多传感器海洋探测浮标集成技术设计
发布时间：2021-07-10 06:23
我国海洋资源丰富,海洋安全也变得日益重要,随着海洋探测浮标的出现,其在海洋安全维护中扮演越来越重要的角色。本文提出了一种融合多类传感器、可无线通信的海洋浮标,可以收集多种环境资料,用于目标探测,并且面向大数据量设计了无线通信系统,实现采集信息的传输,针对浮标的长时间工作,设计了可进行太阳能收集的电源管理系统。针对海洋目标探测的需求,进行了数据采集系统的硬件设计,集成了传感器控制电路、传感器前置放大电路、AD模块等。针对浮标数据的回收,设计了无线通信系统,主要由主控、无线唤醒、功率放大、SD卡、GPS等模块组成。针对太阳能收集以及浮标长时间的工作,设计了电源管理系统,硬件部分主要由太阳能采集、电池充电监测和电压转换等构成。根据浮标系统硬件方案,对数据采集系统进行软件设计,实现了各部分电路的初始化以及对声信号、磁信号和姿态数据等环境信息的准确采集,并配合无线通信系统实现数据交互。无线通信系统在软件层面进行了低功耗设计,包括通信策略和唤醒策略等。提出了电源管理策略,在电池当前电量和太阳能板的输出功率基础上,配合电压转换模块对采集模式进行调整,提高了浮标电子系统电源使用率。最后测试整个浮标的电...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小型波浪浮标[24]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3图1-1小型波浪浮标[24]截至到2007年，德州农工大学设计了多种TABS浮标。这些浮标现在被放置在墨西哥湾用于监测当地的海洋状况[25]。2008年克罗地亚的TomislavTomia设计了一款具有多种通讯方式的浮标，并且浮标搭载了太阳能收集板，可以为整个浮标系统供电，有效的解决了浮标系统的电量供应，让浮标系统的工作时间大大延长[26]。近年来，随着科学技术的发展，比如水下物联网[27]、无人飞行器(UAV)辅助的传感数据收集[28]、便携式耐用的电源等技术应用[29]，浮标向着更智能、体积小和集成度高的方向发展。法国国家海洋研究机构于2015年开发了COSTOF2多传感器海洋观测的智能解决方案，如图1-2所示。其拥有模块化和可靠的体系结构，同时增加了支持的传感器数量以及通信带宽，支持以太网传输，改善了带宽配置界面和同步精度。此外还增加了新功能，例如电压可调节的电源，数据链路配置功能和连接性的增强以支持几种不同类型的调制解调器。而且搭载Linux操作系统更好的执行探测任务[30]。图1-2COSTOF2浮标[30]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4意大利佛罗伦萨大学工业工程系在2019年开发了一种自动浮动浮标，如图1-3所示。这种自动移动浮标的主要功能之一是通过超短基线(USBL)定位水下目标，例如自主水下航行器(AUV)，并与它们进行通信；此外，可以为浮标装备传感器或其他设备，例如用于检测海底的照相机[31]。对服务质量的需求不断提高的水下传感器网络中进行环境监测[32]。图1-3自动浮动浮标[31]1.2.2国内海洋浮标研究现状海洋浮标技术研究在我国的发展相对落后于其他海洋强国，但是经过不断的摸索与实验，已经做到某些方面的追赶。1966年，我国成功设计了第一台浮标H23，浮标为艇式结构，可以测量多种海洋信息。1989年的FZS1-1让我国小型资料浮标的缺失得以补足，标志着我国已经成功进入到小型浮标设计领域，弥补了我国的技术空白，我国的浮标技术取得了进步[33]。近些年来，许多高校和科研机构积极参与海洋技术研究，尤其是浮标技术的研究。2004年，国家海洋技术中心设计了一种小型多类海洋环境信息监测浮标，如图1-4所示，浮标可以连续在海上工作长达24个月，每天8次的数据通信，采用卫星通信定时发送，全年数据平均有效接收率不小于96%[34]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于浮标监测的连云港近海紫菜养殖区水环境特征[J]. 吴亚楠,李昱蓉,卢霞,孙美萍,卢高丽. 海洋开发与管理. 2020(04)
[2]当代国际海洋法律秩序的变革与中国方案——基于“海洋命运共同体”理念的思考[J]. 程时辉. 湖北大学学报(哲学社会科学版). 2020(02)
[3]新兴国家参与全球海洋安全治理的贡献和不足[J]. 葛红亮. 战略决策研究. 2020(01)
[4]南中国海“G-Argo”声学浮标目标探测能力分析[J]. 王超,孙芹东,张林,张文清,田德艳. 应用声学. 2019(06)
[5]基于能量收集的海洋浮标无线传感节点设计[J]. 胡凯,陈志栋. 物联网技术. 2019(10)
[6]海洋资料浮标声学特征采集系统设计[J]. 王麟煜,黄海宁,郑恩明,陈新华. 声学技术. 2019(05)
[7]我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J]. 王军成,厉运周. 山东科学. 2019(05)
[8]国内外海上多功能浮标发展探讨[J]. 张淑静,吕聪俐,马敏. 中国海事. 2019(09)
[9]国外航空声呐浮标发展综述[J]. 鲜勇,鲁宏捷,李佳庆. 电光与控制. 2019(08)
[10]基于快速正交搜索算法的被动声纳浮标目标方位估计[J]. 吴双,刘珏,刘本奇. 舰船电子工程. 2019(01)
硕士论文
[1]基于ESP32的野外探险多功能信息传递系统[D]. 胡元.华中师范大学 2019
[2]面向抢险救灾的无线自组网通信/监控系统研究[D]. 毕研涛.南京航空航天大学 2019
本文编号：3275371
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小型波浪浮标[24]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3图1-1小型波浪浮标[24]截至到2007年，德州农工大学设计了多种TABS浮标。这些浮标现在被放置在墨西哥湾用于监测当地的海洋状况[25]。2008年克罗地亚的TomislavTomia设计了一款具有多种通讯方式的浮标，并且浮标搭载了太阳能收集板，可以为整个浮标系统供电，有效的解决了浮标系统的电量供应，让浮标系统的工作时间大大延长[26]。近年来，随着科学技术的发展，比如水下物联网[27]、无人飞行器(UAV)辅助的传感数据收集[28]、便携式耐用的电源等技术应用[29]，浮标向着更智能、体积小和集成度高的方向发展。法国国家海洋研究机构于2015年开发了COSTOF2多传感器海洋观测的智能解决方案，如图1-2所示。其拥有模块化和可靠的体系结构，同时增加了支持的传感器数量以及通信带宽，支持以太网传输，改善了带宽配置界面和同步精度。此外还增加了新功能，例如电压可调节的电源，数据链路配置功能和连接性的增强以支持几种不同类型的调制解调器。而且搭载Linux操作系统更好的执行探测任务[30]。图1-2COSTOF2浮标[30]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4意大利佛罗伦萨大学工业工程系在2019年开发了一种自动浮动浮标，如图1-3所示。这种自动移动浮标的主要功能之一是通过超短基线(USBL)定位水下目标，例如自主水下航行器(AUV)，并与它们进行通信；此外，可以为浮标装备传感器或其他设备，例如用于检测海底的照相机[31]。对服务质量的需求不断提高的水下传感器网络中进行环境监测[32]。图1-3自动浮动浮标[31]1.2.2国内海洋浮标研究现状海洋浮标技术研究在我国的发展相对落后于其他海洋强国，但是经过不断的摸索与实验，已经做到某些方面的追赶。1966年，我国成功设计了第一台浮标H23，浮标为艇式结构，可以测量多种海洋信息。1989年的FZS1-1让我国小型资料浮标的缺失得以补足，标志着我国已经成功进入到小型浮标设计领域，弥补了我国的技术空白，我国的浮标技术取得了进步[33]。近些年来，许多高校和科研机构积极参与海洋技术研究，尤其是浮标技术的研究。2004年，国家海洋技术中心设计了一种小型多类海洋环境信息监测浮标，如图1-4所示，浮标可以连续在海上工作长达24个月，每天8次的数据通信，采用卫星通信定时发送，全年数据平均有效接收率不小于96%[34]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于浮标监测的连云港近海紫菜养殖区水环境特征[J]. 吴亚楠,李昱蓉,卢霞,孙美萍,卢高丽. 海洋开发与管理. 2020(04)
[2]当代国际海洋法律秩序的变革与中国方案——基于“海洋命运共同体”理念的思考[J]. 程时辉. 湖北大学学报(哲学社会科学版). 2020(02)
[3]新兴国家参与全球海洋安全治理的贡献和不足[J]. 葛红亮. 战略决策研究. 2020(01)
[4]南中国海“G-Argo”声学浮标目标探测能力分析[J]. 王超,孙芹东,张林,张文清,田德艳. 应用声学. 2019(06)
[5]基于能量收集的海洋浮标无线传感节点设计[J]. 胡凯,陈志栋. 物联网技术. 2019(10)
[6]海洋资料浮标声学特征采集系统设计[J]. 王麟煜,黄海宁,郑恩明,陈新华. 声学技术. 2019(05)
[7]我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J]. 王军成,厉运周. 山东科学. 2019(05)
[8]国内外海上多功能浮标发展探讨[J]. 张淑静,吕聪俐,马敏. 中国海事. 2019(09)
[9]国外航空声呐浮标发展综述[J]. 鲜勇,鲁宏捷,李佳庆. 电光与控制. 2019(08)
[10]基于快速正交搜索算法的被动声纳浮标目标方位估计[J]. 吴双,刘珏,刘本奇. 舰船电子工程. 2019(01)
硕士论文
[1]基于ESP32的野外探险多功能信息传递系统[D]. 胡元.华中师范大学 2019
[2]面向抢险救灾的无线自组网通信/监控系统研究[D]. 毕研涛.南京航空航天大学 2019
本文编号：3275371
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