和保存有温度、湿度、气压等监测数据包的8MB字节的FLASH存储器，微处理器内部还设置有通信板和能进行内部逻辑编程的逻辑电路，微处理器运用两个通用异步串行接口作为北斗卫星通信接口和漂流浮标通信接口 ；微处理器的通信板通过北斗卫星通信接口控制北斗接收机完成卫星授时、地理定位、双向数据传输等工作，通过漂流浮标通信接口接收温度传感器、湿度传感器和气压计采集的监测数据包，并监控温度处理器、湿度处理器和气压计的工作状态，然后通过北斗卫星天线将温度传感器、湿度传感器和气压计采集的监测数据包发送至地面管理中心；微处理器的通信板设置有漂流浮标校对时钟并实时掌握北斗接收机的工作状态；北斗卫星天线与通信模块的微处理器连接且为正方形贴片形式，北斗卫星天线的辐射单元由对应接收BI和B3两个频段的两层贴片叠加而成，两层贴片上分别设置有呈正六边形排列的六个孔，还设置有六个带帽容性探针通过六个孔穿过下层贴片并对上层贴片BI频段和下层贴B3频段采用背馈方式进行馈电，由于探针采用正六边形排列形成多点均匀馈电，馈电点信号相位按照顺时针依次相差60度，使北斗卫星天线的辐射单元在工作频带内具有良好的阻抗带宽及轴比特性，同时相位中心更加稳定；北斗卫星天线的辐射单元采用三级放大的电路形式，设置输入和输出匹配网络；为使从辐射贴片接收到的多路信号耦合成一路信号，最终由一个接口输入到北斗接收机，BI频段的六个馈电点信号分成两部分放大，首先四个馈电点信号分别由3dB第一电桥10和3dB第二电桥11耦合成两路信号，分别经第一微带线28与第二微带线29传输到3dB第四电桥13放大耦合成一路信号，另外两个馈电点信号由3dB第三电桥12耦合成一路信号，经第三微带线30传输到3dB第五电桥14并进行第二级放大，经过第一级和第二级放大后的合成信号分别经第四微带线32和第五微带线31传输到3dB第六电桥15进行第三级放大后耦合成一路信号，然后由一个接口输入到北斗接收机；北斗卫星天线经过辐射单元的六个馈电点馈电和三级低噪音放大器放大，能够有效地消除其相位中心偏移误差和漂流浮标的噪声误差，从而有效地提高漂流浮标的定位精度；漂流浮标支架包括中心支柱2、上部浮架3、下部浮架4、串连杆5、浮球6、耐腐蚀帆布7和载重9 ;中心支柱2采用PVC管材制成，上部浮架3和下部浮架4均由两根呈十字形结构的细杆组成，上部浮架3固定安装在中心支柱2的上部，下部浮架4固定安装在中心支柱2的下部，上部浮架3的细杆和下部浮架4的细杆对应平行，上部浮架3细杆的四端分别固定安装有串连杆5，每个串连杆5分别串连有两个浮球6，浮球6的大小根据漂流浮标的总重量决定并能使漂流浮标在水中漂流时北斗接收机位于水面之上；上部浮架3和下部浮架4的细杆之间分别固定挂置有耐腐蚀帆布7，使耐腐蚀帆布7的一侧挂置在上部浮架3的细杆上，另一侧挂置在下部浮架4的细杆上，耐腐蚀帆布7能够使漂流浮标与水流同步 移动；载重9固定安装在中心支柱2的下端保证漂流浮标能竖直直立于水中并且使北斗接收机位于水面之上。
权利要求
1.ー种卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置，包括北斗接收机和漂流浮标支架，北斗接收机固定安装在漂流浮标支架的上端，其特征在干北斗接收机包括北斗接收机外壳和北斗接收机内部工作平台，北斗接收机外壳包裹着北斗接收机内部工作平台使北斗接收机内部工作平台不受外部环境破坏，北斗接收机外壳的外表面安装有太阳能电池用来给北斗接收机内部工作平台供电，北斗接收机内部工作平台固定安装有北斗卫星天线、通信模块、温度传感器、湿度传感器和气压计；漂流浮标支架包括中心支柱、上部浮架、下部浮架、串连杆、浮球、耐腐蚀帆布和载重，上部浮架和下部浮架分别固定安装在中心支柱的上部和下部，串连杆固定安装在上部浮架上，浮球固定安装在串连杆上使得漂流浮标在水中时北斗接收机在水面之上，耐腐蚀帆布的一侧挂置在上部浮架上另ー侧挂置在下部浮架上，载重固定安装在中心支柱下部。
2.根据权利要求I所述的卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置，其特征在于所述北斗接收机外壳采用玻璃钢材料制成，其结构为正方体、长方体、锥体或能分为上半球和下半球的球体中的ー种，太阳能电池安装在上半球的外表面上或正方体、长方体和锥体结构的顶侧面上。
3.根据权利要求I所述的卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置，其特征在于所述漂流浮标支架的中心支柱采用PVC管材制成，上部浮架和下部浮架均由两根呈十字形结构的细杆组成，上部浮架的细杆和下部浮架的细杆对应平行，上部浮架细杆的四端分别固定安装有串连杆，每个串连杆分别串连有两个浮球井能使漂流浮标在水中漂流时北斗接收机位于水面之上。
4.根据权利要求I所述的卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置，其特征在于所述通信模块以微处理器为中心，在微处理器内部设置有使程序快速运行的256KB字节的RAM存储器和保存有温度、湿度、气压监测数据包的8MB字节的FLASH存储器，微处理器内部还设置有通信板和能进行内部逻辑编程的逻辑电路，微处理器运用两个通用异步串行接ロ作为北斗卫星通信接口和漂流浮标通信接ロ ；微处理器的通信板通过北斗卫星通信接ロ控制北斗接收机完成卫星授时、地理定位和双向数据传输工作，通过漂流浮标通信接ロ接收温度传感器、湿度传感器和气压计采集的监测数据包并监控温度处理器、湿度处理器和气压计的工作状态，然后通过北斗卫星天线将温度传感器、湿度传感器和气压计采集的监测数据包发送至地面管理中心，微处理器的通信板设置有漂流浮标校对时钟并实时掌握北斗接收机的工作状态；所述北斗卫星天线与微处理器连接。
5.根据权利要求I或4所述的卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置，其特征在于所述北斗卫星天线为正方形贴片形式，其辐射单元由对应接收BI和B3两个频段的两层贴片叠加而成，两层贴片上分别设置有呈正六边形排列的六个孔，还设置有六个带帽容性探针通过六个孔穿过下层贴片并对上层贴片BI频段和下层贴B3频段采用背馈方式进行馈电，采用正六边形排列形成多点均匀馈电，馈电点信号相位按照顺时针依次相差60度；所述北斗卫星天线的辐射单元采用三级放大的电路形式，设置输入和输出匹配网络；B1频段的六个馈电点信号分成两部分放大，四个馈电点信号分别由3dB第一电桥和3dB第二电桥耦合成两路信号，分别经第一微带线与第二微带线传输到3dB第四电桥放大耦合成一路信号，另外两个馈电点信号由3dB第三电桥耦合成一路信号，经第三微带线传输到3dB第五电桥并进行第二级放大，经过第一级和第二级放大后的合成信号分别经第四微带线和第五微带线传输到3dB第六电桥进行第三级放大后耦合成一路信号，然后由ー个接ロ输入到北斗接 收机。
全文摘要
本发明公开了一种卫星导航系统的厘米级漂流浮标装置，属于海洋监测技术领域；整体结构包括北斗接收机和漂流浮标支架，北斗接收机内固定安装有北斗卫星天线、通信模块、温度传感器、湿度传感器和气压计，漂流浮标支架包括中心支柱、上部浮架、下部浮架、串连杆、浮球、耐腐蚀帆布和载重，上部浮架和下部浮架分别固定安装在中心支柱的上部和下部，上部浮架固定安装有串连杆，串连杆串连有浮球，耐腐蚀帆布的一侧挂置在上部浮架上，另一侧挂置在下部浮架上，载重固定安装在中心支柱的下端；本发明结构简单轻巧、寿命长、性能好、生产成本低，能够达厘米级精度定位。
文档编号G01C13/00GK102706332SQ201210200638
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者刘宇迪, 戴洪磊, 王春玉, 陈兰森 申请人:山东科技大学