一种中远程全自动自适应测波浮标制造技术

本实用新型专利技术公开了一种中远程全自动自适应测波浮标，涉及一种海洋波浪测量、信号与信息处理、通信与信息系统和ＧＰＳ技术的海洋监测系统装置，该中远程全自动自适应测波浮标内采用ＧＰＳ传感器和加速度传感器两种传感器测波系统，二者可以相互补偿，相互校正，可以有效提高测波的精确度；测波浮标采集数据之后，所有的信号处理都在测波浮标内完成，只要在岸上或船上有个匹配的手持终端就可以得到各种海洋参数，使测波浮标的使用更加灵活，应用更广泛；并且测波浮标的供电系统由内部电池，太阳能电池板，波浪能供电系统组成，自适应选择供电方式，使浮标的能源更清洁，在海上工作的时间更长，可以有效的节省人力和物力。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种海洋波浪测量、信号与信息处理、通信与信息系统和GPS技 术的海洋监测系统装置，特别涉及一种中远程全自动自适应测波浮标。
技术介绍
海洋开发是一个具有战略意义的领域。随着海洋技术的发展和人们对海洋资源 的不断开发，对海浪参数的监测就显得尤为重要。在对近海岸中远程海浪的监测多采用测 波浮标，测波浮标可以无人值守、自动、定点和连续地对有效波高、波向、波周期和波速等海 洋参数进行遥测，测波浮标可以作为连续波浪测量的唯一可靠来源。由于测波浮标无人值 守，测波浮标由锚系系统固定于海底，所以测波浮标一般不适用于深海和距离海岸太远的 区域。国外有荷兰的“波浪骑士”等测波浮标，而在国内也有一些品牌的测波浮标，它们 都有一些相似的特点一般按测波传感器的不同分为有两种，一种是以加速度计作为传感 器；一种是以GPS作为传感器，都是在海上通过传感器采集数据，然后把采集到的数据传送 到岸上，在岸上用计算机对数据进行处理，反演海洋参数。专利技术人在实现本技术的过程中，发现上述现有技术至少存在以下缺点和不 足由于测波传感器的使用比较单一使得测波的精确度不高；参数计算部分均在计算 机内完成，限制了测波浮标的应用范围及灵活性；测波浮标通过内部电池或太阳能电池板 供电，使得在海上的工作年限很短，对海洋的监测造成了很大的不便而且浪费了很多人力 和物力。
技术实现思路
为了提高测波的精确度；扩大测波浮标的应用范围及灵活性；提高测波浮标的工 作年限，减少对海洋的监测造成的不便，节省人力和物力，本技术提供了一种中远程全 自动自适应测波浮标；所述中远程全自动自适应测波浮标包括测波浮标和手持终端；所述测波浮标包 括传感器测波单元、微控制器、数字信号处理系统、高频发射系统和供电系统；所述手持终 端包括高频接收系统、终端微控制器和显示屏；所述传感器测波单元采集所述测波浮标所在位置的海浪信息后，通过所述数字信 号处理系统对海浪信息进行处理和反演得到海洋参数，通过所述高频发射系统将海洋参数 发射出去，所述高频接收系统接收海洋参数，所述终端微控制器将接收到的海洋参数在所 述显示屏上显示出来；所述微控制器对所述测波浮标中的各个传感器进行实时控制和定时 采集；所述供电系统由太阳能发电系统、电池和波浪能发电系统组成；所述传感器测波 单元具体为GPS传感器测波单元和加速度传感器测波单元。所述微控制器根据采集的数据自适应选择所述GPS传感器测波单元和所述加速 度传感器测波单元。所述GPS传感器测波单元包括GPS接收机、纵摇传感器、横摇传感器和艏摇传感 器；所述GPS接收机用于获取所述测波浮标的海浪信息；所述纵摇传感器、所述横摇 传感器和所述艏摇传感器用于采集出所述测波浮标的三个姿态角的时间序列。本技术提供的技术方案的有益效果是中远程全自动自适应测波浮标内采用GPS传感器和加速度传感器两种传感器测 波系统，二者可以相互补偿，相互校正，可以有效提高测波的精确度；测波浮标采集数据之 后，所有的信号处理都在测波浮标内完成，只要在岸上或船上有个匹配的手持终端就可以 得到各种海洋参数，使测波浮标的使用更加灵活，应用更广泛；并且测波浮标的供电系统由 内部电池，太阳能电池板，波浪能供电系统组成，自适应选择供电方式，使浮标的能源更清 洁，在海上工作的时间更长，可以有效的节省人力和物力。附图说明图1是本技术提供的中远程全自动自适应测波浮标的结构框图；图2是本技术提供的测波浮标的结构框图；图3是本技术提供的手持终端系统的结构框图；图4是本技术提供的GPS传感器测波单元的结构框图；图5是本技术提供的供电系统的结构框图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新 型实施方式作进一步地详细描述。参见图1、图2和图3，本技术提供的中远程全自动自适应测波浮标，包括测 波浮标100和手持终端200 ；其中，测波浮标100包括传感器测波单元101、微控制器102、数字信号处理系统 103、高频发射系统104和供电系统105 ；手持终端200包括高频接收系统201、终端微控制 器202和显示屏203 ；传感器测波单元101采集测波浮标100所在位置的海浪信息后，通过数字信号处 理系统103对海浪信息进行处理和反演得到海洋参数，通过高频发射系统104将海洋参数 发射出去，高频接收系统201接收海洋参数，终端微控制器202将接收到的海洋参数在显示 屏203上显示出来；微控制器102对测波浮标100中的各个传感器进行实时控制和定时采 集；数字信号处理系统103对采集的各个信号进行处理和运算；终端微控制器202对高频 接收系统201和显示屏203进行实时的控制。进一步地，该传感器测波单元101具体为GPS传感器测波单元101-1和加速度传 感器测波单元101-2。进一步地，微控制器102根据采集的数据自适应选择GPS传感器测波单元101_1 和加速度传感器测波单元101-2。4GPS传感器测波单元101-1和加速度传感器测波单元101_2均可以单独测量各种 海浪参数。GPS传感器测波单元101-1采集的信息I1和加速度传感器测波单元101-2采 集的信息I2进行互补校正和统计处理，由ι = ^1I1 +S2I2可得到经过校正的海洋信息I，并 且满足A +a2=i^>0,a2>0。由统计学可知，I1,12若相互独立则q =d2 = 1/2时ι取最佳。 但由于海域和海况的不同，A、民的最佳值由海域和海况而具体确定。例如当海况正常时 (有海浪但海浪不大时)A=民=1/2时，I最佳；当海浪很大时，海浪的周期小于10秒，则 &=0，民=1时，I最佳；当海面上非常平静，几乎没有海浪时，海浪的周期大于100秒。则 A =1，民=0时ι最佳。而在不同的海域中，S1和民还会有相应的变化，由微控制器102自适 应的选择&和民的具体值。并综合A和民的具体值在数字信号处理系统103上进行参数处理 来达到各种海浪参数的逼近和统计上的最佳，通过对上述参数进行互补校正和统计处理， 可以精确地反演近海海浪的各个参数。参见图4，该GPS传感器测波单元101-1包括GPS接收机101_1_1、纵摇传感器 101-1-2、横摇传感器101-1-3和艏摇传感器101-1-4 ；GPS接收机101-1-1用于获取测波浮标100的海浪信息；纵摇传感器101_1_2、横 摇传感器101-1-3和艏摇传感器101-1-4用于采集出测波浮标100的三个姿态角的时间序 列。具体为由于测波浮标100随着海浪而浮动，GPS接收机101-1-1可以得到三个笛 卡尔坐标(X、Y、Z)，根据多普勒效应计算GPS信号的多普勒频偏，获取到测波浮标100的 高精度三维运动参数，来获取测波浮标100的海浪信息。纵摇传感器101-1-2、横摇传感器 101-1-3和艏摇传感器101-1-4采集出测波浮标100的三个姿态角的时间序列，通过采集到 的时间序列，由数字信号处理系统103计算出波浪的方向。加速度传感器测波单元101-2中的X、Y、Z三个方向的加速度传感器可以测出测波 浮标100在三个方向的加速度，对竖直方向(Ζ方向)的加速度的两次积分则可以计算出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中远程全自动自适应测波浮标，其特征在于，所述中远程全自动自适应测波浮标包括：测波浮标和手持终端；所述测波浮标包括传感器测波单元、微控制器、数字信号处理系统、高频发射系统和供电系统；所述手持终端包括高频接收系统、终端微控制器和显示屏；所述传感器测波单元采集所述测波浮标所在位置的海浪信息后，通过所述数字信号处理系统对海浪信息进行处理和反演得到海洋参数，通过所述高频发射系统将海洋参数发射出去，所述高频接收系统接收海洋参数，所述终端微控制器将接收到的海洋参数在所述显示屏上显示出来；所述微控制器对所述测波浮标中的各个传感器进行实时控制和定时采集；所述供电系统由太阳能发电系统、电池和波浪能发电系统组成；所述传感器测波单元具体为：ＧＰＳ传感器测波单元和加速度传感器测波单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋占杰，刘国栋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]