海洋光学浮标

1.前言目前建设海洋强国已经是我国的一项根本国策,我国海洋监测高技术进展的总体目标:,最大限度地削减由灾难造成的人民生命财产的损失;二是提高对海洋生态环境污染和生态环境的监测力量,保护海洋安康;三是提高海洋资源开发的环境保障力量,支持沿海和海洋经济进展及科技兴海战略;四是提高国家海上安全防务的海洋监测和环境保障力量,加强国防建设;,推动中国近海海洋科学的进展。这五个方面是相互关联的,而当前最主要的是预警海洋灾难和保护海洋安康,即监测技术,其载体就是海洋仪器。数字化方向进展。典型海洋监测仪器：遥感卫星大面积、同步、近实时、全天候、全天时的对海观测,3个月飞行获得的数据绘50年时间才能取得的效果。机载海洋激光雷达是一种主动式传感器，敏捷性和抗干扰力量较强；探测海疆进展大面积的测量；实地反映出接近海疆的状况，不易受到较快速变化的气候条件的影响；飞行高度一般在几百米左右，因而在有云的天气条件下仍旧能够进展测量，息的探测船载仪器：方位的相互印证探测。海洋浮标,这是调查船不行能做到的;漂流浮标的消灭,实现了大尺度的连续观测,尤其是可以在人或船舶、飞机都不行能到达的海疆进展环境参数的观测;声学多普勒海流剖面测量技术(ADCP)的消灭,把单点测流变为测剖面流,一128层,1200m。全球海洋观测系统(GOOS)是海洋高技术的大规模集成。监测系统。(IOC)、世界气象GOOS工程办公室设在巴黎IOC总部。海洋光学浮标1、海洋浮标技术。海洋浮标，一般分为水上和水下两局部。气压和温度等气象要素；等海洋水文要素。便可准时防范突发大事。海洋浮标，一般分为水上和水下两局部。气压和温度等气象要素；等海洋水文要素。便可准时防范突发大事。海洋浮标，一般分为水上和水下两局部。气压和温度等气象要素；等海洋水文要素。便可准时防范突发大事。锚定类型浮标和漂流类型浮标各种小型漂流器等。漂流浮标分为两类：深度的海流；1000~Z000m之间某一深度(在该深度上浮体所受的浮力呈中性，故又称中性浮标)，测量的是该深度的海流。1978Argos卫星定位和数据收集系统建立之后才获得快速进展。90年月表层漂流浮标在技术上有两个明显的进展：过去表层漂流浮标主要用于大洋，不予回收，随着全球定位系统(GPS)的并且可以回收(否回收则取决于浮标购置费与船时人工费的权衡比较)；料浮标相差无几。锚泊浮标708O年月前期趋方面则有两个引人瞩目的动向水文／水质并重的或专事水质监测的锚泊浮标。锚泊浮标测量系统和潜标测量系统合二为一，形成绷紧式锚泊浮标测量感应耦合传至浮标，与浮标本身测得的数据一起通过卫星传送给陆地接收站。海岸浮标监测网。锚泊海洋资料浮标有大型圆盘浮标，主要用于恶劣条件下的海洋科学试验；中型浮标主要用于几百米水深的海疆；小型圆盘型浮标，主要用于近海或湖泊及河口的监测。这些资料浮标系统普遍承受了高牢靠性的低功耗微处理机作为数据采集掌握的部件实行备份，提高浮标的牢靠等级。2、海洋光学浮标2080年月中期以后进展起来的一门技术,可用于连续观测海面、海水表层、真光层乃至海底的光学特性,在水色遥感现场辐射有着重要的应用价值。美国于1987年在马尾藻海区应用深水锚定系统猎取了时间系列的海水光学参数。世纪,第一台海洋光学浮标(MOBY)在美国诞生并用于SeaWiFSMODIS的现场辐射定标数据真实性检验。为协作OCTS,日本也独立进展了自己的海洋光学浮标技术(YBOM),PlyMBODy和BOUSSOLE的研制,SeaWiFS,MODISMERIS等水色遥感器的辐射定标、数据和算法真实性检验供给长期的观测平台。海洋光学浮标涉及的技术面广,依靠以下关键技术：高稳性浮标设计水下光辐射测量电源数据采集和存储水下光学仪器的防生物污染等技术。海洋光学浮标涉及的技术面广,依靠以下关键技术：海洋光学浮标关键技术海洋光学浮标测量系统主要由浮标、信息中心岸站和用户终端三部份组成。随波性等性能要求，同时要兼顾浮标海上姿势以及阴影对光辐射测量的影响。一、浮标体设计：1、子母浮标体,光学浮标浮体设计由子浮标和母浮标两套水面浮标体构成,12.8m的小型锚碇圆盘型浮标体;子,系泊于母浮标。试验结果说明,8m·s-110°。母浮标的锚系承受组合式,(聚丙乙烯缆)、过渡锚链、拖底锚链和锚六局部构成。设置过渡锚链段的作用是为,因此在尼龙缆段适当位置加装具备肯定浮力的浮球,将过渡锚链段拉起。由于海洋环境中的风、浪、流对系泊中的子母浮标的作用,假设两标之间系缆类型和长度选定不当,,30m零浮力缆系泊于母浮标方案。优点：技术成熟；缺点：布放和回收难度大。2、柱状浮标体,浮标体设置安装传感器的伸臂杆架,以减小浮体阴影的影响。光辐射测量要求浮标摇摆角小,,如图2示,,锚链挂于转臂底端而不是直接挂于长杆底端,同时在水下长杆架下端设有4个阻尼叶片以平衡浮,转轴以上局部与转轴以下局部产生方向相反的转动力矩,抵消或削减浮标倾斜力矩。优点:一是初稳性高度(稳心与重心之间的距离称为初稳性高度)大,能自行恢复到原平衡位置的力量也大;二是光学浮标重心位于浮心之下(传统的碟形浮标浮心位于重心之下),光学浮标的摇摆角较小,抗倾斜及倾覆力量强。海上试验结果说明,73—4m以下的海况,浮标倾角≤5°的次数占总采样次数的54%,浮标倾角≤1083%。小学问重心：将重力对一个物体〔0〕各点的作用，归纳为对一个点的作用，这个点称该物体的重心〔质量中心，用它代表地球引力对该物体的作用，这与〔大小、方向不同〕的合成〔合力〕有所不同。至于一个物体的重心，可通过该物体各局部所受重力分析求出。该局部液体的重力，浮力归纳到作用与一点正好是所排开的液体局部的重心。M点，M点叫稳心。的；当稳心低于重心的时候，船舶是不稳定的。二、系统集成设计总体方案光学浮标由母浮标掌握系统、子浮标掌握系统、标间通讯系统、无线通讯系统、岸站接收中心,以及所装载仪器和传感器构成。1、通讯系统当子母浮标掌握系统掌握所搭载的仪器和传感器测量数据后,两标之间通过超短波电台通讯,将数据汇总于子浮标,然后由装载于子浮标的无线通讯系统实时发送回岸站接收中心,进展进一步处理、分析。浮标在近海使用时,无线通讯;CDMA/GPRS网络信号掩盖不到的海疆(如大洋)使用时,使用海事卫星与岸站接收中心通讯。2、浮标掌握系统PC104嵌入式电脑作为掌握核心,1GCF卡作为存储介质,DOS平台上开发掌握软件。3、主要观测量及传感器布局光学浮标的一个重要目标是猎取离水辐亮度,为此需要同步测量向下光谱辐照度Es(λ)。Es(λ)、Ed(λ))和遥感反射Rrs(λ)等物理量。在推导这些物理量时还需要一个重要光学参数,即向下光谱辐照度漫射衰减系KL(λ)Kd(λ)KL(λ),原则上需要同步测定两个不同深度的Ed(λ)和Lu(λ),并依据指数衰减率进展计算。但是在实际问题中,水面波浪的聚焦效应可引起水下光辐射场的涨落,为便于在数据处理时尽可能地消退波浪聚焦效应的影响,水下Ed(λ)和Lu(λ)的测量设置,因此应实时同步测定各层光学传感器所处的深度。,Ed(λ)是水平面上的光谱辐照度,Lu(λ)是天地点的光谱辐亮度,因此,要求辐照度及辐亮度探头处于铅直位置。依据水下光辐射传输理论,,倾角为10°时向上辐亮度测量的误差小52%。SeaWiFSEd(λ)Lu(λ)时仪器的倾角小于10°,这就要求浮标体尽可能保持铅直状态。阴影包括浮标体的阴影和仪器自阴影。浮标体阴影与浮体构造、太阳高度角及方位角、水体光衰减系数等有关,原则上要求浮标体遮光面积尽可能小。,仪器自阴影误差大小随仪器直径与水体光束衰减系数的乘积按指数率变化,因此,仪器直径越小越好。理论计算结果说明,当水体光束衰减系数为0.12m 影引起的水下10m处向上辐亮度测量误差为1.5%。母浮标装载了光谱吸取/散射系数测量仪,测量海水的固有光学特性,在中间锚链挂有真光层多光谱辐射计;子浮标用于海水表层和海面光辐射的测量,装载有;同时子母浮标均装载有一些关心传感器,如经纬度、倾角、方位角、风速、风向、水温等。Es,海水表层高光谱辐射计可以快速(Ed)和上行光谱辐亮(Lu),LED,用于对辐射计的光谱响应和波长漂移进展现场监测。,母浮标中间锚链不同深度处共挂有三台该辐射计,测量的真光层的下行光谱辐照度、上行光谱辐亮度、深度、方位角和倾角等数据,自容式存储后,利用感应式调制解调器技术实时传输给母浮标,进而实时传回岸站接收中心4、光学窗口防污染装置(如)和无机物(如泥沙)后测量误差无法估量，甚至无法进展测量。设计思路：承受保护盖与清洗刷相结合的工作原理来实现对光学仪器窗口防污、除污。橡胶做成的清洗刷。需要采样时，保护盖携带清洁刷转动(2N＋1)×180°后停顿(N为保护盖转过光学窗口的次数)，并从光学窗口上方移开。采样完毕后将和生存环境，在肯定程度上防止了光学窗口被污染。N次这样即使在不采样时有少窗口的清洁。海洋光学浮标(MOBY)投放海洋光学浮标有二个目的,感器的检验数据。见光区反射出的辐射变化称之为海洋水色的变化,从海洋水色的变化可推导出其它的量值,志,和海洋生物的生产力,因此,的使用具有极重要的意义。二、MOBY的构造及原理设计6个部件组成双光谱仪,光纤多路转换器,位于浮标上部的太阳板和掌握软件、具有数据采集,,仅,6、16、28英尺深处9英尺长的横架向外、向垂直于桅杆的方向延长。630900nm,580600nm光谱段,590650nm,可见光谱的分别大大减小了杂散光三种光谱范围和积分次数对二个不同光谱区的测量到达最正确,内部定标和关心传感器温度、倾斜角,压力等均包括在内。光学采集器照度和辐射位于横架的末端,也位于海面上的浮标顶部,收集进入海中的光,和从海中返回的光,从海中返回的光受到颗粒的影响如悬浮在各种深度的浮游植物粒子,,进入光纤电缆,光纤电缆器将光信号中转到双光谱仪中。这些信号用微机进展数字化处理和中转,并传送,通过蜂窝存入或存放起来,用于工作试验室的后处理。三、定标依据美国国家标