[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

说明书

本发明公开了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，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；浮标数据采集通信单元采取北斗卫星系统传输对数据安全性要求较高，对通讯量要求较低的常规块体法海气通量、上层海流剖面和浮标运行状态参数。采取铱星系统传输通讯量要求较高的高频涡动相关和高分辨率海水皮表温剖面数据。浮标可实现移动平台涡动相关法的湍流通量参数、块体法的通量参数、海水0‑1.0m高分辨率皮表温剖面、0‑70米上层海流剖面的同步实时观测。本发明是一种适用于投放在深远海的海‑气耦合观测浮标系统，具有海‑气界面观测参数多元化、数据传输安全等特点。

技术领域

本发明涉及深海海洋探测技术领域，具体涉及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。

背景技术

涡动相关法通过测定和计算物理量的脉动值(如温度、CO₂、H₂O等)与垂直风速的协方差求算湍流通量,其在观测和求算通量过程中几乎没有假设,被认为是现今唯一能直接测量生物圈与大气间能量与物质交换通量的标准方法。但由于海上环境复杂以及一些具体条件的限制,包括移动平台自身运动及平台对气流的作用而影响测量精度,使得涡动相关法在海上移动平台(浮标、船等)进行通量观测比在陆地上困难得多。尽管如此,这种方法仍然是海气界面湍流通量实时、自动观测的发展方向。块体法在计算海-气通量的参数化方案中，缺少海气交互层(0-1.0m)高分辨率的温度剖面数据来支撑参数化方案的优化和改进，造成块体法计算得到的感热通量与真实值相差较大。

目前国际上遥感反演的SST产品的误差可0.5K，其遥感SST产品被广泛使用。我国虽然发射了大量带热红外传感器的卫星(气象系列卫星，海洋系列卫星，环境卫星，高分卫星等)，也可以免费接收国外卫星数据，但没有高精度的SST产品，主要原因是对热红外传感器定标很困难，尤其缺少海上现场观测定标数据。海上定标的困难主要是现场测温精度低，表层温度空间分辨率不够，海上定点观测困难等。要提高我国的遥感SST产品精度，首先必须提高热红外遥感的定标精度。

大洋观测浮标远离手机信号覆盖区，无法采用常规手机信号进行数据传感，解决手段多是采用卫星等进行远洋观测数据传输。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供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。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

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，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；

所述浮标体平台上用于放置在海洋中，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；