一种海底观测网主基站水下原位测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海底观测网主基站水下原位测试系统及方法，所述系统包括：控制子系统和可调负载；所述控制子系统用于接收岸基站发送的指令和数据，对海底观测网系统进行数据链路状态和授时功能测试；并接收岸基站发送的调节负载大小的指令，调节可调负载的参数并将采集的系统状态信息发送给岸基站；所述可调负载子系统用于接收岸基站发送的调节负载大小的指令，模拟主基站接驳端口所接不同负载特性的观测设备；本发明专利技术同时公开了基于该系统的水下原位测试方法。本发明专利技术可以模拟主基站在不同负载下的工作状态和数据链路状态，提高主基站的测试效率，解决当前观测网系统主基站下水后无法实时测试的难题，为观测设备接入及系统扩展提供准确依据。

An underwater in-situ testing system and method for main observation station of seabed observation network

The invention discloses an underwater in-situ test system and method for the main base station of a submarine observation network. The system comprises a control subsystem and an adjustable load; the control subsystem is used for receiving instructions and data sent by a shore base station, testing the data link state and timing function of the submarine observation network system, and receiving a shore base station. The adjustable load subsystem is used for receiving instructions sent by the shore base station for adjusting the load size and simulating the observation equipment with different load characteristics connected to the connection port of the main base station. An underwater in-situ test method based on the system is also presented. The invention can simulate the working state and the data link state of the main base station under different loads, improve the test efficiency of the main base station, solve the difficult problem that the main base station of the current observation network system can not be tested in real time after launching, and provide accurate basis for the access of the observation equipment and the expansion of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种海底观测网主基站水下原位测试系统及方法
本专利技术涉及深海观测
，具体涉及一种海底观测网主基站水下原位测试系统及方法。
技术介绍
海底观测网由岸基站、供电与通信设备、海缆、海底主基站、科学观测设备等部分组成，用于对海洋内部实施大范围全天候实时且长期连续的观测，目的是从根本上刷新人类认识和观测海洋的传统观念，可以为我国对海洋的探索带来革命性的变化，同时服务于国家海洋安全、深海能源与资源开发、海洋环境监测、灾害预警预报等相关研究。海底主基站是海底观测网中用于连接海缆与科学观测设备的接驳设备，是电能供给、数据传输以及通信控制的接驳枢纽，主要功能有：1、实现电能由高压向中低压的转换，为科学观测设备提供不间断电能；2、实现科学观测设备所采集数据的汇聚与传输；3、实现岸基站对主基站以及科学观测设备的实时监控和授时操作。海底主基站测试分为岸上测试和海底测试两部分，测试内容包括：1、电源输出测试，用于测试接驳端口输出电压、输出功率、输出开关控制等状态是否正常；2、通信功能测试，用于测试数据链路传输状态是否正常；3、负载测试，用于测试负载发生变化或出现故障时主基站的适应能力以及快速隔离能力是否正常；4、时钟测试，用于测试时钟同步功能是否正常。现有技术测试过程如下：第一阶段岸上测试：主基站封装之前需利用通用测试设备进行功能及性能测试，封装之后可以通过两种方法进行测试：第一种是将测试线缆与腔体连接后再通过上述通用测试设备进行功能测试；第二种是通过连接科学观测设备进行运行中的性能测试。第二阶段海底测试，利用水下机器人(ROV)将科学观测设备通过湿插拔接驳端口连接到主基站后直接进行运行测试。海底观测网施工建设过程中，主基站与科学观测设备单独布放，先布放主基站，待整个海底观测网主干(岸基站-海缆-主基站)皆连通且工作正常后，再布放相关科学观测设备。布放科学观测设备时，如何判断其连接到主基站接驳端口后是否可以正常工作成为一个技术难题，现有技术只有在ROV将科学观测设备通过湿插拔接驳端口连接到主基站后才能验证相关功能是否正常，这为海底观测网整个系统的建设，尤其是后期科学观测仪器的布放增加了极大的不确定性。此外，一旦接入的科学观测设备无法正常工作，工作人员无法判断故障究竟是发生在主基站接驳端口还是科学观测设备本身，这一问题不仅会延迟海上施工进度，还会极大增加海上作业成本和风险。申请号为201210008142.3的中国专利“海底观测网络节点故障诊断系统”，公开了一种海底观测网络节点故障诊断系统，主要包括：1)用于监测海底观测网络节点中能源供电模组运行状态的能源故障诊断子系统；2)用于监测海底观测网络节点内部传感器运行状态的节点舱体内部故障诊断子系统；3)用于监测海底观测网络节点外接传感器及设备运行状态的节点舱体外部故障诊断子系统；4)用于故障信号采集与处理的节点主控电路板；5)用于远程监控海底观测网络节点运行状态及数据管理的岸站。其中，节点主控电路板分别与能源故障诊断子系统、节点舱体内部故障诊断子系统和节点舱体外部故障诊断子系统相连接，实时采集系统运行状态有关的故障信号，并与岸站保持通信，随时诊断系统故障。上述专利“海底观测网络节点故障诊断系统”中虽然也设计了节点舱体内部故障诊断子系统和节点舱体外部故障诊断子系统，但它主要是对节点内部故障以及外接观测设备时接驳端口电压和电流进行监测，只具有科学观测设备接通之后的电源监测功能，因此其系统诊断功能并不完善。本专利技术可以很好的监测主基站布放后到科学观测设备布放之前这段时间主基站的模拟带载运行状态，达到实时掌握主基站接驳端口性能及状态的目的，为科学观测设备的接入提供可靠保障，专利“海底观测网络节点故障诊断系统”无法起到本专利技术的作用。另外，在整个海底观测网的光通信链路设计完成并投入使用后，光通信的质量与可靠性会随着工作时间增加、线路维修等问题的出现而有所降低。本专利技术提出的水下原位测试设备具有光信号衰减测试能力，可以实时检测当前光通信网络的衰减裕度，为后期维修和系统扩展提供参考依据，而专利“海底观测网络节点故障诊断系统”无法起到本专利技术的作用。除此之外，主基站腔体均采用耐压密封设计，密封后对外仅留有湿插拔接驳端口。现有技术主要是在腔体封装之前，利用电子负载、示波器、网络分析仪、时间同步分析仪等通用测试设备进行测试和功能验证；而在腔体封装之后，只能通过测试线缆与腔体连接进行简单测试，尤其是在海上布放主基站之前，在船上并没有有效手段判断主基站接驳功能是否正常，只有连接真正的科学观测设备才能进行间接判断，缺少必要的主基站专用辅助测试设备。
技术实现思路
本专利技术解决了现有海底观测网主基站水下布放后无法实时测试和检测工作性能的问题，本专利技术提出的水下原位测试系统集成了通信电路和功率电路，通过ROV湿插拔端口接入主基站后可直接检测主基站在不同通信速率、输出功率情况下的带载能力，同时提供主基站接驳故障定位功能。本专利技术解决了现有海底观测网长期运行过程中光传输性能无法检测的问题。本专利技术提出的水下原位测试系统可模拟光纤老化以及海缆维修导致的光信号衰减，为岸基站评估海底观测网主干线路的光传输可靠性提供判断依据，进而为后期海缆维修及系统扩展提供参考依据。本专利技术解决了传统海底观测网主基站功能测试时需采用电子负载、示波器、网络分析仪等通用型测试设备逐项测试的问题，本专利技术的水下原位测试系统灵活接入主基站，可高效快捷完成主基站的接驳功能测试工作。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种海底观测网主基站水下原位测试系统，该系统通过接驳端口与主基站连接，所述系统包括：控制子系统和可调负载；所述控制子系统，用于接收岸基站通过主基站发送的指令和数据，对整个海底观测网系统进行数据链路状态和授时功能的测试；并接收岸基站通过主基站发送的调节负载大小的指令，调节可调负载的参数；并将采集的系统状态信息通过主基站发送给岸基站；所述可调负载，用于接收岸基站通过主基站和控制子系统发送的调节负载大小的指令，模拟主基站接驳端口所接不同负载特性的观测设备。作为上述系统的一种改进，所述系统还包括：中低压转换模块，用于将主基站通过接驳端口传输过来的直流中压电转换为低压电，为控制子系统供电。作为上述系统的一种改进，所述控制子系统包括：交换机、微控制器、光信号调节器、时间解析器和电源监测电路；所述交换机，用于实现所述系统和主基站之间的数据交换；所述微控制器，用于将电源监测电路监测到的信息发送给主基站与岸基站；接收岸基站通过主基站发送的光衰减调节指令，对光信号调节器进行设置；接收岸基站通过主基站发送的调节负载大小的指令，对可调负载进行设置；所述光信号调节器；用于对岸基站传送的光信号进行衰减，光信号随后通过交换机、主基站发送回岸基站，用于检测该数据链路的性能，同时验证光传输线路衰减裕度的大小；所述时间解析器，用于接收和解析岸基站通过主基站发送的时间数据包，解析出时间信息，为微控制器授时；并将解析结果发送给微控制器，微控制器将解析结果通过主基站发送到岸基站，为岸基站评测时钟同步效果提供分析数据；所述电源监测电路，用于监测接驳端口的电压和电流状态，并传送给微控制器。作为上述系统的一种改进，所述控制子系统包还包括温湿传感器和漏水检测传感器，用于监测系统内部环境状态，并通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底观测网主基站水下原位测试系统，其特征在于，通过接驳端口与主基站连接，所述系统包括：控制子系统和可调负载；所述控制子系统，用于接收岸基站通过主基站发送的指令和数据，对海底观测网系统进行数据链路状态和授时功能测试；并接收岸基站通过主基站发送的调节负载大小的指令，调节可调负载的参数；并将采集的系统状态信息通过主基站发送给岸基站；所述可调负载，用于接收岸基站通过主基站和控制子系统发送的调节负载大小的指令，模拟主基站接驳端口所接不同负载特性的观测设备。

【技术特征摘要】
1.一种海底观测网主基站水下原位测试系统，其特征在于，通过接驳端口与主基站连接，所述系统包括：控制子系统和可调负载；所述控制子系统，用于接收岸基站通过主基站发送的指令和数据，对海底观测网系统进行数据链路状态和授时功能测试；并接收岸基站通过主基站发送的调节负载大小的指令，调节可调负载的参数；并将采集的系统状态信息通过主基站发送给岸基站；所述可调负载，用于接收岸基站通过主基站和控制子系统发送的调节负载大小的指令，模拟主基站接驳端口所接不同负载特性的观测设备。2.根据权利要求1所述的海底观测网主基站水下原位测试系统，其特征在于，所述系统还包括：中低压转换模块，用于将主基站通过接驳端口传输过来的直流中压电转换为低压电，为控制子系统供电。3.根据权利要求1或2所述的海底观测网主基站水下原位测试系统，其特征在于，所述控制子系统包括：交换机、微控制器、光信号调节器、时间解析器和电源监测电路；所述交换机，用于实现所述系统和主基站之间的数据交换；所述微控制器，用于将电源监测电路监测到的信息发送给主基站与岸基站；接收岸基站通过主基站发送的光衰减调节指令，对光信号调节器进行设置；接收岸基站通过主基站发送的调节负载大小的指令，对可调负载进行设置；所述光信号调节器；用于对由岸基站传送的光信号进行衰减，光信号随后通过交换机、主基站发送回岸基站，用于检测该数据链路的性能，同时验证光传输线路衰减裕度的大小；所述时间解析器，用于接收和解析岸基站通过主基站发送的时间数据包，解析出时间信息，为微控制器授时；并将解析结果发送给微控制器，微控制器将解析结果通过主基站发送到岸基站，为岸基站评测时钟同步效果提供分析数据；所述电源监测电路，用于监测接驳端口的电压和电流状态，并传送给微控制器。4.根据权利要求3所述的海底观测网主基站水下原位测试系统，其特征在于，所述控制子系统包还包括温湿传感器和漏水检测传感器，用于监测系统内部环境状态，并通过微控制器和交换机将系统的环境状态信息由主基站发送给岸基站。5.根据权利要求4所述的海底观测网主基站水下原位测试系统，其特征在于，所述微控制器是整个系统的控制核心，包括：以太网和串行通讯电路；所述微控制器通过以太网与交换机相连；所述微控制器通过串行接口与电源监测电路和温湿传感器、漏水监测传感器相连；所述微控制器通过IO口分别与可调负载、光信号调节器相连。6.根据权利要求3所述的海底观测网主基站水下原位测试系统，其特征在于，所述岸基站通过海缆将衰减控制命令发送给主基站，主基站将其转发给控制子系统的交换机，交换机将衰减控制命令发送给微控制器，所述微控制器根据接收到的命令对光信号调节器进行衰减参数设置，随后将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王肃静，张元凯，郭永刚，张飞，张广德，曲赫，李佼佼，张新月，石璞，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11