試論北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋浮標(biāo)中的應(yīng)用

舒之兵，陳 銘，趙 毅

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所，武漢 430079）

為了可以充分實(shí)現(xiàn)探索海洋環(huán)境與變化的目標(biāo)，就需要全面做好海洋浮標(biāo)中各個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備工作。而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)的一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，而將其實(shí)際應(yīng)用在海洋浮標(biāo)中時(shí)，根據(jù)依托北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位和短信通信功能，分別實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)位置定位和數(shù)據(jù)傳送，將北斗定位與GPS定位相結(jié)合以彌補(bǔ)位置數(shù)據(jù)丟失、錯(cuò)誤等問(wèn)題，所以為了更好的將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在海洋浮標(biāo)中，就需要針對(duì)實(shí)際應(yīng)用而展開(kāi)分析與研究。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS），是目前我國(guó)自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同時(shí)其也是繼美國(guó)的GPS與俄羅斯的GLONASS之外第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這一研究不僅是我國(guó)科技方面的進(jìn)步，同時(shí)對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而言也有著一定程度上的推動(dòng)作用。在實(shí)際應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，其可以準(zhǔn)確測(cè)定流動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置和大地坐標(biāo)，在信息處理中心配合數(shù)字電子地圖可獲得更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)產(chǎn)品；將海洋浮標(biāo)傳感器監(jiān)測(cè)到的原始數(shù)據(jù)，按照一定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行自動(dòng)壓縮、打包；自動(dòng)定時(shí)將壓縮后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送回監(jiān)測(cè)信息中心，完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)近實(shí)時(shí)傳輸任務(wù)；按照信息中心的要求，向海洋浮標(biāo)傳感器傳輸指令，完成指定監(jiān)測(cè)類型數(shù)據(jù)、指定監(jiān)測(cè)頻度的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸回信息處理中心；完成有人海洋浮標(biāo)與信息處理中心之間的、海洋浮標(biāo)與海洋浮標(biāo)間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)廣域短消息雙向通信，加強(qiáng)海洋浮標(biāo)通信能力和應(yīng)急通信保障能力；提供信息處理中心對(duì)所有有人值守海洋浮標(biāo)的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)據(jù)短消息廣播功能，加強(qiáng)上級(jí)機(jī)關(guān)對(duì)所屬海洋浮標(biāo)的控制和管理能力，提高應(yīng)急通信保障能力；利用太陽(yáng)能電池等技術(shù)，提高海洋浮標(biāo)的使用壽命[1]。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋浮標(biāo)中的實(shí)際應(yīng)用

浮標(biāo)主要是指用于建立全球海洋觀測(cè)網(wǎng)的一種專用測(cè)量設(shè)備。當(dāng)浮標(biāo)被海洋科學(xué)工作者投放在海洋中的某個(gè)區(qū)域后，根據(jù)上述工作原理，它會(huì)自動(dòng)潛入2000米深處的等密度層上，隨深層海流保持中性漂浮，到達(dá)預(yù)定時(shí)間（約10天）后，它又會(huì)自動(dòng)上浮，并在上升過(guò)程中利用自身攜帶的各種傳感器進(jìn)行連續(xù)剖面測(cè)量。當(dāng)浮標(biāo)到達(dá)海面后，通過(guò)定位與數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星系統(tǒng)自動(dòng)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到衛(wèi)星地面接收站，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送給浮標(biāo)擁有者。浮標(biāo)在海面的停留時(shí)間約需6-12小時(shí)，當(dāng)全部測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸完畢后，浮標(biāo)會(huì)再次自動(dòng)下沉到預(yù)定深度，重新開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)過(guò)程。通過(guò)研究浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)，利用北斗替代的通信系統(tǒng)，就能夠形成我國(guó)自己的專用浮標(biāo)。在浮標(biāo)上使用北斗，其通信天線可選擇鞭狀天線或小型化平面微帶天線。選擇這兩種天線的主要因素包括：第一其可以有效減小天線的表面積，以減少標(biāo)體潛入水中時(shí)，由于過(guò)大的壓力而破壞天線外殼而造成天線失效；第二在標(biāo)體浮出水面時(shí)，可以使天線部分更高的離開(kāi)水面，以提高對(duì)星通信可靠性。第三具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。有利于做到小型化，減少標(biāo)體的載重。

對(duì)于使用的鞭狀天線，為了滿足其使用環(huán)境的要求，還要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗壓設(shè)計(jì)方面的改進(jìn)。由于潛標(biāo)最大會(huì)潛入水下2000米的深度，對(duì)于天線腔體的壓強(qiáng)將達(dá)到19～22MPa之間。如果不經(jīng)加強(qiáng)處理，將會(huì)使整個(gè)天線腔體壓碎。為了適應(yīng)如此大的壓力，首先外殼采用加玻璃纖維強(qiáng)化的聚碳酸酯材料，該材料具有非常好的剛度，環(huán)境適應(yīng)性好，抗老化能力強(qiáng)。其次對(duì)于天線腔體內(nèi)部，要進(jìn)行灌膠處理，在腔體內(nèi)部進(jìn)行灌膠，可以使殼體在有限的變形范圍內(nèi)，借助腔體內(nèi)部的膠體體積壓縮產(chǎn)生的壓力，使腔體內(nèi)外的壓力達(dá)到平衡，從而保護(hù)天線的非金屬罩不會(huì)被壓壞，達(dá)到有效地保護(hù)天線的目的。天線表面的防寄生浮游生物和防止海水產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件的影響，因此對(duì)于天線表面需使用潛艇或艦船的涂料以達(dá)到理想的防護(hù)效果。天線自身、天線與浮標(biāo)標(biāo)體之間的固定和防水問(wèn)題：由于浮標(biāo)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間潛入到水下的特點(diǎn)，所以防水問(wèn)題將是一個(gè)非常突出的問(wèn)題。對(duì)于天線自身防水問(wèn)題，由于天線腔體內(nèi)部采用灌封的處理，已經(jīng)達(dá)到了防水要求；天線與浮標(biāo)之間采用螺紋連接，壓緊密封膠墊的方式來(lái)達(dá)到防止海水通過(guò)連接處進(jìn)入浮標(biāo)的腔體內(nèi)或天線內(nèi)部的效果[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)上述對(duì)北斗微型導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在海洋浮標(biāo)的分析可以得知，當(dāng)其實(shí)際應(yīng)用在海洋浮標(biāo)中時(shí)，其可以更好的為海洋浮標(biāo)起到衛(wèi)星引導(dǎo)與定位工作，當(dāng)海洋浮標(biāo)在收集海洋環(huán)境資料時(shí)還可以為其提供一定程度上的導(dǎo)向作用，從而確保海洋浮標(biāo)所收集到的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，為我國(guó)海洋事業(yè)以及海洋探測(cè)等方面提供良好的推動(dòng)作用。