国产新型实时传输潜标可监控我领海外国潜艇[转帖]

摘自 鼎盛王朝   gxws  2005-12-0109:23http://top1.jschina.com.cn/bbs/ccb/index.cgi
http://jczs.sina.com.cn 2005年12月01日 08:47 科技日报

　　10月的厦门，风和日丽，潮湿的空气弥漫着懒散的味道。然而，在厦门大学旁的工厂仓库里，十几个科研人员却忙活得热火朝天。

　　大家分工有序，调试、上漆、计算……一个类似鱼雷的“大家伙”横亘其中：3米见长，流线型的外观，深红色的防腐漆还没有完全干透，中间露出5个子弹头似的蓝黑色装置。


　　它，就是新型的实时传输潜标系统，研究人员喜欢称它为“九头鸟”。作为“863”海洋监测技术主题的重点课题之一，它是由中国船舶重工集团公司第710研究所联合国家海洋中心共同研制的。

　　实时传输潜标系统与传统潜标系统相比，具有更强的应变能力，能够通过水面卫星浮标，将水下测量信息实时传输给岸站。目前，工作人员正在为实时传输潜标进入福建示范区深海运行做最后准备。

　　为了不打扰他们的工作，记者“见缝插针”地进行了采访。

　　变“聪明”：“九头鸟”智能补充

　　传说中的九头鸟，砍掉一个脑袋，又会迅速生出一个脑袋。潜标要想实时传送数据，必须要在海面长出个脑袋———通讯浮标。

　　然而一个“脑袋”怎么能经受得住汹涌的海洋长时间的肆虐和渔民的好奇探访呢？传统浮标损坏，往往很难自动修复，而实时传输潜标却多长了5个“脑袋”———备用浮标。它可以像“九头鸟”一样，在前一个“脑袋”失灵后自动长出一个“新脑袋”。

　　海面上的水面浮标，如果在工作过程中由于人为或自然原因遭受破坏后，数据传输控制系统检测到卫星通讯系统失效，就会适时控制下一个通讯浮标释放，并将损坏浮标的电缆释放掉，保证系统继续正常工作。

　　“如果第2个也坏了，第3个备用浮标就会自动顶替……依此类推，整个补充替换过程可连续5次，直到所有的备用通讯浮标全部释放完毕。这样就能保证在很长的一段时间内将观测数据实时传送回来。”张云海向记者介绍。

　　那么，茫茫大海，如何完成智能检测释放工作？

　　“我们设计了一套切割释放装置”，张云海解释说，“浮标释放由控制中心根据实际情况分析判断后，按释放程序或按接收到的卫星指令进行控制。无论是哪种方式，释放控制机构的动作是完全一样的，即当控制中心接通气动刀的点火具电源，瞬间产生高压燃气，快速推动气动刀，将前一个已损坏的水面浮标电缆切断，同时又将下一个水面浮标的齿形扣解制，这样，备用浮标就得到释放并上浮。”

　　经水库和长江试验表明，浮标的智能控制释放、电缆展开、浮标在流场中的稳定等都达到使用要求。

　　变“及时”：12小时实时传输

　　早在20世纪80年代，国外就开发使用了自容式潜标系统，并广泛应用于海洋科学研究、水下工程前期调查、海洋军事等领域。

　　但自容式潜标系统存在很大缺陷：在测量期间所得到的原始数据和信息是贮存在测量设备或潜标专用记录仪器中，人们要想获取这些资料，只能在潜标回收后进行读取，因此，测量数据的连续性、时效性不强，一旦潜标丢失或回收失败，就将一无所获。

　　实时传输潜标系统正弥补其不足，可以成功地完成数据测量及实时传输。搭载的测量传感器按程序控制要求进行测量。每天0时和12时，传输控制中心定时将各仪器的测量数据及主浮体深度数据采集存入内记模块，同时检测水面通信浮标的状态。若主浮体当前水深未超过极限深度，且水面浮标通信系统状态完好，传输控制中心从内记中读取数据，进行处理，将12小时内所有测量数据通过一根很细的高强度Kevlar电缆传输到水面浮标通信控制系统，再经海事卫星传输到岸站数据接收系统。

　　传输控制中心负责人高级工程师邓国新补充说，传输控制中心既可以传送当前的实时数据，也可以一次性传送前几个月的历史数据。假如一次需要传送的数据容量过大，就会按时序进行打包，在尽可能短的时限内传送更多的数据量。

变“坚强”：姿态稳定超强抗流

　　海洋气候，千变万化，这只“九头鸟”能否承受住狂风巨浪？记者不禁产生了疑问：“这个系统究竟有多稳定？”

　　“能包容世界上所有海洋的流速。”张云海显然很自信。他说，在研制过程中，解决
浮标的稳定性、抗流性是一个关键问题。

　　由于在军事海洋专业技术领域具有优势，中船重工710所的工作人员根据海洋监测的技术需求，他们借鉴并发展了水中系留平台的技术关键，从而保证潜标系统在流场的姿态稳定。

　　“该方案的优势在于迎流阻力小，在海流中姿态稳定且容易控制，可为水面通讯浮标的正常工作提供稳定的环境。同时，对布置多套水面通讯浮标十分有利。除了结构上有所突破，壳体材料为强重比高的防锈铝，价格适中，抗腐蚀和工艺性能好。”他说，经过高速拖曳水池流体动力测试及长江抗流拖曳试验，本方案采用的主浮体在4kn流下姿态稳定且阻力较小，工作正常。

　　变“灵敏”：海洋环境全面监测

　　“为了提高本系统对海洋动力环境的全面监测能力，该系统装载了ADCP、温度链、深度传感器等海洋测量仪器设备，这样就可以实现海流剖面参数、温度剖面参数和盐温深流测量的数据实时传输技术。”国家海洋技术中心浮标技术研究室副主任张选明教授接着说。

　　据他介绍，中船重工710所和国家海洋技术中心充分发挥各自所长，走了一条自主创新和技术引进相结合的道路。例如配置在1000米处系留索上的直读式盐温深流测量仪，就是由国家海洋技术中心在安德拉公司RCM9的技术基础上进行研制。研制数据实时输出电路软硬件，盐温深流等测量数据一方面通过RS-232串口实时输出，同时在仪器内部自容存储。

　　此外，该研究课题还在自动定深锚泊、系留及回收技术、岸基及船载等设备研究中有所创新。

　　“以后会越变越好”

　　去年4月、7月，实时传输潜标系统进行了工程样机综合调试和清江模拟试验。经清江水库试验表明：实时传输潜标系统各部分接口匹配，相互间无干扰，能保证在无人值守的情况下长期工作；传输控制中心可以根据设定程序，精确控制水面浮标动作，水面浮标能在释放机构动作的情况，自行浮出水面，浮标系留兼通讯电缆满足通讯及抗流使用要求；主浮体外形及结构设计效率高。系留稳定，抗流能力强；自主开发的数据采集、传输控制、驱动模块经过5个月实验室连续工作考核性能稳定、可靠；潜标的自动定深布放技术可适应海上快速准确布放要求。

　　谈到实时传输技术下一步的发展设想，张云海告诉记者，他们将依托已有的技术设备优势，利用863计划“十五”滚动开发资金做好“新型实时传输潜标”技术研究，在一年时间完成可搭载水听器、水下声学通讯实时传输潜标系统研制，并且使搭载设备仪器具有更大的通用性和互换性。

　　“也就是说，做一个标准的接口，只要设计与接口吻合，所有仪器设备都可以搭载集成。”他说。

　　-数字863

　　实时传输潜标

　　主浮体耐压强度4.5MPa，主浮体直径φ0.65m，长度约3.76m。满载质量590kg，海水中设计正浮力4530N，迎流阻力系数为0.12—0.20，在提供相同的净浮力的情况下，比球体或直立圆柱体水下迎流阻力系数小80%。在4节流场的姿态稳定，且容易控制。

　　系统可搭载ADCP、CTDC海流计、温度链等海洋测量设备，最大使用海域水深4000m，可观测0—200m范围海流剖面、水下100m—200m温度剖面和水下200m—1000m定点温、盐、深、流等多种深海流体动力参数，具有将测量数据通过卫星通讯浮标实时传输到岸站的功能。

　　75kHzADCP：主浮体以上海深分层剖面测流，13层，每层20m。

　　RCM9海流计：主浮体以下800m海深定点测量流速、温度、盐度及深度。

　　温度链：主浮体以上100m海深分5层测量，每层20m。

　　深度传感器：3个，测量主浮体、温度链浮球及海流计深度。

　　设备、仪器测量周期：1小时。卫星通讯间隔：12小时。

　　水下服役期210天，在服役期内具备与卫星通讯传输能力，具有大于210天原始测量数据的存储能力。

　　目前正在福建进行示范运行的实时传输潜标系统测量的具体“分工”是：利用装载于主浮体上的75kHzADCP测量主浮体到海面之间的海流剖面；利用主浮体放出的温度链测量主浮体以上100米水深的温度剖面；利用配置在系留索上的盐温深流测量仪，测量水深1000米的盐温深流参数，然后采用先进的感应耦合技术进行数据实时传送。

　　课题组组织申报国内专利9项，目前全部取得专利受理号。

　　-链接

　　实时传输潜标系统

　　潜标是发达国家用以获取海洋环境资料的主要技术装备之一。据报道美国潜标系统所获取的海洋环境资料占其全部海洋资料的三成以上。

　　实时传输潜标可根据用户的需要，搭载不同的海洋环境监测设备和仪器，体现多元化的海洋科学研究、军事研究、环境研究的价值和能力，最大限度的发挥经济、社会、军事效益。

　　系统工作原理

　　潜标系统布放入水，释放第一个水面通讯浮标，到达设定水深时接通电源上电工作，进入系统工作流程，浮标到达水面后处于传输工作状态，系统搭载的仪器设备每小时工作一次，水面通讯浮标每隔12小时将水下测量信息传输给卫星，并经卫星传输到岸站。潜标系统工作完成后，利用水声信号打开声应答释放器，使潜标系统上浮，实现回收。摘自 鼎盛王朝   gxws  2005-12-0109:23http://top1.jschina.com.cn/bbs/ccb/index.cgi
http://jczs.sina.com.cn 2005年12月01日 08:47 科技日报

　　10月的厦门，风和日丽，潮湿的空气弥漫着懒散的味道。然而，在厦门大学旁的工厂仓库里，十几个科研人员却忙活得热火朝天。

　　大家分工有序，调试、上漆、计算……一个类似鱼雷的“大家伙”横亘其中：3米见长，流线型的外观，深红色的防腐漆还没有完全干透，中间露出5个子弹头似的蓝黑色装置。


　　它，就是新型的实时传输潜标系统，研究人员喜欢称它为“九头鸟”。作为“863”海洋监测技术主题的重点课题之一，它是由中国船舶重工集团公司第710研究所联合国家海洋中心共同研制的。

　　实时传输潜标系统与传统潜标系统相比，具有更强的应变能力，能够通过水面卫星浮标，将水下测量信息实时传输给岸站。目前，工作人员正在为实时传输潜标进入福建示范区深海运行做最后准备。

　　为了不打扰他们的工作，记者“见缝插针”地进行了采访。

　　变“聪明”：“九头鸟”智能补充

　　传说中的九头鸟，砍掉一个脑袋，又会迅速生出一个脑袋。潜标要想实时传送数据，必须要在海面长出个脑袋———通讯浮标。

　　然而一个“脑袋”怎么能经受得住汹涌的海洋长时间的肆虐和渔民的好奇探访呢？传统浮标损坏，往往很难自动修复，而实时传输潜标却多长了5个“脑袋”———备用浮标。它可以像“九头鸟”一样，在前一个“脑袋”失灵后自动长出一个“新脑袋”。

　　海面上的水面浮标，如果在工作过程中由于人为或自然原因遭受破坏后，数据传输控制系统检测到卫星通讯系统失效，就会适时控制下一个通讯浮标释放，并将损坏浮标的电缆释放掉，保证系统继续正常工作。

　　“如果第2个也坏了，第3个备用浮标就会自动顶替……依此类推，整个补充替换过程可连续5次，直到所有的备用通讯浮标全部释放完毕。这样就能保证在很长的一段时间内将观测数据实时传送回来。”张云海向记者介绍。

　　那么，茫茫大海，如何完成智能检测释放工作？

　　“我们设计了一套切割释放装置”，张云海解释说，“浮标释放由控制中心根据实际情况分析判断后，按释放程序或按接收到的卫星指令进行控制。无论是哪种方式，释放控制机构的动作是完全一样的，即当控制中心接通气动刀的点火具电源，瞬间产生高压燃气，快速推动气动刀，将前一个已损坏的水面浮标电缆切断，同时又将下一个水面浮标的齿形扣解制，这样，备用浮标就得到释放并上浮。”

　　经水库和长江试验表明，浮标的智能控制释放、电缆展开、浮标在流场中的稳定等都达到使用要求。

　　变“及时”：12小时实时传输

　　早在20世纪80年代，国外就开发使用了自容式潜标系统，并广泛应用于海洋科学研究、水下工程前期调查、海洋军事等领域。

　　但自容式潜标系统存在很大缺陷：在测量期间所得到的原始数据和信息是贮存在测量设备或潜标专用记录仪器中，人们要想获取这些资料，只能在潜标回收后进行读取，因此，测量数据的连续性、时效性不强，一旦潜标丢失或回收失败，就将一无所获。

　　实时传输潜标系统正弥补其不足，可以成功地完成数据测量及实时传输。搭载的测量传感器按程序控制要求进行测量。每天0时和12时，传输控制中心定时将各仪器的测量数据及主浮体深度数据采集存入内记模块，同时检测水面通信浮标的状态。若主浮体当前水深未超过极限深度，且水面浮标通信系统状态完好，传输控制中心从内记中读取数据，进行处理，将12小时内所有测量数据通过一根很细的高强度Kevlar电缆传输到水面浮标通信控制系统，再经海事卫星传输到岸站数据接收系统。

　　传输控制中心负责人高级工程师邓国新补充说，传输控制中心既可以传送当前的实时数据，也可以一次性传送前几个月的历史数据。假如一次需要传送的数据容量过大，就会按时序进行打包，在尽可能短的时限内传送更多的数据量。

变“坚强”：姿态稳定超强抗流

　　海洋气候，千变万化，这只“九头鸟”能否承受住狂风巨浪？记者不禁产生了疑问：“这个系统究竟有多稳定？”

　　“能包容世界上所有海洋的流速。”张云海显然很自信。他说，在研制过程中，解决
浮标的稳定性、抗流性是一个关键问题。

　　由于在军事海洋专业技术领域具有优势，中船重工710所的工作人员根据海洋监测的技术需求，他们借鉴并发展了水中系留平台的技术关键，从而保证潜标系统在流场的姿态稳定。

　　“该方案的优势在于迎流阻力小，在海流中姿态稳定且容易控制，可为水面通讯浮标的正常工作提供稳定的环境。同时，对布置多套水面通讯浮标十分有利。除了结构上有所突破，壳体材料为强重比高的防锈铝，价格适中，抗腐蚀和工艺性能好。”他说，经过高速拖曳水池流体动力测试及长江抗流拖曳试验，本方案采用的主浮体在4kn流下姿态稳定且阻力较小，工作正常。

　　变“灵敏”：海洋环境全面监测

　　“为了提高本系统对海洋动力环境的全面监测能力，该系统装载了ADCP、温度链、深度传感器等海洋测量仪器设备，这样就可以实现海流剖面参数、温度剖面参数和盐温深流测量的数据实时传输技术。”国家海洋技术中心浮标技术研究室副主任张选明教授接着说。

　　据他介绍，中船重工710所和国家海洋技术中心充分发挥各自所长，走了一条自主创新和技术引进相结合的道路。例如配置在1000米处系留索上的直读式盐温深流测量仪，就是由国家海洋技术中心在安德拉公司RCM9的技术基础上进行研制。研制数据实时输出电路软硬件，盐温深流等测量数据一方面通过RS-232串口实时输出，同时在仪器内部自容存储。

　　此外，该研究课题还在自动定深锚泊、系留及回收技术、岸基及船载等设备研究中有所创新。

　　“以后会越变越好”

　　去年4月、7月，实时传输潜标系统进行了工程样机综合调试和清江模拟试验。经清江水库试验表明：实时传输潜标系统各部分接口匹配，相互间无干扰，能保证在无人值守的情况下长期工作；传输控制中心可以根据设定程序，精确控制水面浮标动作，水面浮标能在释放机构动作的情况，自行浮出水面，浮标系留兼通讯电缆满足通讯及抗流使用要求；主浮体外形及结构设计效率高。系留稳定，抗流能力强；自主开发的数据采集、传输控制、驱动模块经过5个月实验室连续工作考核性能稳定、可靠；潜标的自动定深布放技术可适应海上快速准确布放要求。

　　谈到实时传输技术下一步的发展设想，张云海告诉记者，他们将依托已有的技术设备优势，利用863计划“十五”滚动开发资金做好“新型实时传输潜标”技术研究，在一年时间完成可搭载水听器、水下声学通讯实时传输潜标系统研制，并且使搭载设备仪器具有更大的通用性和互换性。

　　“也就是说，做一个标准的接口，只要设计与接口吻合，所有仪器设备都可以搭载集成。”他说。

　　-数字863

　　实时传输潜标

　　主浮体耐压强度4.5MPa，主浮体直径φ0.65m，长度约3.76m。满载质量590kg，海水中设计正浮力4530N，迎流阻力系数为0.12—0.20，在提供相同的净浮力的情况下，比球体或直立圆柱体水下迎流阻力系数小80%。在4节流场的姿态稳定，且容易控制。

　　系统可搭载ADCP、CTDC海流计、温度链等海洋测量设备，最大使用海域水深4000m，可观测0—200m范围海流剖面、水下100m—200m温度剖面和水下200m—1000m定点温、盐、深、流等多种深海流体动力参数，具有将测量数据通过卫星通讯浮标实时传输到岸站的功能。

　　75kHzADCP：主浮体以上海深分层剖面测流，13层，每层20m。

　　RCM9海流计：主浮体以下800m海深定点测量流速、温度、盐度及深度。

　　温度链：主浮体以上100m海深分5层测量，每层20m。

　　深度传感器：3个，测量主浮体、温度链浮球及海流计深度。

　　设备、仪器测量周期：1小时。卫星通讯间隔：12小时。

　　水下服役期210天，在服役期内具备与卫星通讯传输能力，具有大于210天原始测量数据的存储能力。

　　目前正在福建进行示范运行的实时传输潜标系统测量的具体“分工”是：利用装载于主浮体上的75kHzADCP测量主浮体到海面之间的海流剖面；利用主浮体放出的温度链测量主浮体以上100米水深的温度剖面；利用配置在系留索上的盐温深流测量仪，测量水深1000米的盐温深流参数，然后采用先进的感应耦合技术进行数据实时传送。

　　课题组组织申报国内专利9项，目前全部取得专利受理号。

　　-链接

　　实时传输潜标系统

　　潜标是发达国家用以获取海洋环境资料的主要技术装备之一。据报道美国潜标系统所获取的海洋环境资料占其全部海洋资料的三成以上。

　　实时传输潜标可根据用户的需要，搭载不同的海洋环境监测设备和仪器，体现多元化的海洋科学研究、军事研究、环境研究的价值和能力，最大限度的发挥经济、社会、军事效益。

　　系统工作原理

　　潜标系统布放入水，释放第一个水面通讯浮标，到达设定水深时接通电源上电工作，进入系统工作流程，浮标到达水面后处于传输工作状态，系统搭载的仪器设备每小时工作一次，水面通讯浮标每隔12小时将水下测量信息传输给卫星，并经卫星传输到岸站。潜标系统工作完成后，利用水声信号打开声应答释放器，使潜标系统上浮，实现回收。