[发明专利]基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统

权利要求书

1.一种基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统，其特征在于，包括海-气耦合观测传感器单元，数据采集通信控制单元、锚定单元、浮标体平台、供电单元以及数据处理中心；其中，

所述海-气耦合观测传感器单元、数据采集通信控制单元以及供电单元均安装在所述浮标体平台上；所述供电单元分别和海-气耦合观测传感器单元以及数据采集通信控制单元相连接，以为海-气耦合观测传感器单元和数据采集通信控制单元的工作提供电量；

所述浮标体平台用于放置在海洋中，浮标体平台的底部和锚定单元相连接安装，以使得浮标体平台锚定在海洋中；

所述海-气耦合观测传感器单元包括：

块体法通量测量模块，用于测量海-气界面块体参数，以计算出感热、潜热、动量通量；

涡动相关法通量测量模块，用于测量湍流脉动信号，以在线实时计算温度脉动、水汽浓度脉动、二氧化碳浓度脉动与垂直风速脉动的协方差，得到动量、感热、潜热和二氧化碳通量；

海水皮表温测量模块，用于测量不同深度的海水温度、压力数据；

上层海流剖面测量模块，用于测量海流参数；

数据采集通信控制单元，和所述海-气耦合观测传感器单元相连接，用于采集接收海-气耦合观测传感器单元所测量到的数据，并将所采集到的数据通过北斗铱星双星互补数据传输的通讯方式传输至数据处理中心；其中，北斗卫星通信用于传输安全性高、数据传输流量低的数据，铱星用于传输安全性低，数据传输流量高的数据；

所述数据处理中心用于接收数据采集通信控制单元所传输来的数据，并对该数据进行解析、存储、图形化显示和数据分发；

所述浮标体平台包括浮标体、安装在浮标体上的浮标塔架以及密封舱；其中，在所述浮标塔架上安装有北斗通讯一体机、铱星天线、涡动相关通量测量模块、块体法通量测量模块、太阳能板、浮标风翼板、锚灯以及雷达反射器；所述密封舱的最顶部是信号接插面板，中间是数据采集通讯舱，底部是电池舱；

所述涡动相关法通量测量模块包括一体式涡动相关仪、信号转换单元、惯性姿态测量单元；其中，所述一体式涡动相关仪通过横臂安装在浮标塔架顶部，其指向与浮标风翼板方向相反；信号转换单元和姿态测量单元一起安装在一个密封箱内，该密封箱通过固定件固定在浮标塔架顶部；姿态测量单元包含一个三轴倾角IMU和一个磁罗盘；姿态单元以10Hz的采样频率高频记录浮标的三维晃动姿态数据，该数据用来校正三维超声风速，获取自然地理坐标系下真实的三维风速；

所述数据采集通信控制单元包括CR3000数据采集器、北斗一体机、铱星天线、铱星终端；其中，所述数据采集器包含4个线程，分别为线程1，线程2、线程3和线程4，线程1的扫描频率为10Hz，以实现对涡动相关法通量测量模块的数据采集、姿态校正、通量计算校正，并进行实时的浮标晃动校正，获取自然地理坐标系下真实高频三维风速，并每隔30分钟进行1次涡动相关通量计算，获得动量、感热、潜热和二氧化碳通量，并以30分钟间隔的数据表格存储在CR3000的CF存储卡中；线程2的扫描间隔为10秒，以实现对块体法通量测量模块的数据采集、统计分析、表格存储；线程3的扫描间隔为30分钟，以实现定期读取海水皮表温测量模块和上层海流剖面测量模块的数据，并解析、统计和存储；线程4为北斗线程，以按照北斗协议格式将数据发送至数据处理中心；

所述锚定单元为用S型锚定单元，包括配重锚链，所述配重锚链的上端通过卸扣和浮标本体的底部中心相固定连接，下端通过卸扣和第一丙纶缆绳相固定连接，第一丙纶缆绳的另一端通过卸扣和丙纶缆绳压载锚链相固定连接，丙纶缆绳压载锚链的另一端通过卸扣和第二丙纶缆绳的一端相固定连接，第二丙纶缆绳的另一端通过卸扣和耐压浮球组的顶端相固定连接，耐压浮球组的底端通过卸扣和第三丙纶缆绳的一端相固定连接，第三丙纶缆绳的另一端通过卸扣和第四缆绳的一端相固定连接，第四丙纶缆绳的另一端通过卸扣和第五丙纶缆绳的一端相固定连接，第五丙纶缆绳的另一端和霍尔锚相固定连接；

所述的海水皮表温测量模块为一根长度为1200mm的测温棒，其中测温阵列长度为1000mm，控制部件长度为200mm；测温部件由1000组热敏探头以1mm的间隔垂直排列，另外在每个热敏探头上并列安装1个压力探头用于同步测量水深；该测温棒通过安装支架固定在浮标体上，信号线连接到数据采集通讯单元，由该单元以30分钟的间隔定期采集0-1000mm深度的温度、压力数据，每次采集可得到1000组温度剖面和同步的1000组深度剖面数据，剖面流速测温棒由浮标舱内的电源系统供电，并通过串口和数据采集通讯单元连接，进行数据双向传输。