[发明专利]一种单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统

权利要求书

1.一种单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，其特征在于，包括GPS天线、GPS智能浮标、监测拖缆、监测传感器和计算分析终端；

所述GPS天线固定在GPS智能浮标位于水面以上的部位，用于接收GPS卫星信号进行定位；

所述GPS智能浮标为柱式轻质结构，用于产生正浮力，直立地漂浮在水面；所述GPS智能浮标内部安装有电子设备；

所述监测拖缆用于连接GPS智能浮标的水面以下部位和水下航行目标，为GPS智能浮标与水下航行目标提供拖曳力以及信号和电力传输；所述监测拖缆上布置有监测传感器；

所述监测传感器布置有多套，包含深度传感器、倾角传感器和电子三维罗盘，用于实时测量安装点位处监测拖缆的深度、倾角和旋转角度；

所述监测传感器通过连接缆线进行各安装单元的信号传输，包括安装点位处的深度、倾角和旋转角度，并将信号传输到计算分析终端；

所述计算分析终端用于根据所述监测传感器采集的深度、倾角和旋转角度计算水下航行目标与GPS智能浮标的相对位置，再结合GPS智能浮标的GPS坐标，计算得到水下航行目标的GPS坐标，并在显示设备上输出。

2.根据权利要求1所述的单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，其特征在于，所述监测拖缆选取时需满足以下要求：

(1)监测拖缆在轴线方向的截面抗拉伸刚度要求大于1×10⁴N/m²，即在1N大小的拉力作用下，监测拖缆每米长度产生的轴向伸长小于0.1mm；

(2)监测拖缆在径向具有一定的抗压缩变形能力，受到碰撞、挤压和弯曲作用情况下径向不产生大的变形；

(3)监测拖缆在使用全过程中受到最大拉力情况下产生的蠕变需小于2％。

3.根据权利要求2所述的单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，其特征在于，所述监测拖缆采用双螺旋铠装钢丝加强结构形式。

4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，其特征在于，所述监测传感器的具体安装布置要求如下：

(1)监测传感器中的深度传感器、倾角传感器、电子三维罗盘、电路板和连接缆线组成一套，作为监测传感器基本安装单元；

(2)每个监测传感器基本安装单元中的传感器、电路板和连接缆线以相同的封装形式固定并硫化成型；

(3)监测传感器在监测拖缆上的布置数量为8套至30套；根据水下航行目标定位精度的要求和监测拖缆长度选取具体布置数量，要求的精度越高，布置数量越多；

(4)监测传感器在监测拖缆上的布置间距为0.3m至2m，根据监测拖缆不同部位预测的变形大小确定具体的布置间距；监测拖缆变形越大，布置间距越小。

5.根据权利要求4所述的单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，其特征在于，所述深度传感器选取为测量静水压强的小型压力传感器，要求压力测量允许误差优于±0.2％FS，且具有良好的动静态特性；所述倾角传感器选取要求体积小，便于封装在监测拖缆上，且在三轴方向倾角测量最大允许误差优于±0.2°；所述电子三维罗盘选取要求具有三轴加速度补偿，罗盘在平放、侧力、倒置的姿态下均可测量磁北方位，航向测量最大允许误差优于±0.3°。

6.根据权利要求5所述的单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，其特征在于，所述监测传感器的安装方式分为固化式和分离式；所述固化式安装方式为在监测传感器封装时，将监测传感器的整个安装单元与监测拖缆硫化为一个整体；所述分离式安装方式为监测传感器在封装完成后，通过夹具将监测传感器安装单元夹持并固定在监测拖缆上。