[发明专利]深海自持式剖面浮标水下轨迹记录系统

说明书

本发明涉及一种深海自持式剖面浮标水下轨迹记录系统，包括：传感器模块，用于采集浮标的剖面数据，并将剖面数据传送给数据处理模块；定位模块，包括惯导系统及GPS系统两部分构成，用于获取浮标的漂流速度、方向、姿态及在海面时的地理位置信息，并将这些信息传送给数据处理模块；数据处理模块，用于处理传感器模块和定位模块采集到的数据，包括对惯导系统采集到的浮标加速度信息及位置、姿态信息进行解算，待浮标浮出水面时将数据传送给数据发送模块；数据传送模块；卫星系统；地面控制中心。

技术领域

本发明涉及一种深海自持式剖面浮标系统。具体地说，是一种用于获取深海自持式剖面浮标水下漂移轨迹的方法。

背景技术

深海自持式剖面浮标又称Argo浮标，因国际Argo计划而得名。其工作原理是基于阿基米德原理，通过浮标底部的油囊来改变浮标的体积，从而改变浮标所受的浮力来控制浮标的上浮与下潜，以采集不同剖面的温度、盐度、压力等参数用于科学研究。

Argo浮标获取的垂直剖面数据时间序列可以反映大尺度海水温、盐变化，对研究海水热盐储量、输送及大洋海水特性等具有重要意义。浮标在“随波逐流”的过程中的实时位置信息直接体现了海水的流动状态，对研究海洋环流、中尺度涡、湍流等具有重要的意义。

GPS技术是目前比较成熟的获取目标实时位置信息的技术。但由于水是光波和电磁波的不良导体，因此常用的无线电导航技术及GPS技术无法适用于深海自持式剖面浮标水下实时位置信息的获取，也就无法对其水下运动轨迹进行重构。

因此目前Argo浮标的轨迹获取主要在其下潜之前、上浮之后以及回收定位阶段，即在海面之上时通过卫星系统传回地理位置信息和剖面数据。根据接收到的浮标数据，生成对应浮标编号的地图层，并将标记点展示在地图层，依据标记点的先后顺序用箭头连接，形成浮标轨迹图，并根据浮标轨迹图来计算浮标的剖面距离、漂流速度及漂流方向等。此种方法获得的轨迹只能反映浮标在海洋表面“随波漂流”的二维信息，无法准确反映浮标水下运行的位置信息。

发明内容

本发明的目的旨在针对上述缺陷，提出一种能够获取深海自持式剖面浮标水下漂流轨迹的方法。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种深海自持式剖面浮标水下轨迹记录系统，包括：

传感器模块，用于采集浮标的剖面数据，并将剖面数据传送给数据处理模块；

定位模块，包括捷联惯导系统及GPS系统两部分构成，用于获取浮标的漂流速度、方向、姿态及在海面时的地理位置信息，并将这些信息传送给数据处理模块；

数据处理模块，用于处理传感器模块和定位模块采集到的数据，包括对捷联惯导系统采集到的浮标加速度信息及位置、姿态信息进行解算，待浮标浮出水面时将数据传送给数据发送模块，方法如下：

在浮标下潜之前，通过GPS系统对浮标初始位置进行精准定位，并对捷联惯导系统进行初始对准，浮标下潜及上浮过程中，定位系统切换为捷联惯导系统，捷联惯导系统包括3个三轴陀螺仪及3个三轴加速度计构成，在下潜和上浮过程中陀螺仪采集浮标角运动信息，加速度计采集浮标的线运动信息，这些信息通过串口传给数据处理模块。待浮标浮出水面后，通过GPS对位置信息进行校准，并再次对捷联惯导系统进行初始对准，为下一次下潜做准备。

数据传送模块，用于对浮标数据处理模块处理后的浮标数据打包，并将打包好的数据传送给卫星系统，同时也可以接收卫星系统传送过来的控制命令；

卫星系统，用于将浮标发送过来的数据通过卫星服务队列传送至地面控制中心，用于获取地面控制中心的控制命令并通过卫星服务队列传送至浮标；

地面控制中心，用于对传送过来的数据进行处理计算，根据计算结果对浮标的水下轨迹进行重构。