專利名稱：一種水下接收裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及海洋環(huán)境中遠程水下航行器的組合導航技術。具體地說是一種通過使用全球定位系統(tǒng)(GPS)為遠程水下航行器進行精確導航定位的水下接收裝置。
背景技術：
導航系統(tǒng)是保證水面或水下航行體安全、準確航行必備的系統(tǒng)。除了由傳統(tǒng)的航標燈、岸基無線電導航站等設備組成的岸基導航系統(tǒng)外，目前比較通用的導航系統(tǒng)有GPS和慣導系統(tǒng)等兩種。慣導系統(tǒng)由于不需要與外界進行信號交換，自成系統(tǒng)，一般用于水下航行器。尤其適用于具有隱身要求的或無法接收到GPS信號的水下航行器，如在水面航行時耐波性較差的水下潛水器，在冰面下航行的遠程潛水器等。但由于慣導系統(tǒng)自身具有一定的累積誤差，當航行器進行較長距離的航行時，即使使用較高精度的慣導系統(tǒng)，這種誤差也可能增加到不能滿足導航精度要求的程度。GPS包括其他類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有覆蓋全球，導航定位精度高的特點，是最受歡迎，應用范圍最廣的導航系統(tǒng)。但由于GPS信號的頻率很高，在水中幾乎不能傳輸，限制了它在水下航行器中的應用。
為增加水下航行器的導航精度，使之兼具慣導系統(tǒng)與GPS的優(yōu)點，目前比較通用的做法是采用GPS加慣導的組合導航系統(tǒng)，即水下航行器在大部分時間內利用自身攜帶的慣導系統(tǒng)自主導航，每航行一段時間，航行器上浮至水面接收GPS信號，利用GPS的定位信息校正并消除航行器前一段時間的累積誤差。
這種做法在大多數(shù)時間內是行之有效的，但對于有隱身需求或水面耐波性較差的水下航行器，每一次上浮都有一定的風險。如在上浮水面時遇到惡劣海況，可能造成設備損壞甚至沉沒的嚴重后果。
實用新型內容為了克服目前GPS加慣導的組合導航系統(tǒng)需要水下航行器定期或不定期上浮至水面接收GPS信號的不足，本實用新型的目的是提供一種使水下航行器無需上浮至水面即可接收GPS信號的水下接收裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是由GPS天線耐壓艙，牽引及通信電纜，收放絞車三部分組成，GPS天線耐壓艙通過牽引及通信電纜與絞車相連；其中GPS天線耐壓艙部分由耐壓艙殼體、兩軸搖擺臺、GPS接收天線、GPS接收機組成，耐壓殼體為球形，分上半球和下半球兩部分，下半球內壁設有凸臺，兩軸搖擺臺安裝在下半球凸臺上，兩軸搖擺臺由內擺動框和外擺動框組成，GPS天線和GPS接收機均安裝在兩軸搖擺臺的內擺動框上，GPS接收機通過電纜和絞車內部的導電滑環(huán)電連接；牽引及通信電纜部分由耐壓艙端水密接插件、電纜、絞車端水密接插件組成，電纜的兩端均設有水密接頭，一端為與GPS天線耐壓艙相連的水密接插件，一端為與導電滑環(huán)的刷出線相連的水密接插件；絞車部分由驅動電機、蝸輪蝸桿減速機構、絞車機座、導電滑環(huán)的刷引線、絞鼓、導電滑環(huán)、導電滑環(huán)的環(huán)引線組成，驅動電機、減速機構及絞鼓均固定在機座上，電纜纏繞在絞鼓上，電纜下端的水密接插件與絞鼓中的導電滑環(huán)的刷引線相連，導電滑環(huán)的環(huán)引線接至航行器的主控計算機；其中GPS接收天線3安裝在內擺動框18上方，GPS接收機4安裝在內擺動框18下方；上下半球之間設有密封裝置；耐壓殼體1采用玻璃鋼材料，電纜6的外護套采用聚氨酯橡膠材料，還可采用丁腈橡膠或硅橡膠；電纜6的內部芯線除數(shù)據(jù)通信需要的電纜芯線外，在電纜橫截面的中心部位加設一根貫穿整個電纜的紡綸纖維。
本實用新型的有益效果是在保證水下航行器導航精度的前提下，可大幅度提高其隱身性和安全性，保證航行器使命的順利完成。
圖1為本實用新型的結構組成示意圖。
圖2為圖1中擺動框放大結構示意圖。
具體實施方式
下面結合以下實施例及附圖詳述本實用新型。
如圖1所示，本實用新型是在水下航行器上加裝一部GPS天線接收裝置。所述接收裝置由包括GPS天線耐壓艙，牽引及通信電纜，絞車三部分，GPS天線耐壓艙通過牽引及通信電纜與收放絞車相連。
其中GPS天線耐壓艙部分由耐壓艙殼體1、兩軸搖擺臺2、GPS接收天線3、GPS接收機(即OEM板，是現(xiàn)有技術的市購產(chǎn)品)4組成，耐壓殼體1為球形，分上半球和下半球兩部分，由對GPS信號透過率很好的玻璃鋼材料制作；下半球15內壁設有凸臺，兩軸搖擺臺2安裝在下半球凸臺16上，GPS接收天線3和GPS接收機4均安裝在兩軸搖擺臺2的內擺動架上，設計時兩軸搖擺臺2連同上面安裝的部件GPS接收天線3及GPS接收機4組合后的重心位置位于兩個擺動軸的下部(結構兩軸搖擺臺由內擺動框18和外擺動框17組成，GPS天線和GPS接收機4均安裝在兩軸搖擺臺的內擺動框上，GPS接收天線3在上方，GPS接收機4在下方)，當耐壓殼體1在風浪的作用下擺動時，兩軸搖擺臺2的內擺動架將在重力的作用下保持其姿態(tài)基本不變，即保持GPS接收天線3的指向基本不變，從而保證GPS接收天線3接收信號的可靠性。上下半球之間用O型橡膠密封圈密封，將所有部件安裝調試完畢后，用螺釘將上下半球組裝在一起，形成一個完整的耐壓艙。實際工作時GPS接收天線3將接收到的信號送往GPS接收機4，GPS接收機4將接收到的信號處理后通過電纜6和絞車內部的導電滑環(huán)13送往航行器的主控計算機。
牽引及通信電纜部分由耐壓艙端水密接插件5、電纜6、絞車端水密接插件10組成，電纜6的兩端均有水密接頭，一端為與GPS天線耐壓艙相連的水密接插件5，一端為與導電滑環(huán)13的刷出線相連的水密接插件10。電纜6的外護套由聚氨酯橡膠制作以保證其在較高水壓條件下的水密性。
絞車部分由驅動電機8、蝸輪蝸桿減速機構7、絞車機座9、導電滑環(huán)的刷引線11、導電滑環(huán)13、絞鼓12、導電滑環(huán)的環(huán)引線14組成，驅動電機8、減速機7及絞鼓12均固定在機座9上。當接收裝置需要釋放或回收GPS天線耐壓艙時，驅動電機8帶動減速機7，減速機7帶動絞鼓12，從而完成將纏繞在絞鼓12上的電纜6釋放或回收的功能。
本實用新型原理安裝在水下航行器上的GPS天線接收裝置是由具有正浮力的GPS天線耐壓艙，收放絞車，通信及收放電纜三部分組成，航行器利用自身慣導設備提供導航信息在水下航行時，GPS天線耐壓艙通過纏繞在絞車絞鼓12上的電纜6固定在航行器上。當航行器需要對自身的導航誤差進行校準或修正時，絞車釋放電纜6，GPS天線耐壓艙在自身正浮力的作用下，上浮至水面接收GPS信號。只要電纜的長度和絞車絞鼓12的容量允許，此時航行器本體可處于水下任意深度的位置。航行器的主控計算機利用接收到的GPS信號，對自身的航向和位置進行誤差修正。由于GPS天線耐壓艙與航行器本體相比，體積要小若干個數(shù)量級，其形態(tài)與水面的一般漂浮物幾乎相同，其球形結構具有很好的結構強度和耐波性，即使水面海況極為惡劣，也幾乎不存在耐壓艙被破壞的可能性，可以極大地提高航行器的隱身效果和安全性。
由于GPS接收天線3的接收效果與天線外殼的材料和天線的指向密切相關，所以GPS天線耐壓艙的殼體采用對GPS信號無遮擋的玻璃鋼材料制作，內部安裝有一個兩軸搖擺臺2。由于兩軸搖擺臺2由內擺動框和外擺動框組成，在穩(wěn)定狀態(tài)下，兩軸搖擺臺2的兩個擺動軸位于同一平面內，兩軸搖擺臺2的重心位于擺動軸的下方，構成了一個“不倒翁”裝置。加之GPS天線和GPS接收機4均安裝在兩軸搖擺臺的內擺動框上，這樣即使在海面有風浪的情況下，兩軸搖擺臺2仍能維持天線的朝向基本上豎直向上，以保證GPS接收天線3的指向不受水面波浪的影響，在任何情況下都能可靠的接收到信號。將GPS接收機4也安裝在耐壓艙內的原因是GPS接收機4與主控計算機之間的通信一般為RS232接口，GPS接收天線3與GPS接收機4之間一般通過同軸電纜連接，二者之間相比較，無論是通信電纜的允許長度，還是通信的可靠性，前者都優(yōu)于后者。
GPS天線耐壓艙與收放絞車之間的通信電纜6把GPS接收機4收到的信號傳向航行器主控計算機，這根電纜除了起到信號傳輸?shù)淖饔猛?，也是GPS天線耐壓艙收放的系纜。因此既要求他的內部芯線滿足通信的要求，又要求他具有足夠的牽引強度和柔韌性，保證耐壓艙釋放和回收的安全。
為保證驅動電機及導電滑環(huán)在水下環(huán)境工作時的可靠密封，對收放絞車密封機構采用充油補償結構。導電滑環(huán)的環(huán)引線14與航行器的主控計算機相連，導電滑環(huán)的刷引線11與纏繞在絞鼓上的GPS天線通信電纜6相連。減速機構7采用蝸輪蝸桿結構，采用這種結構的減速機構除了可使電機轉速降至需要程度之外，主要目的是利用這種減速機構的反向自鎖功能，保證GPS天線耐壓艙不能在自身正浮力或海浪等其他因素的作用下，拉動絞車，避免天線耐壓艙在非控條件下無故脫離航行器上浮。
另外，所述電纜6的外護套可由丁腈橡膠或硅橡膠制作；電纜6的內部芯線除數(shù)據(jù)通信需要的電纜芯線外，在電纜橫截面的中心部位加設一根貫穿整個電纜的紡綸纖維以使其既具有足夠的牽引強度，又有較低的比重和纏繞時較好的柔韌性。
權利要求1.一種水下接收裝置，其特征在于由GPS天線耐壓艙，牽引及通信電纜，收放絞車三部分組成，GPS天線耐壓艙通過牽引及通信電纜與絞車相連；其中GPS天線耐壓艙部分由耐壓艙殼體(1)、兩軸搖擺臺(2)、GPS接收天線(3)、GPS接收機(4)組成，耐壓殼體(1)為球形，分上半球和下半球兩部分，下半球(15)內壁設有凸臺(16)，兩軸搖擺臺(2)安裝在下半球凸臺(16)上，兩軸搖擺臺由內擺動框(18)和外擺動框(17)組成，GPS天線和GPS接收機(4)均安裝在兩軸搖擺臺的內擺動框(18)上，GPS接收機(4)通過電纜(6)和絞車內部的導電滑環(huán)(13)電連接；牽引及通信電纜部分由耐壓艙端水密接插件(5)、電纜(6)、絞車端水密接插件(10)組成，電纜(6)的兩端均設有水密接頭，一端為與GPS天線耐壓艙相連的水密接插件(5)，一端為與導電滑環(huán)(13)的刷出線(11)相連的水密接插件(10)；絞車部分由驅動電機(8)、蝸輪蝸桿減速機構(7)、絞車機座(9)、導電滑環(huán)的刷引線(11)、絞鼓(12)、導電滑環(huán)(13)、導電滑環(huán)的環(huán)引線(14)組成，驅動電機(8)、減速機構(7)及絞鼓(12)均固定在機座(9)上，電纜(6)纏繞在絞鼓(12)上，電纜下端的水密接插件(10)與絞鼓(12)中的導電滑環(huán)的刷引線(11)相連，導電滑環(huán)(13)的環(huán)引線(14)接至航行器的主控計算機。
2.按照權利要求1所述的水下接收裝置，其特征在于其中GPS接收天線(3)安裝在內擺動框(18)上方，GPS接收機(4)安裝在內擺動框(18)下方。
3.按照權利要求1所述的水下接收裝置，其特征在于其中上下半球之間設有密封裝置。
4.按照權利要求1所述的水下接收裝置，其特征在于其中耐壓殼體(1)采用玻璃鋼材料，電纜(6)的外護套采用聚氨酯橡膠材料，還可采用丁腈橡膠或硅橡膠。
5.按照權利要求1所述的水下接收裝置，其特征在于其中電纜(6)的內部芯線除數(shù)據(jù)通信需要的電纜芯線外，在電纜橫截面的中心部位加設一根貫穿整個電纜的紡綸纖維。
專利摘要本實用新型公開一種水下接收裝置。由GPS天線耐壓艙、牽引及通信電纜、收放絞車組成，GPS天線耐壓艙通過牽引及通信電纜與絞車相連；GPS天線耐壓艙的耐壓殼體為球形，下半球內壁設有凸臺，兩軸搖擺臺安裝在下半球凸臺上，GPS天線和GPS接收機均安裝在兩軸搖擺臺的內擺動框上；GPS接收機通過電纜和絞車內部的導電滑環(huán)電連接；絞車部分中驅動電機、減速機構及絞鼓均固定在機座上，電纜纏繞在絞鼓上，電纜下端的水密接插件與絞鼓中的導電滑環(huán)的刷引線相連，導電滑環(huán)的環(huán)引線接至航行器的主控計算機。本實用新型在保證水下航行器導航精度的前提下，可大幅度提高其隱身性和安全性，保證航行器使命的順利完成。
文檔編號B63G8/38GK2701752SQ20042003173
公開日2005年5月25日 申請日期2004年5月26日 優(yōu)先權日2004年5月26日
發(fā)明者鄭榮, 林揚, 劉健 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所