試論北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在海洋浮標中的應(yīng)用

舒之兵，陳 銘，趙 毅

（中國船舶重工集團公司第七二二研究所，武漢 430079）

為了可以充分實現(xiàn)探索海洋環(huán)境與變化的目標，就需要全面做好海洋浮標中各個環(huán)節(jié)的準備工作。而北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的一種衛(wèi)星導航系統(tǒng)，而將其實際應(yīng)用在海洋浮標中時，根據(jù)依托北斗二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位和短信通信功能，分別實現(xiàn)浮標位置定位和數(shù)據(jù)傳送，將北斗定位與GPS定位相結(jié)合以彌補位置數(shù)據(jù)丟失、錯誤等問題，所以為了更好的將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)應(yīng)用在海洋浮標中，就需要針對實際應(yīng)用而展開分析與研究。

1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點分析

中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS），是目前我國自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，同時其也是繼美國的GPS與俄羅斯的GLONASS之外第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。這一研究不僅是我國科技方面的進步，同時對于我國經(jīng)濟的發(fā)展而言也有著一定程度上的推動作用。在實際應(yīng)用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)時，其可以準確測定流動監(jiān)測點的地理位置和大地坐標，在信息處理中心配合數(shù)字電子地圖可獲得更加準確的監(jiān)測和預(yù)報產(chǎn)品；將海洋浮標傳感器監(jiān)測到的原始數(shù)據(jù)，按照一定的數(shù)據(jù)格式進行自動壓縮、打包；自動定時將壓縮后的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送回監(jiān)測信息中心，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)近實時傳輸任務(wù)；按照信息中心的要求，向海洋浮標傳感器傳輸指令，完成指定監(jiān)測類型數(shù)據(jù)、指定監(jiān)測頻度的數(shù)據(jù)監(jiān)測，并實時將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸回信息處理中心；完成有人海洋浮標與信息處理中心之間的、海洋浮標與海洋浮標間的點對點廣域短消息雙向通信，加強海洋浮標通信能力和應(yīng)急通信保障能力；提供信息處理中心對所有有人值守海洋浮標的一點對多點數(shù)據(jù)短消息廣播功能，加強上級機關(guān)對所屬海洋浮標的控制和管理能力，提高應(yīng)急通信保障能力；利用太陽能電池等技術(shù)，提高海洋浮標的使用壽命[1]。

2 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在海洋浮標中的實際應(yīng)用

浮標主要是指用于建立全球海洋觀測網(wǎng)的一種專用測量設(shè)備。當浮標被海洋科學工作者投放在海洋中的某個區(qū)域后，根據(jù)上述工作原理，它會自動潛入2000米深處的等密度層上，隨深層海流保持中性漂浮，到達預(yù)定時間（約10天）后，它又會自動上浮，并在上升過程中利用自身攜帶的各種傳感器進行連續(xù)剖面測量。當浮標到達海面后，通過定位與數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星系統(tǒng)自動將測量數(shù)據(jù)傳送到衛(wèi)星地面接收站，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送給浮標擁有者。浮標在海面的停留時間約需6-12小時，當全部測量數(shù)據(jù)傳輸完畢后，浮標會再次自動下沉到預(yù)定深度，重新開始下一個循環(huán)過程。通過研究浮標的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點，利用北斗替代的通信系統(tǒng)，就能夠形成我國自己的專用浮標。在浮標上使用北斗，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，以減少標體潛入水中時，由于過大的壓力而破壞天線外殼而造成天線失效；第二在標體浮出水面時，可以使天線部分更高的離開水面，以提高對星通信可靠性。第三具有體積小、重量輕的特點。有利于做到小型化，減少標體的載重。

對于使用的鞭狀天線，為了滿足其使用環(huán)境的要求，還要對其結(jié)構(gòu)進行包括結(jié)構(gòu)強度和抗壓設(shè)計方面的改進。由于潛標最大會潛入水下2000米的深度，對于天線腔體的壓強將達到19～22MPa之間。如果不經(jīng)加強處理，將會使整個天線腔體壓碎。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。其次對于天線腔體內(nèi)部，要進行灌膠處理，在腔體內(nèi)部進行灌膠，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)外的壓力達到平衡，從而保護天線的非金屬罩不會被壓壞，達到有效地保護天線的目的。天線表面的防寄生浮游生物和防止海水產(chǎn)生的電化學腐蝕對金屬結(jié)構(gòu)件的影響，因此對于天線表面需使用潛艇或艦船的涂料以達到理想的防護效果。天線自身、天線與浮標標體之間的固定和防水問題：由于浮標會長時間潛入到水下的特點，所以防水問題將是一個非常突出的問題。對于天線自身防水問題，由于天線腔體內(nèi)部采用灌封的處理，已經(jīng)達到了防水要求；天線與浮標之間采用螺紋連接，壓緊密封膠墊的方式來達到防止海水通過連接處進入浮標的腔體內(nèi)或天線內(nèi)部的效果[2]。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過上述對北斗微型導航系統(tǒng)應(yīng)用在海洋浮標的分析可以得知，當其實際應(yīng)用在海洋浮標中時，其可以更好的為海洋浮標起到衛(wèi)星引導與定位工作，當海洋浮標在收集海洋環(huán)境資料時還可以為其提供一定程度上的導向作用，從而確保海洋浮標所收集到的數(shù)據(jù)更加準確，為我國海洋事業(yè)以及海洋探測等方面提供良好的推動作用。