本實(shí)用新型涉及為全海深海洋裝備提供定位與通信功能的技術(shù)，特別涉及一種用于將全海深海洋裝備的地理位置信息通過北斗衛(wèi)星提供給母船或者控制中心的全海深海洋裝備的定位與通信裝置。

背景技術(shù)：

伴隨著我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的發(fā)展，11000米級(jí)的全海深海洋裝備，如全海深著陸器、全海深無人潛水器和全海深載人潛水器，能夠進(jìn)行全海深的海底觀測，是探索地球奧秘、生物起源、海洋資源開發(fā)的利器，備受國內(nèi)外矚目。全海深海洋裝備對(duì)各組成部分及其功能提出了更高的要求，其中及時(shí)獲知浮出海面的全海深海洋裝備的地理位置信息，以便母船上工作人員及時(shí)完成對(duì)全海深海洋裝備的回收和檢修，尤為重要。目前，海洋裝備通常采用GPS和銥星設(shè)備用于將所處位置信息發(fā)送給母船或控制中心。由于銥星及其服務(wù)商是國外的，保密安全性差、價(jià)格高，而且運(yùn)行服務(wù)費(fèi)高，不利于實(shí)現(xiàn)定制化需求；另外，我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有滿足全球定位和短報(bào)文通信功能。因此，從經(jīng)濟(jì)性、安全保密性和可定制化角度，GPS和銥星組合方式逐漸不適合于我國海洋裝備快速發(fā)展的需求，而基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的海洋定位與通信裝置已是大勢所趨，逐漸取代GPS和銥星的組合方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種獨(dú)立、準(zhǔn)確、低功耗、低成本、高可靠性的全海深海洋裝備的定位與通信裝置。

本實(shí)用新型提供的全海深海洋裝備的定位與通信裝置，安裝在全海深海洋裝備上，與北斗導(dǎo)航衛(wèi)星通信，具有這樣的特征，包括：光敏開關(guān)電路，設(shè)置在上方位置，感知光的照度并發(fā)出電平；傾角傳感器，設(shè)置在中心位置，感知全海深海洋裝備的傾角變化；溫度傳感器，設(shè)置在偏上方位置，感知周圍作業(yè)環(huán)境的溫度變化；北斗定位與通信模塊，與北斗導(dǎo)航衛(wèi)星通信；主單元，采集光敏開關(guān)電路、傾角傳感器、溫度傳感器與控制北斗定位與通信模塊運(yùn)行；以及電源，與主單元連接，為光敏開關(guān)電路、傾角傳感器、溫度傳感器、北斗定位與通信模塊、主單元，其中，主單元采集光敏開關(guān)電路、傾角傳感器和溫度傳感器的信號(hào)，來判斷全海深海洋裝備所處的工作狀態(tài)。

本實(shí)用新型提供的全海深海洋裝備的定位與通信裝置，還具有這樣的特征：其中，當(dāng)全海深海洋裝備下潛水下時(shí)，光敏開關(guān)電路輸出的電平、傾角傳感器輸出的信號(hào)和溫度傳感器輸出的信號(hào)發(fā)生變化，主單元關(guān)斷北斗定位與通信模塊工作；當(dāng)全海深海洋裝備浮出海面時(shí)，光敏開關(guān)電路輸出的電平、傾角傳感器的信號(hào)和溫度傳感器的信號(hào)再次發(fā)生變化，主單元喚醒同時(shí)啟動(dòng)北斗定位與通信模塊工作，控制北斗定位與通信模塊獲取全海深海洋裝備的位置信息，并通過北斗導(dǎo)航衛(wèi)星將獲取的位置信息發(fā)送。

本實(shí)用新型提供的全海深海洋裝備的定位與通信裝置，還具有這樣的特征：其中，光敏開關(guān)電路，具有：光敏傳感器，感知光的照度。

本實(shí)用新型提供的全海深海洋裝備的定位與通信裝置，還具有這樣的特征，包括：無線通信模塊，安裝在外殼內(nèi)部，與主單元連接，對(duì)主單元參數(shù)進(jìn)行配置，其中，電源為無線通信模塊供電。

本實(shí)用新型提供的全海深海洋裝備的定位與通信裝置，還具有這樣的特征，包括：水密接插件充電接口，設(shè)置在外殼的外表面，與電源相連接，供電源充電。

本實(shí)用新型提供的全海深海洋裝備的定位與通信裝置，還具有這樣的特征：其中，電源采用非接觸的磁力開關(guān)進(jìn)行上電啟動(dòng)與關(guān)斷。

本實(shí)用新型提供的全海深海洋裝備的定位與通信裝置，還具有這樣的特征：其中，電源為可充電鋰電池。

本實(shí)用新型提供的全海深海洋裝備的定位與通信裝置，還具有這樣的，包括：外殼，為玻璃球體，裝載光敏傳感器、傾角傳感器、溫度傳感器、北斗定位與通信模塊、無線通信模塊、磁力開關(guān)、電源、主單元。

實(shí)用新型作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例所涉及全海深海洋裝備的定位與通信裝置，該裝置為獨(dú)立子系統(tǒng)，由可充電鋰電池單獨(dú)供電，不與所依附的全海深海洋裝備存在任何電氣上的連接，避免對(duì)全海深海洋裝備產(chǎn)生干擾，同時(shí)也避免了全海深海洋裝備主系統(tǒng)發(fā)生電源故障時(shí)影響本系統(tǒng)的工作；該裝置為簡單可靠系統(tǒng)，通過光敏傳感器、傾角傳感器和溫度傳感器的檢測，由低功耗主單元來對(duì)檢測信號(hào)進(jìn)行分析和判斷，就能準(zhǔn)確地確定全海深海洋裝備是否潛入水下還是浮出海面，而且光敏傳感器、傾角傳感器和溫度傳感器具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)；在全海深海洋裝備處于水下時(shí)北斗定位與通信模塊不工作且低功耗主單元也處于低功耗狀態(tài)，有效地減少電池能耗，可以滿足全海深海洋裝備的長時(shí)間下潛、上浮和海下作業(yè)需求。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型在實(shí)施例中的全海深海洋裝備的定位與通信裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型所涉及的全海深海洋裝備的定位與通信裝置作詳細(xì)的描述。

圖1是本實(shí)用新型在實(shí)施例中的全海深海洋裝備的定位與通信裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，一種全海深海洋裝備的定位與通信裝置，安裝在全海深海洋裝備上，與北斗導(dǎo)航衛(wèi)星通信，其特征在于，包括：外殼1、光敏開關(guān)電路2、傾角傳感器3、溫度傳感器4、北斗定位與通信模塊5、無線通信模塊6、電源7、水密接插件充電接口8、主單元9和磁力開關(guān)10。

外殼1為玻璃球體，通過緊固件固定在全海深海洋裝備的上頂部，保證玻璃罩部分能夠率先浮出海面。

光敏開關(guān)電路2安裝在殼體1的內(nèi)部，感知光的照度并發(fā)出高電平和低電平，具有：光敏傳感器2-1。

光敏傳感器2-1安裝在外殼1的內(nèi)頂部，利用玻璃球體的透光特性感知光的照度。光敏傳感器2-1采用光敏三極管，該光敏三極管和運(yùn)算放大器及電阻等組成光敏開關(guān)電路2，即有光照時(shí)輸出高電平，無光照時(shí)輸出低電平。

傾角傳感器3安裝在外殼內(nèi)部，感知全海深海洋裝備的傾角變化。當(dāng)裝置處于海面時(shí)，由于海浪作用，會(huì)引起設(shè)備在海面搖晃，進(jìn)而使傾角傳感器3檢測的縱傾角和橫傾角會(huì)在一定范圍內(nèi)不停的發(fā)生變化。

溫度傳感器4安裝在外殼內(nèi)部偏上方，感知全海深海洋裝備作業(yè)環(huán)境的溫度變化，起輔助檢測作用。當(dāng)裝置處于深水區(qū)時(shí)，溫度一般都在1.5℃到2℃之間，而水面溫度要遠(yuǎn)大于這個(gè)范圍。

北斗定位與通信模塊5安裝在外殼內(nèi)部，通過北斗天線5-1與北斗導(dǎo)航衛(wèi)星通信。通過北斗天線5-1安裝在外殼1的內(nèi)頂部。北斗定位與通信模塊5采用可實(shí)現(xiàn)RDSS雙向定位、短報(bào)文通信，以及RNSS/GPS定位和授時(shí)功能的雙模模塊。

無線通信模塊6安裝在外殼1內(nèi)部，對(duì)主單元9的參數(shù)進(jìn)行配置。無線通信模塊6實(shí)現(xiàn)主單元9與玻璃球體外的計(jì)算機(jī)進(jìn)行無線通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制裝置參數(shù)的無線配置，也減少了接插件的插拔次數(shù)。

電源7采用可充電鋰電池，設(shè)置在外殼1內(nèi)部，為光敏開關(guān)電路2、傾角傳感器3、溫度傳感器4、北斗定位與通信模塊5、無線通信模塊6和主單元9供電。電源7使用非接觸的磁力開關(guān)10，由玻璃球體之外的磁塊控制磁力開關(guān)10的吸合與斷開，從而實(shí)現(xiàn)非接觸方式控制整個(gè)系統(tǒng)的上電啟動(dòng)與關(guān)斷，減少了水密接插件的插拔次數(shù)。

由于磁力開關(guān)10和無線通信模塊6兩者都可以不通過接插件實(shí)現(xiàn)對(duì)本裝置的開關(guān)和參數(shù)配置，極大地減少了接插件的插拔損耗，提高了整個(gè)裝置的壽命和安全性，非常適用于全海深作業(yè)的海洋裝備。

水密接插件充電接口8設(shè)置在外殼1的外表面，與電源7相連接。可充電鋰電池7通過耐水下11000米級(jí)的水密接插件充電接口8完成電池模塊的充電。

主單元9采用低功耗主單元，安裝在外殼內(nèi)部，采集光敏傳感器2-1、傾角傳感器3、溫度傳感器4，控制北斗定位與通信模塊5、無線通信模塊6運(yùn)行。

主單元9采集光敏傳感器2-1、傾角傳感器3和溫度傳感器4的信號(hào)，來判斷全海深海洋裝備所處的工作狀態(tài)。

主單元9檢測這三個(gè)傳感器信號(hào)的優(yōu)先級(jí)順序依次為光敏傳感器2-1的信號(hào)、傾角傳感器3的信號(hào)和溫度傳感器4的信號(hào)，即光敏傳感器2-1的優(yōu)先級(jí)最高。

全海深海洋裝備是否浮出海面的判斷順序具體為：主單元9檢測光敏開關(guān)電路2輸出的電平信號(hào)，若檢測到高電平則為全海深海洋裝備浮于海面，而無需再判斷傾角傳感器3和溫度傳感器4的值，就可以啟動(dòng)北斗定位與通信模塊5；當(dāng)檢測到低電平時(shí)，考慮到存在黑天或陰雨天，光敏傳感器2-1沒起作用，不能確定是否處于海面或水下，主單元9需要利用檢測到的傾角傳感器3的值來進(jìn)一步判斷全海深海洋裝備是否浮于海面，若從角度變化判斷出設(shè)備已處于海面，則啟動(dòng)北斗定位與通信模塊5；否則，主單元9需要利用檢測到的溫度傳感器4的值來進(jìn)一步輔助判斷全海深海洋裝備是否浮于海面，若從溫度變化判斷出設(shè)備已處于海面，則啟動(dòng)北斗定位與通信模塊5。

同理，全海深海洋裝備是否處于水下的判斷順序?yàn)椋合扰袛喙饷糸_關(guān)的狀態(tài)，若主單元檢測到光敏開關(guān)電路2從高電平轉(zhuǎn)換為低電平，則可判斷全海深海洋裝備已處于水下，關(guān)閉北斗定位與通信模塊4；若光敏開關(guān)電路2始終為低電平，則需進(jìn)一步通過傾角傳感器3來判斷全海深海洋裝備是否處于水下，由于全海深海洋裝備在水下時(shí)角度傳感器3的角度變化通常遠(yuǎn)小于海面時(shí)的角度變化，當(dāng)角度變化明顯減小，且光敏傳開關(guān)電路2始終為低電平，則可關(guān)閉北斗定位與通信模塊5；若光敏開關(guān)電路2始終為低電平，且傾角傳感器3的角度變化沒有明顯變小，當(dāng)溫度傳感器4的溫度值位于1.5℃到2℃之間時(shí)，則可關(guān)閉北斗定位與通信模塊5。主單元9通過對(duì)光敏傳感器2-1、傾角傳感器3和溫度傳感器4檢測結(jié)果的判斷，來啟動(dòng)或關(guān)閉北斗定位與通信模塊5。

當(dāng)檢測出全海深海洋裝備浮出海面時(shí)，主單元9從低功耗狀態(tài)轉(zhuǎn)到正常工作模式，并啟動(dòng)處于關(guān)閉休眠的北斗定位與通信模塊5，通過RNSS/GPS模式進(jìn)行定位，RDSS模式將定位信息以短報(bào)文信息傳輸?shù)侥复蚩刂浦行?，從而使控制中心監(jiān)控人員獲知全海深海洋裝備浮出海面及其位置信息。

采用光敏傳感器2-1、傾角傳感器3和溫度傳感器4的組合來判斷全海深海洋裝備是否在海面和水下的好處是，這三種傳感器不但簡單、實(shí)用、可靠、低功耗，而且成本低、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)。

為了保證全海深海洋裝備浮出海面后其位置信息能夠被母船或控制中心及時(shí)、可靠獲知，母船或控制中心在接收到全海深海洋裝備浮出海面的位置信息后，也要通過RDSS模式的短報(bào)文進(jìn)行應(yīng)答。由于本裝置采用可充電鋰電池7供電，且作業(yè)時(shí)不可充電，因此降低能耗、延長整個(gè)裝置的工作時(shí)間。本裝置中RDSS報(bào)文信息發(fā)送的能耗最大，提出采用能量均衡意識(shí)定位信息發(fā)送機(jī)制，其基本方法是根據(jù)全海深海洋裝備位置的變化情況、當(dāng)前可充電鋰電池7剩余能量及母船與全海深海洋裝備之間的距離來自動(dòng)調(diào)整該裝置的短報(bào)文信息發(fā)送的頻度，其中該裝置向母船或控制中心發(fā)送的每個(gè)短報(bào)文信息不僅包括定位信息，還包括可充電鋰電池7剩余能量信息和當(dāng)前頻度等信息，具體為：當(dāng)全海深海洋裝備浮出水面時(shí)北斗定位與通信模塊5工作，本裝置與母船雙方通信無誤確認(rèn)2次后，本裝置進(jìn)入能量均衡意識(shí)定位信息發(fā)送工作模式：首先，判斷位置信息是否需要發(fā)送，判斷的依據(jù)是位置信息與上一次定位信息偏差是否大于100米，如果大于100米則認(rèn)為全海深海洋裝備移動(dòng)較大，此次獲得的信息是需要發(fā)送的；否則，認(rèn)為全海深海洋裝備移動(dòng)距離可忽略，此次獲得的信息無需發(fā)送，即上一次檢測到的位置信息可作為定位的有效信息，不必重新發(fā)送，節(jié)省了功耗；然后，根據(jù)可充電鋰電池7剩余能量的大小通過內(nèi)置于主單元8的軟件程序調(diào)整RDSS發(fā)送的間隔，即當(dāng)可充電鋰電池7剩余能耗較大時(shí)，需要發(fā)送的信息可以立即發(fā)送；否則，當(dāng)可充電鋰電池7剩余能量低于總量的50％時(shí)，將增大RDSS發(fā)送的定位信息的間隔，其中定位信息采取緩沖模式，新的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋先前沒有發(fā)送出去的數(shù)據(jù)，且可充電鋰電池7剩余能量越小發(fā)送時(shí)間間隔越大，也就是當(dāng)可充電鋰電池7剩余能量低于某閾值時(shí)，母船和指揮中心將根據(jù)母船與全海深海洋裝備的距離、母船的航速和天氣情況，通過母船和指揮中心向該裝置發(fā)送更改頻度設(shè)置信息請(qǐng)求，在線修訂短報(bào)文信息發(fā)送的頻度來進(jìn)一步減少可充電鋰電池7能量消耗，以保證在可充電鋰電池6電源耗盡前母船能夠成功找到全海深海洋裝備。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例所涉及全海深海洋裝備的定位與通信及方法，該裝置為獨(dú)立子系統(tǒng)，由可充電鋰電池單獨(dú)供電，不與所依附的全海深海洋裝備存在任何電氣上的連接，避免對(duì)全海深海洋裝備產(chǎn)生干擾，同時(shí)也避免了全海深海洋裝備主系統(tǒng)發(fā)生電源故障時(shí)影響本系統(tǒng)的工作；該裝置為簡單可靠系統(tǒng)，通過光敏傳感器、傾角傳感器和溫度傳感器的檢測，由低功耗主單元來對(duì)檢測信號(hào)進(jìn)行分析和判斷，就能準(zhǔn)確地確定全海深海洋裝備是否潛入水下還是浮出海面，而且光敏傳感器、傾角傳感器和溫度傳感器具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)；在全海深海洋裝備處于水下時(shí)北斗定位與通信模塊不工作且低功耗主單元也處于低功耗狀態(tài)，有效地減少電池能耗，可以滿足全海深海洋裝備的長時(shí)間下潛、上浮和海下作業(yè)需求。

上述實(shí)施方式為本實(shí)用新型的優(yōu)選案例，并不用來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。