CN205787143U - 全海深海洋装备的定位与通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，安装在全海深海洋装备上，与北斗导航卫星通信，具有这样的特征，包括：光敏开关电路，设置在上方位置，感知光的照度并发出电平；倾角传感器，设置在中心位置，感知全海深海洋装备的倾角变化；温度传感器，设置在偏上方位置，感知周围作业环境的温度变化；北斗定位与通信模块，与北斗导航卫星通信；主单元，采集光敏开关电路、倾角传感器、温度传感器及控制北斗定位与通信模块运行；以及电源，与主单元连接，为光敏开关电路、倾角传感器、温度传感器、北斗定位与通信模块、主单元供电，其中，主单元采集光敏开关电路、倾角传感器和温度传感器的信号，来判断全海深海洋装备所处的工作状态。

Description

全海深海洋装备的定位与通信装置

技术领域

本实用新型涉及为全海深海洋装备提供定位与通信功能的技术，特别涉及一种用于将全海深海洋装备的地理位置信息通过北斗卫星提供给母船或者控制中心的全海深海洋装备的定位与通信装置。

背景技术

伴随着我国海洋强国战略的发展，11000米级的全海深海洋装备，如全海深着陆器、全海深无人潜水器和全海深载人潜水器，能够进行全海深的海底观测，是探索地球奥秘、生物起源、海洋资源开发的利器，备受国内外瞩目。全海深海洋装备对各组成部分及其功能提出了更高的要求，其中及时获知浮出海面的全海深海洋装备的地理位置信息，以便母船上工作人员及时完成对全海深海洋装备的回收和检修，尤为重要。目前，海洋装备通常采用GPS和铱星设备用于将所处位置信息发送给母船或控制中心。由于铱星及其服务商是国外的，保密安全性差、价格高，而且运行服务费高，不利于实现定制化需求；另外，我国自主研发的北斗卫星导航***具有满足全球定位和短报文通信功能。因此，从经济性、安全保密性和可定制化角度，GPS和铱星组合方式逐渐不适合于我国海洋装备快速发展的需求，而基于北斗卫星导航***的海洋定位与通信装置已是大势所趋，逐渐取代GPS和铱星的组合方式。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种独立、准确、低功耗、低成本、高可靠性的全海深海洋装备的定位与通信装置。

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，安装在全海深海洋装备上，与北斗导航卫星通信，具有这样的特征，包括：光敏开关电路，设置在上方位置，感知光的照度并发出电平；倾角传感器，设置在中心位置，感知全海深海洋装备的倾角变化；温度传感器，设置在偏上方位置，感知周围作业环境的温度变化；北斗定位与通信模块，与北斗导航卫星通信；主单元，采集光敏开关电路、倾角传感器、温度传感器与控制北斗定位与通信模块运行；以及电源，与主单元连接，为光敏开关电路、倾角传感器、温度传感器、北斗定位与通信模块、主单元，其中，主单元采集光敏开关电路、倾角传感器和温度传感器的信号，来判断全海深海洋装备所处的工作状态。

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，还具有这样的特征：其中，当全海深海洋装备下潜水下时，光敏开关电路输出的电平、倾角传感器输出的信号和温度传感器输出的信号发生变化，主单元关断北斗定位与通信模块工作；当全海深海洋装备浮出海面时，光敏开关电路输出的电平、倾角传感器的信号和温度传感器的信号再次发生变化，主单元唤醒同时启动北斗定位与通信模块工作，控制北斗定位与通信模块获取全海深海洋装备的位置信息，并通过北斗导航卫星将获取的位置信息发送。

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，还具有这样的特征：其中，光敏开关电路，具有：光敏传感器，感知光的照度。

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，还具有这样的特征，包括：无线通信模块，安装在外壳内部，与主单元连接，对主单元参数进行配置，其中，电源为无线通信模块供电。

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，还具有这样的特征，包括：水密接插件充电接口，设置在外壳的外表面，与电源相连接，供电源充电。

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，还具有这样的特征：其中，电源采用非接触的磁力开关进行上电启动与关断。

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，还具有这样的特征：其中，电源为可充电锂电池。

本实用新型提供的全海深海洋装备的定位与通信装置，还具有这样的，包括：外壳，为玻璃球体，装载光敏传感器、倾角传感器、温度传感器、北斗定位与通信模块、无线通信模块、磁力开关、电源、主单元。

实用新型作用与效果

根据本实施例所涉及全海深海洋装备的定位与通信装置，该装置为独立子***，由可充电锂电池单独供电，不与所依附的全海深海洋装备存在任何电气上的连接，避免对全海深海洋装备产生干扰，同时也避免了全海深海洋装备主***发生电源故障时影响本***的工作；该装置为简单可靠***，通过光敏传感器、倾角传感器和温度传感器的检测，由低功耗主单元来对检测信号进行分析和判断，就能准确地确定全海深海洋装备是否潜入水下还是浮出海面，而且光敏传感器、倾角传感器和温度传感器具有功耗低、结构简单、价格低廉等优点；在全海深海洋装备处于水下时北斗定位与通信模块不工作且低功耗主单元也处于低功耗状态，有效地减少电池能耗，可以满足全海深海洋装备的长时间下潜、上浮和海下作业需求。

附图说明

图1是本实用新型在实施例中的全海深海洋装备的定位与通信装置的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本实用新型所涉及的全海深海洋装备的定位与通信装置作详细的描述。

图1是本实用新型在实施例中的全海深海洋装备的定位与通信装置的结构示意图。

如图1所示，一种全海深海洋装备的定位与通信装置，安装在全海深海洋装备上，与北斗导航卫星通信，其特征在于，包括：外壳1、光敏开关电路2、倾角传感器3、温度传感器4、北斗定位与通信模块5、无线通信模块6、电源7、水密接插件充电接口8、主单元9和磁力开关10。

外壳1为玻璃球体，通过紧固件固定在全海深海洋装备的上顶部，保证玻璃罩部分能够率先浮出海面。

光敏开关电路2安装在壳体1的内部，感知光的照度并发出高电平和低电平，具有：光敏传感器2-1。

光敏传感器2-1安装在外壳1的内顶部，利用玻璃球体的透光特性感知光的照度。光敏传感器2-1采用光敏三极管，该光敏三极管和运算放大器及电阻等组成光敏开关电路2，即有光照时输出高电平，无光照时输出低电平。

倾角传感器3安装在外壳内部，感知全海深海洋装备的倾角变化。当装置处于海面时，由于海浪作用，会引起设备在海面摇晃，进而使倾角传感器3检测的纵倾角和横倾角会在一定范围内不停的发生变化。

温度传感器4安装在外壳内部偏上方，感知全海深海洋装备作业环境的温度变化，起辅助检测作用。当装置处于深水区时，温度一般都在1.5℃到2℃之间，而水面温度要远大于这个范围。

北斗定位与通信模块5安装在外壳内部，通过北斗天线5-1与北斗导航卫星通信。通过北斗天线5-1安装在外壳1的内顶部。北斗定位与通信模块5采用可实现RDSS双向定位、短报文通信，以及RNSS/GPS定位和授时功能的双模模块。

无线通信模块6安装在外壳1内部，对主单元9的参数进行配置。无线通信模块6实现主单元9与玻璃球体外的计算机进行无线通信，从而实现对控制装置参数的无线配置，也减少了接插件的插拔次数。

电源7采用可充电锂电池，设置在外壳1内部，为光敏开关电路2、倾角传感器3、温度传感器4、北斗定位与通信模块5、无线通信模块6和主单元9供电。电源7使用非接触的磁力开关10，由玻璃球体之外的磁块控制磁力开关10的吸合与断开，从而实现非接触方式控制整个***的上电启动与关断，减少了水密接插件的插拔次数。

由于磁力开关10和无线通信模块6两者都可以不通过接插件实现对本装置的开关和参数配置，极大地减少了接插件的插拔损耗，提高了整个装置的寿命和安全性，非常适用于全海深作业的海洋装备。

水密接插件充电接口8设置在外壳1的外表面，与电源7相连接。可充电锂电池7通过耐水下11000米级的水密接插件充电接口8完成电池模块的充电。

主单元9采用低功耗主单元，安装在外壳内部，采集光敏传感器2-1、倾角传感器3、温度传感器4，控制北斗定位与通信模块5、无线通信模块6运行。

主单元9采集光敏传感器2-1、倾角传感器3和温度传感器4的信号，来判断全海深海洋装备所处的工作状态。

主单元9检测这三个传感器信号的优先级顺序依次为光敏传感器2-1的信号、倾角传感器3的信号和温度传感器4的信号，即光敏传感器2-1的优先级最高。

全海深海洋装备是否浮出海面的判断顺序具体为：主单元9检测光敏开关电路2输出的电平信号，若检测到高电平则为全海深海洋装备浮于海面，而无需再判断倾角传感器3和温度传感器4的值，就可以启动北斗定位与通信模块5；当检测到低电平时，考虑到存在黑天或阴雨天，光敏传感器2-1没起作用，不能确定是否处于海面或水下，主单元9需要利用检测到的倾角传感器3的值来进一步判断全海深海洋装备是否浮于海面，若从角度变化判断出设备已处于海面，则启动北斗定位与通信模块5；否则，主单元9需要利用检测到的温度传感器4的值来进一步辅助判断全海深海洋装备是否浮于海面，若从温度变化判断出设备已处于海面，则启动北斗定位与通信模块5。

同理，全海深海洋装备是否处于水下的判断顺序为：先判断光敏开关的状态，若主单元检测到光敏开关电路2从高电平转换为低电平，则可判断全海深海洋装备已处于水下，关闭北斗定位与通信模块4；若光敏开关电路2始终为低电平，则需进一步通过倾角传感器3来判断全海深海洋装备是否处于水下，由于全海深海洋装备在水下时角度传感器3的角度变化通常远小于海面时的角度变化，当角度变化明显减小，且光敏传开关电路2始终为低电平，则可关闭北斗定位与通信模块5；若光敏开关电路2始终为低电平，且倾角传感器3的角度变化没有明显变小，当温度传感器4的温度值位于1.5℃到2℃之间时，则可关闭北斗定位与通信模块5。主单元9通过对光敏传感器2-1、倾角传感器3和温度传感器4检测结果的判断，来启动或关闭北斗定位与通信模块5。

当检测出全海深海洋装备浮出海面时，主单元9从低功耗状态转到正常工作模式，并启动处于关闭休眠的北斗定位与通信模块5，通过RNSS/GPS模式进行定位，RDSS模式将定位信息以短报文信息传输到母船或控制中心，从而使控制中心监控人员获知全海深海洋装备浮出海面及其位置信息。

采用光敏传感器2-1、倾角传感器3和温度传感器4的组合来判断全海深海洋装备是否在海面和水下的好处是，这三种传感器不但简单、实用、可靠、低功耗，而且成本低、重量轻，易于实现。

为了保证全海深海洋装备浮出海面后其位置信息能够被母船或控制中心及时、可靠获知，母船或控制中心在接收到全海深海洋装备浮出海面的位置信息后，也要通过RDSS模式的短报文进行应答。由于本装置采用可充电锂电池7供电，且作业时不可充电，因此降低能耗、延长整个装置的工作时间。本装置中RDSS报文信息发送的能耗最大，提出采用能量均衡意识定位信息发送机制，其基本方法是根据全海深海洋装备位置的变化情况、当前可充电锂电池7剩余能量及母船与全海深海洋装备之间的距离来自动调整该装置的短报文信息发送的频度，其中该装置向母船或控制中心发送的每个短报文信息不仅包括定位信息，还包括可充电锂电池7剩余能量信息和当前频度等信息，具体为：当全海深海洋装备浮出水面时北斗定位与通信模块5工作，本装置与母船双方通信无误确认2次后，本装置进入能量均衡意识定位信息发送工作模式：首先，判断位置信息是否需要发送，判断的依据是位置信息与上一次定位信息偏差是否大于100米，如果大于100米则认为全海深海洋装备移动较大，此次获得的信息是需要发送的；否则，认为全海深海洋装备移动距离可忽略，此次获得的信息无需发送，即上一次检测到的位置信息可作为定位的有效信息，不必重新发送，节省了功耗；然后，根据可充电锂电池7剩余能量的大小通过内置于主单元8的软件程序调整RDSS发送的间隔，即当可充电锂电池7剩余能耗较大时，需要发送的信息可以立即发送；否则，当可充电锂电池7剩余能量低于总量的50％时，将增大RDSS发送的定位信息的间隔，其中定位信息采取缓冲模式，新的数据会覆盖先前没有发送出去的数据，且可充电锂电池7剩余能量越小发送时间间隔越大，也就是当可充电锂电池7剩余能量低于某阈值时，母船和指挥中心将根据母船与全海深海洋装备的距离、母船的航速和天气情况，通过母船和指挥中心向该装置发送更改频度设置信息请求，在线修订短报文信息发送的频度来进一步减少可充电锂电池7能量消耗，以保证在可充电锂电池6电源耗尽前母船能够成功找到全海深海洋装备。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及全海深海洋装备的定位与通信及方法，该装置为独立子***，由可充电锂电池单独供电，不与所依附的全海深海洋装备存在任何电气上的连接，避免对全海深海洋装备产生干扰，同时也避免了全海深海洋装备主***发生电源故障时影响本***的工作；该装置为简单可靠***，通过光敏传感器、倾角传感器和温度传感器的检测，由低功耗主单元来对检测信号进行分析和判断，就能准确地确定全海深海洋装备是否潜入水下还是浮出海面，而且光敏传感器、倾角传感器和温度传感器具有功耗低、结构简单、价格低廉等优点；在全海深海洋装备处于水下时北斗定位与通信模块不工作且低功耗主单元也处于低功耗状态，有效地减少电池能耗，可以满足全海深海洋装备的长时间下潜、上浮和海下作业需求。

上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种全海深海洋装备的定位与通信装置，安装在全海深海洋装备上，与北斗导航卫星通信，其特征在于，包括：

光敏开关电路，设置在上方位置，感知光的照度并发出电平；

倾角传感器，设置在中心位置，感知所述全海深海洋装备的倾角变化；

温度传感器，设置在偏上方位置，感知温度的变化；

北斗定位与通信模块，与所述北斗导航卫星通信；

主单元，检测所述光敏开关电路、所述倾角传感器、所述温度传感器，控制所述北斗定位与通信模块的运行；以及

电源，与所述主单元连接，为所述光敏开关电路、所述倾角传感器、所述温度传感器、所述北斗定位与通信模块、所述主单元供电，

其中，所述主单元采集所述光敏开关电路、所述倾角传感器和所述温度传感器的信号，来判断所述全海深海洋装备所处的工作状态。

2.根据权利要求1所述的全海深海洋装备的定位与通信装置，其特征在于：

其中，当所述全海深海洋装备下潜水下时，所述光敏开关电路输出的所述电平、所述倾角传感器输出的信号和所述温度传感器输出的信号发生变化，所述主单元关断所述北斗定位与通信模块工作；当所述全海深海洋装备浮出海面时，所述光敏开关电路输出的所述电平、所述倾角传感器的所述信号和所述温度传感器输出的信号再次发生变化，所述主单元唤醒同时启动所述北斗定位与通信模块工作，控制所述北斗定位与通信模块获取所述全海深海洋装备的位置信息，并通过所述北斗导航卫星将获取的所述位置信息发送。

3.根据权利要求1所述的全海深海洋装备的定位与通信装置，其特征在于：

其中，所述光敏开关电路，具有：

光敏传感器，设置在顶部，感知光的照度。

4.根据权利要求1所述的全海深海洋装备的定位与通信装置，其特征在于，还包括：

无线通信模块，安装在所述外壳内部，与所述主单元连接，对所述主单元参数进行配置，

其中，所述电源为所述无线通信模块供电。

5.根据权利要求1所述的全海深海洋装备的定位与通信装置，其特征在于，还包括：

水密接插件充电接口，设置在所述外壳的外表面，与所述电源相连接，供所述电源充电。

6.根据权利要求4所述的全海深海洋装备的定位与通信装置，其特征在于：

其中，所述电源采用非接触的磁力开关进行整个***的上电启动与关断。

7.根据权利要求1所述的全海深海洋装备的定位与通信装置，其特征在于：

其中，所述电源为可充电锂电池。

8.根据权利要求6所述的全海深海洋装备的定位与通信装置，其特征在于，还包括：

外壳，为玻璃球体，装载所述光敏传感器、所述倾角传感器、所述温度传感器、所述北斗定位与通信模块、所述无线通信模块、所述磁力开关、所述电源、所述主单元。