海洋光学浮标的设计及应用试验

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1、万方数据第29卷，第2期?009年2月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysis"C01．29，No．2。pp565—569February，2009海洋光学浮标的设计及应用试验杨跃忠1’2，孙兆华1’孙，曹文熙1，李彩1，赵周雯h2，卢桂新1，柯天存1，郭超英11．中国科学院南海海洋研究所LED重点实验室，广东广州5103012．中国科学院研究生院，北京100039摘要海洋光学浮标在水色遥感现场辐射定标和数据真实性检验、海洋科学观测、近海海洋环境监测等方面有重要应用价值。采用子母浮标技术设计了海洋光学浮标

2、系统，该系统可同步测量海面和海水近表层及真光层的光谱辐照度和光谱辐亮度分布、水体光谱吸收／散射系数，以及风速风向等辅助参数。浮标利用GPS定位，采用低功耗的PCI04嵌入式电脑作为控制核心实现数据的自动采集，采用CDMA／GPRS无线网络与海事卫星两种方式实现数据和指令的实时传输。近海试验表明，设计的子母浮标能较好地满足水下光辐射测量对浮标姿态和稳性的要求，系统的数据采集和远程传输技术可靠，光学仪器防污染技术能确保光学浮标长期有效地工作。关键词海洋光学浮标；光辐射测量；高光谱辐射计；防污染装置中图分类号：P733；0433文献标识码：ADOI

3、：10．3964／j．issn．1000-0593{2009)02-0565-05引言海洋光学浮标技术是20世纪80年代中期以后发展起来的--N新技术，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定标和数据真实性检验、海洋科学观测、近海海洋环境监测和海洋军事科学方面有着重要的应用价值[1⋯。美国于1987年在马尾藻海区应用深水锚定系统获取了时间系列的海水光学参数[5]。20世纪90年代后期，第一台海洋光学浮标(MOBY)在美国诞生，并用于SeaWiFS和MODIS的现场辐射定标数据真实性检验f6]。为配合(XL'

4、TS的发射和应用，日本也独立发展了自己的海洋光学浮标技术(YBOM)[7]。近年来，英国、法国先后开展了光学浮标PlyMB()Dy和B()USS()LE的研制，其主要目标是为ScaWiFS，MoDIS和MERIS等水色遥感器的辐射定标、数据和算法真实性检验提供长期的观测平台[8’9]。用于海洋科学多学科联合观测的光学浮标技术也取得了很大的进展Llo]。海洋光学浮标涉及的技术面广，依赖于高稳性浮标设计和水下光辐射测量、遥测遥控、电源、数据采集和存储、水下光学仪器的防生物污染等技术的进步。我国于2001年开始了海洋光学浮标技术的研究【11]，本文

5、主要介绍海洋光学浮标设计的一些关键性问题，并分析试验结果。1浮标体及锚碇系统光学浮标主要用于光辐射测量，不仅要满足耐海水腐蚀性、抗倾覆性、稳性和随波性等性能要求，同时要兼顾浮标海上姿态以及阴影对光辐射测量的影响。为减小浮体及其上层建筑的阴影效应对光辐射测量的影响[1引，保证高海况条件下浮标体的稳性，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，如图1所示。母浮标为直径2．8ITI的小型锚碇圆盘型浮标体；子浮标为直径1．5／'12的柱型浮标体，系泊于母浮标。试验结果表明，在8m·s_1风速的高海况条件下子浮标的倾角平均不超过10。。母浮标

6、的锚系采用组合式，自上而下分别由包塑钢丝绳、中间锚链、尼龙缆(聚丙乙烯缆)、过渡锚链、拖底锚链和锚六部分构成。设置过渡锚链段的作用是为了避免尼龙缆下部与海底的摩擦，因此在尼龙缆段适当位置加装具备一定浮力的浮球，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，如果两标之间系缆类型和长度选定不当，很有可能造成收稿日期：2007—09—28。修订日期：2007—12—29基金项目：国家“863”计划项目(2006AA09A310)，中国科学院装备项目(Y2005011)和h'：'科学院知识创新项目(KZX2一YW-215)资助

7、作者简介：杨跃忠，1965年生，中国科学院南海海洋研究所副研究员e-mailzwuli(园scaio．犯ca*通讯联系人e-mail：sunhua6514@163．coln万方数据566光谱学与光谱分析第29卷两标相撞或跑标。通过理论计算和模型水池试验，最终采用子浮标通过30m零浮力缆系泊于母浮标方案。■2系统集成设计2．1总体方案及通讯系统光学浮标由母浮标控制系统、子浮标控制系统、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，如图2所示。几闲l!：生I啦2A熊kmat-coverviewofthenmrineopti

8、calbuoysystem当子母浮标控制系统控制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