【摘要】：近幾年來(lái),全球海洋氣象災(zāi)害頻發(fā),人們對(duì)全球氣候建立長(zhǎng)短期預(yù)測(cè)的需求也越來(lái)越迫切,而這些預(yù)測(cè)在很大程度上依賴海洋觀測(cè)數(shù)據(jù),特別是全球海洋垂直剖面的數(shù)據(jù)。若想要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè),一個(gè)擁有較高分辨率的全球海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必不可少。Argo浮標(biāo)是一種專門用于采集大洋垂直剖面數(shù)據(jù)的中性漂流浮標(biāo),通過(guò)改變自身體積來(lái)實(shí)現(xiàn)上浮、下潛及懸停。它可搭載各小型海洋觀測(cè)儀器,實(shí)現(xiàn)在大洋中各剖面數(shù)據(jù)的測(cè)量存儲(chǔ),其處于海面時(shí)可通過(guò)衛(wèi)星通訊將數(shù)據(jù)發(fā)送至接收站后,可再次進(jìn)行下一個(gè)測(cè)量的循環(huán),直至能源耗盡。首先,本文介紹了本課題的背景意義和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,詳細(xì)介紹了 Argo浮標(biāo)的工作模式及浮潛原理,并對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)Argo浮標(biāo)的基本工作模式,提出了一種采用銥星數(shù)據(jù)通訊的Argo浮標(biāo)低功耗數(shù)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本課題的硬件設(shè)計(jì)包括電源電路設(shè)計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)、STM32L476微控制器電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)等,并對(duì)浮標(biāo)的驅(qū)動(dòng)器和銥星數(shù)傳終端設(shè)計(jì)了電源管理。然后,根據(jù)其工作模式完成了軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),額外添加了下潛超時(shí)和電池低壓緊急上浮功能,并對(duì)銥星的數(shù)據(jù)通訊添加了握手協(xié)議。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了其人機(jī)交互軟件,其可對(duì)浮標(biāo)進(jìn)行狀態(tài)查詢、下潛使命設(shè)置、數(shù)據(jù)下載等。其次,本文在完成數(shù)采系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)后,對(duì)Argo浮標(biāo)的懸停控制技術(shù)進(jìn)行了探究:首先,針對(duì)本課題浮標(biāo)進(jìn)行了浮潛運(yùn)動(dòng)分析,建立起數(shù)學(xué)模型;然后,研究了增量式和位置式PID控制在本課題懸�？刂浦械膽�(yīng)用方式,在此基礎(chǔ)上,改進(jìn)提出了模糊自適應(yīng)PID控制算法,運(yùn)用MATLAB對(duì)傳統(tǒng)PID控制和模糊PID控制進(jìn)行定深仿真,并對(duì)比仿真結(jié)果,結(jié)果表明模糊PID控制在Argo浮標(biāo)懸停控制中表現(xiàn)更為優(yōu)秀。最后,完成對(duì)系統(tǒng)軟硬件、機(jī)械聯(lián)調(diào)等測(cè)試后,選擇了某水庫(kù),對(duì)樣機(jī)進(jìn)行整體性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,該數(shù)采系統(tǒng)滿足Argo浮標(biāo)工作流程的需要,并實(shí)現(xiàn)了懸停控制功能,充分表明了本文所研究的Argo浮標(biāo)數(shù)采系統(tǒng)的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP274.2;P715.2
【圖文】：

浮標(biāo)如ＰＲＯＶＯＲ型剖面浮標(biāo)（法國(guó)、加拿大），ＡＰＥＸ型剖面浮標(biāo)（美國(guó)）、ＳＯＬＯ型剖面逡逑浮標(biāo)（美國(guó)）都是以此為基礎(chǔ)模型。其中，技術(shù)性能最穩(wěn)定的ＡＰＥＸ浮標(biāo)尤其受到Ａｒｇｏ各成逡逑員國(guó)的青睞。目前，它約占全球Ａｒｇｏ觀測(cè)網(wǎng)浮標(biāo)總數(shù)的５７％。如圖１．２所示，其左邊為ＡＰＥＸ逡逑型剖面浮標(biāo)，右邊為ＳＯＬＯ－ＩＩ型剖面浮標(biāo)。逡逑ｆ邋Ｉ逡逑ＩＩ逡逑圖１．２邋ＡＰＥ）（型和ＳＯＬＯ－ＩＩ型剖面浮標(biāo)逡逑２逡逑

次進(jìn)入下潛測(cè)量的循環(huán)。逡逑最初Ａｒｇｏ浮標(biāo)主要依靠船只行駛至海洋中進(jìn)行布放。后來(lái)，美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所逡逑（ＷＨＯＩ）和ＭＲＶ公司聯(lián)合設(shè)計(jì)并試驗(yàn)生產(chǎn)了一種空投式剖面浮標(biāo)如圖１．３所示，該型浮標(biāo)逡逑的重量只有普通Ａｒｇｏ剖面浮標(biāo)的一半，可以獲得０？２０００米水深范圍內(nèi)的剖面資料，采用銥逡逑衛(wèi)星通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸�？胀妒狡拭娓�(biāo)的研制成功，可以根據(jù)需要快速投放至所需海逡逑域，大大提高人們對(duì)臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)等海洋災(zāi)害的監(jiān)測(cè)能力。逡逑Ｙ逡逑邐療yU體逡逑邐ｃｐｕ電路板逡逑ｗ逡逑ＳＢ逡逑邐油銥逡逑ａｍ邐液Ｅ活寒逡逑Ｍ邐電地逡逑｜Ｐ邐油羰逡逑圖１．３空投式剖面浮標(biāo)逡逑由于海洋環(huán)境的復(fù)雜多變及其不確定性，Ａｒｇｏ浮標(biāo)采集的淺海數(shù)據(jù)己經(jīng)越來(lái)越不能滿足逡逑科學(xué)家們研宄的需要，而且某種程度上，更深層海水的觀測(cè)數(shù)據(jù)（觀測(cè)深度大于２０００米）對(duì)逡逑全球氣候變化更為重要。于是之后國(guó)際Ａｒｇｏ組織又啟動(dòng)了邋“深海Ａｒｇｏ（Ｄｅｅｐ－Ａｒｇｏ）觀測(cè)”計(jì)逡逑劃，預(yù)示著Ａｒｇｏ浮標(biāo)研制的新發(fā)展趨勢(shì)。逡逑１逡逑？逡逑圖１．４深海ＮＩＮＪＡ型剖面浮標(biāo)逡逑如圖１．４所示是日本的ＴＳＫ公司和海洋科技研宄中心于２００９年一起研制的深海ＮＩＮＪＡ逡逑型剖面浮標(biāo)１３］，其最大剖面觀測(cè)深度也己可達(dá)４０００米。逡逑３逡逑

逑目前，國(guó)際上研發(fā)出來(lái)的的深海剖面浮標(biāo)最大下潛深度可達(dá)６０００米，主要有美國(guó)斯科利逡逑普斯公司開(kāi)發(fā)的深海ＳＯＬＯ型浮標(biāo)和Ｔｅｌｅｄｙｎｅ邋Ｗｅｂｂ開(kāi)發(fā)的深海ＡＰＥＸ型浮標(biāo)（如圖１．５所逡逑示）。逡逑ｖ逡逑圖ｌ．５邋Ｄｅｅｐ邋ＡＰＥＸ型浮標(biāo)逡逑兩者都采用了玻璃球作為耐壓殼體的設(shè)計(jì)。Ｄｅｅｐ邋ＡＰＥＸ型浮標(biāo)于２０１１年完成了浮標(biāo)的逡逑基本機(jī)械和電子設(shè)計(jì)，后開(kāi)展了初步的玻璃材料測(cè)試，并確定使用玻璃球體作為浮標(biāo)外殼。逡逑之后經(jīng)過(guò)不斷測(cè)試，終于在２０１３年２月２６－２７日，得到了邋６０００米水深的剖面數(shù)據(jù)。后又逐逡逑漸搭載高度計(jì)、濁度儀等傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)己推向市場(chǎng)提供商用，但其也存在硬件及逡逑電子元件不穩(wěn)定現(xiàn)象。逡逑中國(guó)的剖面浮標(biāo)的研制立項(xiàng)于“十五”的８６３海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)主題上，期間經(jīng)過(guò)不斷的努逡逑力研發(fā)，終于在２００２年１０月，其科研樣機(jī)試制成功，并命名為ＣＯＰＥＸ邋（Ｃｈｉｎａ邋ＯｃｅａｎＰｒｏｆｉｌｉｎｇ逡逑Ｅｘｐｌｏｒｅｒ）邋［８］。２００３年，我國(guó)自主研發(fā)的自動(dòng)剖面探測(cè)浮標(biāo)ＣＯＰＥＸ成功進(jìn)行了布放試驗(yàn)。在逡逑此之后，又開(kāi)發(fā)出了多種類型的自持式剖面浮標(biāo)，使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位和數(shù)據(jù)傳逡逑輸［１１］

【參考文獻(xiàn)】

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1 王元奎;魏平芬;;功率型鋰離子動(dòng)力電池的高低溫容量特性[J];電源技術(shù);2015年10期

2 孔佑迪;門雅彬;齊占輝;顧季源;;基于銥星通信的海洋環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2015年08期

3 曹小娜;;ST STM32L4:整合Cortex-M4內(nèi)核超低功耗高性能MCU[J];世界電子元器件;2015年04期

4 王雨;鄭榮;武建國(guó);;基于浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的AUV深度控制研究[J];自動(dòng)化與儀表;2015年04期

5 劉銀水;吳德發(fā);李東林;趙旭峰;;大深度潛水器海水液壓浮力調(diào)節(jié)技術(shù)研究進(jìn)展[J];液壓與氣動(dòng);2014年10期

6 劉長(zhǎng)華;王春曉;賈思洋;張曙偉;楊青軍;;錨泊式海洋剖面觀測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng)[J];海洋科學(xué);2014年08期

7 杜亮;;深海垂直剖面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2014年01期

8 尹路;李延斌;馬金鋼;;海洋觀測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀綜述[J];艦船電子工程;2013年11期

9 丁力;宋志平;徐萌萌;陶燦輝;;基于STM32的嵌入式測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年S1期

10 吳維;齊久成;張靜;李清;郭淑芳;;基于北斗系統(tǒng)的ARGO浮標(biāo)設(shè)計(jì)[J];氣象科技;2013年03期

本文編號(hào)：2791546