試論北斗衛星導航系統在海洋浮標中的應用

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）

為了可以充分實現探索海洋環境與變化的目標，就需要全面做好海洋浮標中各個環節的準備工作。而北斗衛星導航系統是我國自主研發的一種衛星導航系統，而將其實際應用在海洋浮標中時，根據依托北斗二代衛星導航系統的定位和短信通信功能，分別實現浮標位置定位和數據傳送，將北斗定位與GPS定位相結合以彌補位置數據丟失、錯誤等問題，所以為了更好的將北斗衛星導航系統應用在海洋浮標中，就需要針對實際應用而展開分析與研究。

1 北斗衛星導航系統的特點分析

中國的北斗衛星導航系統（BeiDou Navigation Satellite System，BDS），是目前我國自主研發的全球衛星導航系統，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星導航系統。這一研究不僅是我國科技方面的進步，同時對于我國經濟的發展而言也有著一定程度上的推動作用。在實際應用北斗衛星導航系統時，其可以準確測定流動監測點的地理位置和大地坐標，在信息處理中心配合數字電子地圖可獲得更加準確的監測和預報產品；將海洋浮標傳感器監測到的原始數據，按照一定的數據格式進行自動壓縮、打包；自動定時將壓縮后的監測數據傳送回監測信息中心，完成監測數據近實時傳輸任務；按照信息中心的要求，向海洋浮標傳感器傳輸指令，完成指定監測類型數據、指定監測頻度的數據監測，并實時將監測數據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據短消息廣播功能，加強上級機關對所屬海洋浮標的控制和管理能力，提高應急通信保障能力；利用太陽能電池等技術，提高海洋浮標的使用壽命[1]。

2 北斗衛星導航系統在海洋浮標中的實際應用

浮標主要是指用于建立全球海洋觀測網的一種專用測量設備。當浮標被海洋科學工作者投放在海洋中的某個區域后，根據上述工作原理，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剖面測量。當浮標到達海面后，通過定位與數據傳輸衛星系統自動將測量數據傳送到衛星地面接收站，經信號轉換處理后發送給浮標擁有者。浮標在海面的停留時間約需6-12小時，當全部測量數據傳輸完畢后，浮標會再次自動下沉到預定深度，重新開始下一個循環過程。通過研究浮標的結構和應用特點，利用北斗替代的通信系統，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，為了滿足其使用環境的要求，還要對其結構進行包括結構強度和抗壓設計方面的改進。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。如果不經加強處理，將會使整個天線腔體壓碎。為了適應如此大的壓力，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，環境適應性好，抗老化能力強。其次對于天線腔體內部，要進行灌膠處理，在腔體內部進行灌膠，可以使殼體在有限的變形范圍內，借助腔體內部的膠體體積壓縮產生的壓力，使腔體內外的壓力達到平衡，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生的電化學腐蝕對金屬結構件的影響，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，由于天線腔體內部采用灌封的處理，已經達到了防水要求；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或天線內部的效果[2]。

3 結束語

綜上所述，通過上述對北斗微型導航系統應用在海洋浮標的分析可以得知，當其實際應用在海洋浮標中時，其可以更好的為海洋浮標起到衛星引導與定位工作，當海洋浮標在收集海洋環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據更加準確，為我國海洋事業以及海洋探測等方面提供良好的推動作用。