基于新一代Argos卫星系统的表面漂流浮标设计

介绍了改进的表面漂流浮标的功能、组成和设计过程。该浮标加装了Argos卫星收发器和GPS模块,相比目前的表面漂流浮标,该浮标具有数据传输有效性高,功耗低,采集数据量大,可双向通信等特点。浮标在布放后可通过网络申请对浮标参数进行设置,再由卫星将设置参数发送给浮标;浮标利用GPS模块对其直接定位,且定位精度显著提高。浮标测量的数据可服务于水产养殖、环境保护和生态治理、气象和海洋监测预报、军事监测等多个领域。

海洋湍流观测技术

湍流在海洋能量和水体的交换演化中起着非常重要的作用。海洋湍流研究的发展和海洋湍流观测仪器的研发密切相关。世界上湍流观测仪器的研发起步于上世纪50年代,但是我国在湍流观测设备方面到目前为止仅仅处于起步和引进国外设备阶段。针对我国的情况,文中对海洋湍流观测的平台、探头测量原理及其数据修正、资料后处理等关键技术做一个总结性的介绍,为我国使用引进的海洋湍流设备和自主开发海洋湍流测量设备提供参考。

西风带海洋环境观测技术研究

南大洋海况常年较恶劣,导致现场观测资料匮乏。中国首套南大洋西风带环境观测浮标于2019年1月1日布放在新西兰东南近53°S海域,现场实时观测并传输风向、风速、气温、气压、相对湿度、海表层温盐、海流、波浪等数据资料。该套锚定浮标也是我国首次布放超过4500m水深的极端环境观测浮标系统。布放运行结果表明,我国已具备研发极端环境海洋资料浮标的技术基础和深海浮标布放作业经验,研发的西风带环境观测浮标可长期运行在南大洋西风带海域,进行长期海上水文气象和动力环境参数观测。

MICROTOPS II手持式太阳光度计海上测量关键技术

海上的大气参数是卫星遥感器进行大气校正所需的重要参数 ,而手持式太阳光度计的现场测量精度又是能否准确地获得大气参数的重要环节 ,此环节将直接影响大气参数后期数据处理的准确性与可靠性。文章以 MI-CROTOPS II仪器在 2 0 0 2年 6月 HY- 1南海海上试验与 2 0 0 4年 3月天津试验的测量数据为基础 ,针对影响海上测量的一些重要因素与关键技术进行讨论和研究。

基于漂流浮标的南大洋卫星高度计有效波高研究

随着技术的进步和数据处理方法的完善,经过修正的卫星高度计数据已获得普遍认可。但在南大洋缺少波浪现场数据,卫星高度计在极端恶劣气候条件下获得数据的准确度仍受到一定程度的质疑。中国于2020年第36次南极考察中,在南大洋布放了一套感应耦合漂流浮标,可提供可靠的南大洋现场波浪数据。本文利用该漂流浮标2020年1月27日至9月29日共246天的有效波高数据与7颗卫星的高度计资料进行对比,研究了空间窗口的选取对卫星高度计与浮标数据比较的影响。选定了30 min、160 km的时空窗口,对两种波高数据进行了对比,两者具有较高的一致性,但存在一定的差异。最终得出了经过其他海域现场波浪数据修正的卫星高度计资料,不一定能准确刻画南大洋有效波高特征,需要更多的现场资料进行再次修正的结论。

剪切湍流数据处理技术

湍流在海洋能量和水体的交换演化中起着非常重要的作用。海洋湍流研究的发展和海洋湍流观测仪器的研发密切相关。世界上湍流观测仪器的研发起步于20世纪50年代,但是我国在湍流观测设备方面到目前为止仅仅处于起步和引进国外设备阶段。针对我国的情况,利用DSP技术设计电路,并通过电路对剪切湍流数据进行处理。用ALEC公司生产的湍流剖面仪测量的数据分别通过其公司自带软件和电路处理的结果进行对比,结果吻合较好。文中提供的方法解决了湍流数据量较大不利于远程数据传输的问题,为大面积长期的湍流观测提供了可能。

波浪浮标数据比测评估

海浪是我国海洋环境业务化观测要素之一,也是海洋预报的重要参数之一,波浪观测仪器对海浪长期、稳定、准确的观测直接影响了科学研究和海洋海岸工程设计的科学性和合理性。为此,波浪观测仪器需进行室内实验室测试和室外海上测试,但目前进入业务化系统的波浪观测仪器一般只进行了实验室计量检定,缺乏现场测试评价。现阶段,用于波浪观测的主要仪器为重力式波浪浮标,为进一步检验重力式测波浮标的稳定性、可靠性,验证波浪数据的有效性、准确性,本文设计了实验室和海上比测试验,分析对比了国内外几种主流测波浮标的观测结果,总体来看,山东省科学院海洋仪器仪表研究所的SBF3-2型波浪浮标和国家海洋技术中心的SBF6-1型波浪浮标观测效果最好,准确性较高,稳定性较强。

海洋型光伏充放电控制器的设计研究

随着海洋事业的兴起,太阳能成为海洋装备、海洋长期定点作业和观测平台能源补给的重要来源。目前太阳能充放电控制产品种类较多,但仍普遍存在功能单一、应用范围小等缺陷,不能满足太阳能供电系统多样性的需求。针对太阳能供电系统多种多样,蓄电池组的组成不同,从而充电启动电压、充电上限电压、放电下限电压也不同以及输出多路适应不同供电能力的负载等问题,设计了一种海洋型光伏充放电控制器。一种光伏充放电控制器可满足不同光伏供电系统的需求,可提供多路不同供电能力的负载端,满足不同设备的供电需求。

用于海上油膜厚度测量的激光光强调节装置设计

针对海上溢油油膜厚度测量浮标在实际海试过程中出现的海水浊度影响测量结果的情况,设计开发了适用于差分激光三角法油膜厚度测量的激光光强调节装置.该装置的设计指标为调节时间小于400 ms,超调量小于10%,可应用于浊度0～100 NTU的水中.首先基于单色光束在不同浊度水中传播的衰减规律,建立了差分激光三角法油膜厚度测量系统的控制模型.然后为了保证在不同浊度的海水中电荷耦合元件(CCD)接收到的光强保持稳定,提出了一种基于比例积分校正的鲁棒激光光强调节器设计方法.该方法利用根轨迹根增益与复平面上点实部、虚部的关系来选择调节器的增益,并利用积分环节使得稳态误差为零.最后进行了仿真实验和标准浊度液中的实验.仿真实验表明:在不同光强衰减率下激光光强调节装置都能使CCD接收到的光强保持稳定,且超调量、调节时间等指标都能满足设计要求.在不同标准浊度液中进行的测量实验表明,CCD成像质量较好且未随浊度改变而发生明显变化,证明了该激光光强调节装置的有效性.

锚泊式海上试验平台设计

海上试验是海洋仪器设备研发过程中不可或缺的重要环节,海上固定试验平台为海洋仪器设备开展定点、连续、长时间的海上试验提供了理想的条件.本文介绍了一种锚泊式海上试验平台设计和总体构成,在平台功能方面充分考虑了各类海洋仪器设备海上试验的需求,设计了实验室、试验机位、试验月池、多种吊机、升降系统、供电系统、安保系统等.平台已完成了制造和海上现场布放,开展了试运行,进行了多个海洋仪器设备海上试验,其功能得到了验证.

海水折射率对差分激光三角法油膜厚度测量精度的影响

针对海水折射率变化引起差分激光三角法溢油油膜厚度测量系统结果误差增大的问题,理论分析了海水折射率变化对厚度测量值的影响机理,研究了折射率变化与测量结果误差大小的关系。提出了基于二维曲面拟合的误差补偿方法。该方法通过采集不同厚度、不同折射率下的厚度测量值,利用二次多项式曲面拟合建立测量误差、厚度测量值和折射率之间的函数关系,根据测量值和折射率值,就可得到误差补偿值,进而实现对测量结果的补偿。通过对不同折射率、不同厚度陶瓷量块的补偿实验,结果表明补偿后的厚度测量值更接近真值,测量结果的误差显著降低。