一种方位姿态水面定位一体化设计方法及系统技术方案

本发明专利技术属于海洋科学仪器技术领域，公开了一种方位姿态水面定位一体化设计方法及系统，方位姿态模块和水面定位模块分别由独立的电池提供电源，根据方位姿态模块电源电量情况，分为方位姿态电源充足工况和方位姿态电源耗尽工况。方位姿态电源充足工况下，方位姿态模块采集方位姿态信息，并根据方位姿态信息以及GPS信息和光敏传感器检测的光敏信息确定海洋仪器装备所处的水面、水下信息，控制水面定位模块的电源通断；方位姿态电源耗尽工况下，方位姿态模块不工作，水面定位模块进入水面定位低功耗工作模式。本发明专利技术解决了传统的水面回收定位仪需倒置固定安装或水压传感器水密风险问题，简化了海洋仪器的组装、配置。

【技术实现步骤摘要】
一种方位姿态水面定位一体化设计方法及系统
本专利技术属于海洋仪器
，尤其涉及一种方位姿态水面定位一体化设计方法及系统。
技术介绍
目前，在海底及海洋中，蕴藏着极其丰富的资源。大力发展海洋技术，合理开发利用海洋资源对人类的生存和发展具有重要的意义。水面定位仪，又称为水面回收信标，用于提供海洋仪器装备的水面位置信息，指导海洋仪器装备回收。目前，根据定位方式分类，水面定位仪主要包括射频无线定位仪、GPS无线通信定位仪。射频无线定位仪自身发射某一频段的射频信号，通过甲板的测频单元提供射频无线定位仪的方位信息。GPS无线通信定位仪将自身的GPS位置信息通过无线通信方式发送给甲板单元，可提供准确的位置信息，无线通信方式包括无线数传、卫星通信等。作为水面回收定位装置，在海洋仪器设备的水下工作期间，水面定位仪需工作在低功耗或掉电状态以节省能耗。目前，水面定位仪常用的控制功耗方式是水银开关、电容开关和压力开关。水银开关是一种机械开关，利用水银的移动实现开关的连通和关闭，该类型的水面定位仪通过定位仪的倒置、正置实现水银开关的通断，水银开关及其相关电路控制水面定位仪的电源以实现系统的上电和掉电。基于水银开关的水面定位仪的优点是可实现水面定位仪在水下工作期间完全掉电，缺点是需要水面定位仪倒置，同时需解决高海况情形下水银开关的振荡问题。电容开关和压力开关的工作原理类似，通过检测在水面和水中的电容差异、压力差异来实现水面定位仪的工作状态切换，在水面时，仪器切换到工作状态，在水下时，仪器切换至低功耗状态。基于电容开关或压力开关的优点是水面定位仪的安装方式灵活，缺点是水面定位仪在水下不能工作在完全掉电状态，需工作在周期性检测电容、压力信息的低功耗状态，同时电容开关、压力开关需接触海水，其安装有水密承压要求，带来了仪器的水密风险。方位姿态仪也是应用广泛的海洋仪器之一，用于提供海洋仪器装备的方位姿态信息。在海洋科学研究和海洋工程应用中海洋仪器装备广泛存在着方位姿态仪、水面回收定位仪同时搭载的情况。方位姿态仪、水面定位仪分别独立工作是海洋仪器装备上常用的设计方法。独立工作的好处是可以实现系统灵活搭配，但也带来了仪器配置和使用过程相对繁琐(各自需要独立的仪器配置和数据回收等)、整个海洋仪器装备的组装较为复杂(各自需要独立的安装位置和安装方式)的问题。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：基于水面定位仪、方位姿态仪广泛同时搭载的现状，针对水面定位仪存在的需倒置安装、电容或压力传感器接触海水带来水密风险的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种方位姿态水面定位一体化设计方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种方位姿态水面定位一体化系统，所述方位姿态水面定位一体化系统包括：系统包括方位姿态模块和水面定位模块，方位姿态模块和水面定位模块分别由独立的电池提供电源，根据方位姿态模块电源电量情况，分为方位姿态电源充足工况和方位姿态电源耗尽工况；方位姿态电源充足工况，方位姿态模块，采集方位姿态信息，并根据方位姿态信息以及GPS信息和光敏传感器检测的光敏信息确定海洋仪器装备所处的水面、水下信息，控制水面定位模块的电源通断，在水面时，接通水面定位模块电源，水下时，断开水面定位模块电源；水面定位模块，周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息，根据光敏传感器检测的光敏信息控制频闪灯的工作；方位姿态电源耗尽工况，方位姿态模块不工作，水面定位模块进入水面定位低功耗工作模式，低频周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息，频闪灯不工作；方位姿态模块和水面定位模块通过串口通信交互信息。进一步，所述方位姿态模块包括：微处理器，用于完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息操作，控制程序的执行；GPS，用于周期采集GPS信息；光敏传感器，用于采集光敏信息；方位姿态传感器，用于采集方位姿态信息；系统唤醒部分，用于使系统由低功耗待机模式进入待机模式；参数配置部分，通过上位机对系统进行参数配置；高精度时钟，用于保证系统运行时钟的准确性；数据存储部分，用于存储方位姿态数据以及记录操作信息和工作模式信息的日志文件；电源检测部分，用于检测方位姿态模块的电源电压；电源控制部分，用于控制水面定位模块电源是否上电。进一步，所述水面定位模块包括微处理器、GPS、卫星通信部分、无线数传部分、LED频闪灯、方位姿态电源检测部分。微处理器，用于完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息操作，控制程序的执行；GPS，用于周期采集GPS信息；方位姿态电源检测部分，用于检测方位姿态模块的电源电压；卫星通信和无线数传部分，用于水面定位模块发出GPS信息；LED频闪灯，用于在调试仪器和仪器回收时有灯光指示作用。本专利技术的另一目的在于提供一种基于所述方位姿态水面定位一体化系统的方位姿态水面定位一体化设计方法，所述方位姿态水面定位一体化设计方法包括：1)方位姿态模块的电源检测部分会检测方位姿态电源电压，当方位姿态电源电压低时，系统处于方位姿态电源耗尽工况，工作模式进入系统电源低保护模式，用以保护方位姿态数据文件，同时使能水面定位模块电源；当方位姿态电源电压正常时，系统处于方位姿态电源充足工况，方位姿态模块根据方位姿态信息以及GPS信息和光敏传感器检测的光敏信息确定海洋仪器装备所处的水面、水下信息，控制水面定位模块的电源通断，在水面时，接通水面定位模块电源，水下时，断开水面定位模块电源；2)水面定位模块的方位姿态电源检测部分也会检测到方位姿态电源电压，当方位姿态电源电压低时，水面定位模块进入到水面定位低功耗工作模式，水面定位模块低频周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息；当方位姿态电源电压正常时，水面定位模块周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息，根据光敏传感器检测的光敏信息控制频闪灯的工作。进一步，所述方位姿态模块的工作模式包括：1)低功耗待机模式：方位姿态模块低功耗待机，水面定位模块掉电；2)待机模式：方位姿态模块唤醒待机，水面定位模块掉电；3)系统参数配置模式：方位姿态模块接受参数配置并存储，系统自检；水面定位模块上电，接受参数配置并存储，系统自检；4)系统工作模式：方位姿态模块工作，水面定位模块根据方位姿态模块的控制上电工作或掉电；系统工作模式包括纯方位姿态子模式、光敏信息辅助子模式和GPS信息辅助子模式；5)系统电源低保护模式：保护数据文件，使能水面定位模块电源。进一步，所述水面定位模块的工作模式包括：1)水面定位正常工作模式：水面定位模块周期性采集GPS信息，GPS持续工作，通过卫星或无线数传发出GPS信息，根据光敏传感器检测的光敏信息控制频闪灯的工作；2)水面定位低功耗工作模式：水面定位低频周期性采集GPS信息，GPS周期性工作，通过卫星或无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方位姿态水面定位一体化系统，其特征在于，所述方位姿态水面定位一体化系统包括方位姿态模块和水面定位模块；/n方位姿态模块和水面定位模块分别由独立的电池提供电源，根据方位姿态模块电源电量情况，分为方位姿态电源充足工况和方位姿态电源耗尽工况；/n方位姿态电源充足工况，方位姿态模块，采集方位姿态信息，并根据方位姿态信息以及GPS信息和光敏传感器检测的光敏信息确定海洋仪器装备所处的水面、水下信息，控制水面定位模块的电源通断，在水面时，接通水面定位模块电源，水下时，断开水面定位模块电源；水面定位模块，周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息，根据光敏传感器检测的光敏信息控制频闪灯的工作；/n方位姿态电源耗尽工况，方位姿态模块不工作，水面定位模块进入水面定位低功耗工作模式，低频周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息，频闪灯不工作；/n方位姿态模块和水面定位模块通过串口通信交互信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种方位姿态水面定位一体化系统，其特征在于，所述方位姿态水面定位一体化系统包括方位姿态模块和水面定位模块；
方位姿态模块和水面定位模块分别由独立的电池提供电源，根据方位姿态模块电源电量情况，分为方位姿态电源充足工况和方位姿态电源耗尽工况；
方位姿态电源充足工况，方位姿态模块，采集方位姿态信息，并根据方位姿态信息以及GPS信息和光敏传感器检测的光敏信息确定海洋仪器装备所处的水面、水下信息，控制水面定位模块的电源通断，在水面时，接通水面定位模块电源，水下时，断开水面定位模块电源；水面定位模块，周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息，根据光敏传感器检测的光敏信息控制频闪灯的工作；
方位姿态电源耗尽工况，方位姿态模块不工作，水面定位模块进入水面定位低功耗工作模式，低频周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息，频闪灯不工作；
方位姿态模块和水面定位模块通过串口通信交互信息。


2.如权利要求1所述的方位姿态水面定位一体化系统，其特征在于，所述方位姿态模块包括：
微处理器，用于完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息操作，控制程序的执行；
GPS，用于周期采集GPS信息；
光敏传感器，用于采集光敏信息；
方位姿态传感器，用于采集方位姿态信息；
系统唤醒部分，用于使系统由低功耗待机模式进入待机模式；
参数配置部分，通过上位机对系统进行参数配置；
高精度时钟，用于保证系统运行时钟的准确性；
数据存储部分，用于存储方位姿态数据以及记录操作信息和工作模式信息的日志文件；
电源检测部分，用于检测方位姿态模块的电源电压；
电源控制部分，用于控制水面定位模块电源是否上电。


3.如权利要求1所述的方位姿态水面定位一体化系统，其特征在于，所述水面定位模块包括微处理器、GPS、卫星通信部分、无线数传部分、LED频闪灯、方位姿态电源检测部分；
微处理器，用于完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息操作，控制程序的执行；
GPS，用于周期采集GPS信息；
方位姿态电源检测部分，用于检测方位姿态模块的电源电压；
卫星通信和无线数传部分，用于水面定位模块发出GPS信息；
LED频闪灯，用于在调试仪器和仪器回收时有灯光指示作用。


4.一种基于权利要求1所述方位姿态水面定位一体化系统的方位姿态水面定位一体化设计方法，其特征在于，所述方位姿态水面定位一体化设计方法包括：
1)方位姿态模块的电源检测部分会检测方位姿态电源电压，当方位姿态电源电压低时，系统处于方位姿态电源耗尽工况，工作模式进入系统电源低保护模式，用以保护方位姿态数据文件，同时使能水面定位模块电源；当方位姿态电源电压正常时，系统处于方位姿态电源充足工况，方位姿态模块根据方位姿态信息以及GPS信息和光敏传感器检测的光敏信息确定海洋仪器装备所处的水面、水下信息，控制水面定位模块的电源通断，在水面时，接通水面定位模块电源，水下时，断开水面定位模块电源；
2)水面定位模块的方位姿态电源检测部分也会检测到方位姿态电源电压，当方位姿态电源电压低时，水面定位模块进入到水面定位低功耗工作模式，水面定位模块低频周期性采集GPS信息，通过卫星或无线数传发出GPS信息；当方位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兰军，杨凡，陈家林，黎明，李予国，裴建新，翟永庆，左成，李龙，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37