试论北斗卫星导航系统在海洋浮标中的应用

舒之兵，陈 铭，赵 毅

（中国船舶重工集团公司第七二二研究所，武汉 430079）

为了可以充分实现探索海洋环境与变化的目标，就需要全面做好海洋浮标中各个环节的准备工作。而北斗卫星导航系统是我国自主研发的一种卫星导航系统，而将其实际应用在海洋浮标中时，根据依托北斗二代卫星导航系统的定位和短信通信功能，分别实现浮标位置定位和数据传送，将北斗定位与GPS定位相结合以弥补位置数据丢失、错误等问题，所以为了更好的将北斗卫星导航系统应用在海洋浮标中，就需要针对实际应用而展开分析与研究。

1 北斗卫星导航系统的特点分析

中国的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS），是目前我国自主研发的全球卫星导航系统，同时其也是继美国的GPS与俄罗斯的GLONASS之外第三个成熟的卫星导航系统。这一研究不仅是我国科技方面的进步，同时对于我国经济的发展而言也有着一定程度上的推动作用。在实际应用北斗卫星导航系统时，其可以准确测定流动监测点的地理位置和大地坐标，在信息处理中心配合数字电子地图可获得更加准确的监测和预报产品；将海洋浮标传感器监测到的原始数据，按照一定的数据格式进行自动压缩、打包；自动定时将压缩后的监测数据传送回监测信息中心，完成监测数据近实时传输任务；按照信息中心的要求，向海洋浮标传感器传输指令，完成指定监测类型数据、指定监测频度的数据监测，并实时将监测数据传输回信息处理中心；完成有人海洋浮标与信息处理中心之间的、海洋浮标与海洋浮标间的点对点广域短消息双向通信，加强海洋浮标通信能力和应急通信保障能力；提供信息处理中心对所有有人值守海洋浮标的一点对多点数据短消息广播功能，加强上级机关对所属海洋浮标的控制和管理能力，提高应急通信保障能力；利用太阳能电池等技术，提高海洋浮标的使用寿命[1]。

2 北斗卫星导航系统在海洋浮标中的实际应用

浮标主要是指用于建立全球海洋观测网的一种专用测量设备。当浮标被海洋科学工作者投放在海洋中的某个区域后，根据上述工作原理，它会自动潜入2000米深处的等密度层上，随深层海流保持中性漂浮，到达预定时间（约10天）后，它又会自动上浮，并在上升过程中利用自身携带的各种传感器进行连续剖面测量。当浮标到达海面后，通过定位与数据传输卫星系统自动将测量数据传送到卫星地面接收站，经信号转换处理后发送给浮标拥有者。浮标在海面的停留时间约需6-12小时，当全部测量数据传输完毕后，浮标会再次自动下沉到预定深度，重新开始下一个循环过程。通过研究浮标的结构和应用特点，利用北斗替代的通信系统，就能够形成我国自己的专用浮标。在浮标上使用北斗，其通信天线可选择鞭状天线或小型化平面微带天线。选择这两种天线的主要因素包括：第一其可以有效减小天线的表面积，以减少标体潜入水中时，由于过大的压力而破坏天线外壳而造成天线失效；第二在标体浮出水面时，可以使天线部分更高的离开水面，以提高对星通信可靠性。第三具有体积小、重量轻的特点。有利于做到小型化，减少标体的载重。

对于使用的鞭状天线，为了满足其使用环境的要求，还要对其结构进行包括结构强度和抗压设计方面的改进。由于潜标最大会潜入水下2000米的深度，对于天线腔体的压强将达到19～22MPa之间。如果不经加强处理，将会使整个天线腔体压碎。为了适应如此大的压力，首先外壳采用加玻璃纤维强化的聚碳酸酯材料，该材料具有非常好的刚度，环境适应性好，抗老化能力强。其次对于天线腔体内部，要进行灌胶处理，在腔体内部进行灌胶，可以使壳体在有限的变形范围内，借助腔体内部的胶体体积压缩产生的压力，使腔体内外的压力达到平衡，从而保护天线的非金属罩不会被压坏，达到有效地保护天线的目的。天线表面的防寄生浮游生物和防止海水产生的电化学腐蚀对金属结构件的影响，因此对于天线表面需使用潜艇或舰船的涂料以达到理想的防护效果。天线自身、天线与浮标标体之间的固定和防水问题：由于浮标会长时间潜入到水下的特点，所以防水问题将是一个非常突出的问题。对于天线自身防水问题，由于天线腔体内部采用灌封的处理，已经达到了防水要求；天线与浮标之间采用螺纹连接，压紧密封胶垫的方式来达到防止海水通过连接处进入浮标的腔体内或天线内部的效果[2]。

3 结束语

综上所述，通过上述对北斗微型导航系统应用在海洋浮标的分析可以得知，当其实际应用在海洋浮标中时，其可以更好的为海洋浮标起到卫星引导与定位工作，当海洋浮标在收集海洋环境资料时还可以为其提供一定程度上的导向作用，从而确保海洋浮标所收集到的数据更加准确，为我国海洋事业以及海洋探测等方面提供良好的推动作用。