一种基于北斗差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标的制作方法

本实用新型属于海洋环境监测技术领域，尤其涉及一种基于北斗差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标。

背景技术：

海洋波浪数据和潮位数据是重要的海洋水文观测要素，主要包含波高、波周期、波向以及潮位，深远海波浪、潮位的精准化测量和预报对远洋航运、科学研究、防灾减灾和国防军事具有十分重要的意义，同时对又好又快实现“海上丝绸之路”国家战略具有巨大的促进作用。波浪浮标是测量波浪数据的重要设备，潮位测量仪是测量潮位数据重要设备，根据工作原理的不同，波浪浮标可分为重力加速度式和卫星测波式，重力加速度式波浪浮标结构复杂、设备昂贵、数据传输距离短，不适用深远海海域；根据辅助定位差分信号源的获取方式不同，卫星测波式波浪浮标又分为地基差分增强方式和星基差分增强方式，其中，地基增强方式中，将采用蓄电池供电的差分信号发送装置也称基准站放置在地势较高的岸边，此时差分信号采用高频通信，工作距离小于15km，并且耗电量较大；因此，地基差分增强技术存在地势选址难、工作距离较近和续航时间较短的限制，从而无法测量深远海波浪和潮位数据；在星基增强方式中，将带有太阳能电池板的太空通信卫星作为基准站，此时通信工作距离远、覆盖范围广、续航时间长，可用于测量深远海波浪和潮位数据。

目前市场上波浪浮标在动力的使用和选择上较为单一，大部分的波浪浮标均使用太阳能作为整个浮标运行的动力，但是海洋上的天气变化无常，使得波浪浮标使用太阳能作为单一的动力源并不适合，无法应对海洋上的各种气象状况。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于北斗差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标，旨在解决波浪浮标在动力的使用和选择上较为单一，大部分的波浪浮标均使用太阳能作为整个浮标运行的动力，但是海洋上的天气变化无常，使得波浪浮标使用太阳能作为单一的动力源并不适合，无法应对海洋上的各种气象状况。

本实用新型是这样实现的，一种基于北斗差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标，包括处理模块、测量模块、移动模块、动力模块和通讯模块，其中：所述处理模块与所述测量模块相连接，用于将所述测量模块测得的数据进行简单的处理后并压缩发送给所述通讯模块，所述处理模块与所述移动模块相连接，用于发送指令控制所述移动模块的移动和停止，所述处理模块与所述通讯模块相连接，用于控制所述通讯模块将接收北斗卫星以及岸上数据监控中心发送的信号，所述动力模块与所述处理模块、所述测量模块、所述移动模块和所述通讯模块均相连接，所述动力模块整个浮标提供动力和电源。

优选的，所述处理模块包括单片机、工控机和存储器，所述单片机用于融合运算卫星定位信号、星基差分信号和浮标姿态信号，得到波浪数据和潮位数据，并对运算完成后数据进行存储备份的执行，所述工控机用于接收所述单片机的指令，从而对内部的电器元件以及电路的通断进行执行，所述存储器用于存储数据，方便所述单片机的读出与写入。

优选的，所述测量模块包括倾斜仪，所述倾斜仪用于采集浮标的姿态信息，并把该信息转发给所述单片机，所述单片机对接收的信息进行简单的处理随后再次发送出去，测量浮标摇摆姿态，修正由于姿态变化引入的测量误差。

优选的，所述移动模块包括气圈和螺旋桨，所述气圈保证浮标在海面上的漂流和整体重力的支撑，所述螺旋桨用于浮标转移和定点的移位，从而保证了浮标的移动。

优选的，所述动力模块包括太阳能电板、风能扇和蓄电池，所述太阳能电板和所述风能扇分别对太阳能和风能进行吸收转化，使之变为电能，进而传递给所述蓄电池，所述蓄电池对所述太阳能电板和所述风能扇转化的电能进行存储，方便应对不良的天气现象。

优选的，所述通讯模块包括北斗卫星天线、星基差分信号天线和北斗短报文传输天线，所述北斗卫星天线采用多模式多频率信号接收天线，适用于北斗定位系统，可接受多种调制模式、多个频率点的卫星定位信号，所述星基差分信号天线适用于接收海事卫星发射的星基差分信号，用于修正北斗定位信号中的测量误差，所述北斗短报文传输天线，采用北斗二代通信技术，传输速率快、可靠性高，将波浪数据和潮位数据快速准确传输到岸上数据监控中心。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种基于北斗差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标，通过设置所述北斗卫星天线接收多个频率点的卫星定位信号，所述星基差分信号天线接收海事卫星发射的星基差分信号，用于修正北斗定位信号中的测量误差，所述北斗短报文传输天线，将波浪数据和潮位数据快速准确传输到岸上数据监控中心，实现深远海海域的波浪和潮位数据远程在线同步测量和远距离传输，同时，该浮标不需要使用重力加速度传感器、压力传感器等多种传感器，不需要地面基准站，使用方便、测量可靠，浮标自带所述太阳能电板和所述风能扇为整个浮标提供电力的支持，两种不同的再生能源进行交替的使用，使得之间的缺点进行互补，从而保证电能的长期供应，使得浮标能够进行连续稳定工作，从而浮标的续航时间长。

附图说明

图1为本实用新型的整体流程示意图；

图2为本实用新型的处理模块示意图；

图3为本实用新型的测量模块示意图；

图4为本实用新型的移动模块示意图；

图5为本实用新型的动力模块示意图；

图6为本实用新型的通讯模块示意图；

图7为本实用新型的整体结构示意图；

图中：100-处理模块、101-单片机、102-工控机、103-存储器、200-测量模块、201-倾斜仪、300-移动模块、301-气圈、302-螺旋桨、400-动力模块、401- 太阳能电板、402-风能扇、403-蓄电池、500-通讯模块、501-北斗卫星天线、502- 星基差分信号天线、503-北斗短报文传输天线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：一种基于北斗差分增强技术的深远海波浪和潮位测量浮标，包括处理模块100、测量模块200、移动模块 300、动力模块400和通讯模块500，其中：处理模块100与测量模块200相连接，用于将测量模块200测得的数据进行简单的处理后并压缩发送给通讯模块 500，处理模块100与移动模块300相连接，用于发送指令控制移动模块300 的移动和停止，处理模块100与通讯模块500相连接，用于控制通讯模块500 将接收北斗卫星以及岸上数据监控中心发送的信号，动力模块400与处理模块 100、测量模块200、移动模块300和通讯模块500均相连接，动力模块400整个浮标提供动力和电源。

在本实施方式中，通讯模块500接收卫星定位信号、星基差分信号处理模块100，处理模块100接收到来自测量模块200发送的浮标运动姿态信号和通讯模块500接收卫星定位信号、星基差分信号，从而得到精确的浮标运动轨迹数据，同时，对浮标运动轨迹数据进行分离处理，得到波浪数据；并依据国家标准确定当地海域潮高基准面，对浮标运动轨迹数据进行分离处理，得到潮位数据，进而将计算的结果进行打包通过通讯模块500发送给岸上数据监控中心，进行监测结果的绘制等后续操作。

进一步的，处理模块100包括单片机101、工控机102和存储器103，单片机101用于融合运算卫星定位信号、星基差分信号和浮标姿态信号，得到波浪数据和潮位数据，并对运算完成后数据进行存储备份的执行，工控机102用于接收单片机101的指令，从而对内部的电器元件以及电路的通断进行执行，存储器103用于存储数据，方便单片机101的读出与写入。

在本实施方式中，单片机101用于融合运算卫星定位信号、星基差分信号和浮标运动姿态信号，得到精确的浮标运动轨迹数据，同时，对浮标运动轨迹数据进行分离处理，得到波浪数据；并依据国家标准确定当地海域潮高基准面，对浮标运动轨迹数据进行分离处理，得到潮位数据，从而将之发送给岸上数据监控中心，进行下一步的预测和监测，工控机102用于接收单片机101的指令，从而对内部的电器元件以及电路的通断进行执行，从而使得整个浮标进行运动和采集，工控机102为单片机101的直接执行者，存储器103用于存储数据，方便单片机101对数据的读出与写入。

进一步的，测量模块200包括倾斜仪201，倾斜仪201用于采集浮标的姿态信息，并把该信息转发给单片机101，单片机101对接收的信息进行简单的处理随后再次发送出去，测量浮标摇摆姿态，修正由于姿态变化引入的测量误差。

在本实施方式中，倾斜仪201用于测量浮标壳体纵摇、横摇和艏摇的姿态运动数据，并将运动数据传输到单片机101，用于修正壳体随机摇摆引入的姿态误差，倾斜仪201放置在浮标壳体的下壳体几何中心位置处，便于精确测量球形壳体运动变化信息。

进一步的，移动模块300包括气圈301和螺旋桨302，气圈301保证浮标在海面上的漂流和整体重力的支撑，螺旋桨302用于浮标转移和定点的移位，从而保证了浮标的移动。

在本实施方式中，气圈301的充气浮起保证浮标在海面上的漂流和整体重力的支撑，螺旋桨302转动用于浮标转移和固定点的移位，从而保证了浮标能够自行的移动到指定的位置，方便工作人员的使用。

进一步的，动力模块400包括太阳能电板401、风能扇402和蓄电池403，太阳能电板401和风能扇402分别对太阳能和风能进行吸收转化，使之变为电能，进而传递给蓄电池403，蓄电池403对太阳能电板401和风能扇402转化的电能进行存储，方便应对不良的天气现象。

在本实施方式中，太阳能电板401和风能扇402分别对太阳能和风能进行吸收转化，使之变为电能，为整个浮标提供电力的支持，两种不同的再生能源进行交替的使用，使得之间的缺点进行互补，从而保证电能的长期供应，使得浮标能够进行连续稳定工作，从而浮标的续航时间长，蓄电池403对太阳能电板401和风能扇402转化的电能进行存储，方便应对不良的天气现象，增加了浮标的续航能力。

进一步的，通讯模块500包括北斗卫星天线501、星基差分信号天线502 和北斗短报文传输天线503，北斗卫星天线501采用多模式多频率信号接收天线，适用于北斗定位系统，可接受多种调制模式、多个频率点的卫星定位信号，星基差分信号天线502适用于接收海事卫星发射的星基差分信号，用于修正北斗定位信号中的测量误差，北斗短报文传输天线503，采用北斗二代通信技术，传输速率快、可靠性高，将波浪数据和潮位数据快速准确传输到岸上数据监控中心。

在本实施方式中，北斗卫星天线501采用扼流圈天线，降低卫星信号海面反射干扰，可接受多模式多频率信号，适用于北斗定位系统，可接受北斗系统 B1(1561.098MHz)、B2(1207.140MHz)、B3(1268.520MHz)频点的定位信号，具有接受频率点多、干扰小的优点，星基差分信号天线502适用于接收海事卫星卫星发射差分信号，用于修正北斗定位信号中存在的、电离层/对流层产生的定位误差，提高测波浮标定位精度，星基差分信号天线502与北斗卫星天线501 安装位置间隔一定距离，减小天线之间的互相干扰，北斗短报文传输天线503 采用北斗二代通信技术，传输速率快、可靠性高，将完成调制的波浪数据和潮位数据快速准确地传输到岸上数据监控中心。北斗短报文传输天线503与星基差分信号天线502、北斗卫星天线501的安装位置都间隔一定距离，减小天线之间的互相干扰。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。