專利名稱：一種水下接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及海洋環(huán)境中遠(yuǎn)程水下航行器的組合導(dǎo)航技術(shù)。具體地說是一種通過使用全球定位系統(tǒng)(GPS)為遠(yuǎn)程水下航行器進(jìn)行精確導(dǎo)航定位的水下接收裝置。
背景技術(shù)：
導(dǎo)航系統(tǒng)是保證水面或水下航行體安全、準(zhǔn)確航行必備的系統(tǒng)。除了由傳統(tǒng)的航標(biāo)燈、岸基無線電導(dǎo)航站等設(shè)備組成的岸基導(dǎo)航系統(tǒng)外，目前比較通用的導(dǎo)航系統(tǒng)有GPS和慣導(dǎo)系統(tǒng)等兩種。慣導(dǎo)系統(tǒng)由于不需要與外界進(jìn)行信號(hào)交換，自成系統(tǒng)，一般用于水下航行器。尤其適用于具有隱身要求的或無法接收到GPS信號(hào)的水下航行器，如在水面航行時(shí)耐波性較差的水下潛水器，在冰面下航行的遠(yuǎn)程潛水器等。但由于慣導(dǎo)系統(tǒng)自身具有一定的累積誤差，當(dāng)航行器進(jìn)行較長距離的航行時(shí)，即使使用較高精度的慣導(dǎo)系統(tǒng)，這種誤差也可能增加到不能滿足導(dǎo)航精度要求的程度。GPS包括其他類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有覆蓋全球，導(dǎo)航定位精度高的特點(diǎn)，是最受歡迎，應(yīng)用范圍最廣的導(dǎo)航系統(tǒng)。但由于GPS信號(hào)的頻率很高，在水中幾乎不能傳輸，限制了它在水下航行器中的應(yīng)用。
為增加水下航行器的導(dǎo)航精度，使之兼具慣導(dǎo)系統(tǒng)與GPS的優(yōu)點(diǎn)，目前比較通用的做法是采用GPS加慣導(dǎo)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，即水下航行器在大部分時(shí)間內(nèi)利用自身攜帶的慣導(dǎo)系統(tǒng)自主導(dǎo)航，每航行一段時(shí)間，航行器上浮至水面接收GPS信號(hào)，利用GPS的定位信息校正并消除航行器前一段時(shí)間的累積誤差。
這種做法在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)是行之有效的，但對(duì)于有隱身需求或水面耐波性較差的水下航行器，每一次上浮都有一定的風(fēng)險(xiǎn)。如在上浮水面時(shí)遇到惡劣海況，可能造成設(shè)備損壞甚至沉沒的嚴(yán)重后果。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服目前GPS加慣導(dǎo)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)需要水下航行器定期或不定期上浮至水面接收GPS信號(hào)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種使水下航行器無需上浮至水面即可接收GPS信號(hào)的水下接收裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由GPS天線耐壓艙，牽引及通信電纜，收放絞車三部分組成，GPS天線耐壓艙通過牽引及通信電纜與絞車相連；其中GPS天線耐壓艙部分由耐壓艙殼體、兩軸搖擺臺(tái)、GPS接收天線、GPS接收機(jī)組成，耐壓殼體為球形，分上半球和下半球兩部分，下半球內(nèi)壁設(shè)有凸臺(tái)，兩軸搖擺臺(tái)安裝在下半球凸臺(tái)上，兩軸搖擺臺(tái)由內(nèi)擺動(dòng)框和外擺動(dòng)框組成，GPS天線和GPS接收機(jī)均安裝在兩軸搖擺臺(tái)的內(nèi)擺動(dòng)框上，GPS接收機(jī)通過電纜和絞車內(nèi)部的導(dǎo)電滑環(huán)電連接；牽引及通信電纜部分由耐壓艙端水密接插件、電纜、絞車端水密接插件組成，電纜的兩端均設(shè)有水密接頭，一端為與GPS天線耐壓艙相連的水密接插件，一端為與導(dǎo)電滑環(huán)的刷出線相連的水密接插件；絞車部分由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)、絞車機(jī)座、導(dǎo)電滑環(huán)的刷引線、絞鼓、導(dǎo)電滑環(huán)、導(dǎo)電滑環(huán)的環(huán)引線組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)及絞鼓均固定在機(jī)座上，電纜纏繞在絞鼓上，電纜下端的水密接插件與絞鼓中的導(dǎo)電滑環(huán)的刷引線相連，導(dǎo)電滑環(huán)的環(huán)引線接至航行器的主控計(jì)算機(jī)；其中GPS接收天線3安裝在內(nèi)擺動(dòng)框18上方，GPS接收機(jī)4安裝在內(nèi)擺動(dòng)框18下方；上下半球之間設(shè)有密封裝置；耐壓殼體1采用玻璃鋼材料，電纜6的外護(hù)套采用聚氨酯橡膠材料，還可采用丁腈橡膠或硅橡膠；電纜6的內(nèi)部芯線除數(shù)據(jù)通信需要的電纜芯線外，在電纜橫截面的中心部位加設(shè)一根貫穿整個(gè)電纜的紡綸纖維。
本實(shí)用新型的有益效果是在保證水下航行器導(dǎo)航精度的前提下，可大幅度提高其隱身性和安全性，保證航行器使命的順利完成。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖2為圖1中擺動(dòng)框放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合以下實(shí)施例及附圖詳述本實(shí)用新型。
如圖1所示，本實(shí)用新型是在水下航行器上加裝一部GPS天線接收裝置。所述接收裝置由包括GPS天線耐壓艙，牽引及通信電纜，絞車三部分，GPS天線耐壓艙通過牽引及通信電纜與收放絞車相連。
其中GPS天線耐壓艙部分由耐壓艙殼體1、兩軸搖擺臺(tái)2、GPS接收天線3、GPS接收機(jī)(即OEM板，是現(xiàn)有技術(shù)的市購產(chǎn)品)4組成，耐壓殼體1為球形，分上半球和下半球兩部分，由對(duì)GPS信號(hào)透過率很好的玻璃鋼材料制作；下半球15內(nèi)壁設(shè)有凸臺(tái)，兩軸搖擺臺(tái)2安裝在下半球凸臺(tái)16上，GPS接收天線3和GPS接收機(jī)4均安裝在兩軸搖擺臺(tái)2的內(nèi)擺動(dòng)架上，設(shè)計(jì)時(shí)兩軸搖擺臺(tái)2連同上面安裝的部件GPS接收天線3及GPS接收機(jī)4組合后的重心位置位于兩個(gè)擺動(dòng)軸的下部(結(jié)構(gòu)兩軸搖擺臺(tái)由內(nèi)擺動(dòng)框18和外擺動(dòng)框17組成，GPS天線和GPS接收機(jī)4均安裝在兩軸搖擺臺(tái)的內(nèi)擺動(dòng)框上，GPS接收天線3在上方，GPS接收機(jī)4在下方)，當(dāng)耐壓殼體1在風(fēng)浪的作用下擺動(dòng)時(shí)，兩軸搖擺臺(tái)2的內(nèi)擺動(dòng)架將在重力的作用下保持其姿態(tài)基本不變，即保持GPS接收天線3的指向基本不變，從而保證GPS接收天線3接收信號(hào)的可靠性。上下半球之間用O型橡膠密封圈密封，將所有部件安裝調(diào)試完畢后，用螺釘將上下半球組裝在一起，形成一個(gè)完整的耐壓艙。實(shí)際工作時(shí)GPS接收天線3將接收到的信號(hào)送往GPS接收機(jī)4，GPS接收機(jī)4將接收到的信號(hào)處理后通過電纜6和絞車內(nèi)部的導(dǎo)電滑環(huán)13送往航行器的主控計(jì)算機(jī)。
牽引及通信電纜部分由耐壓艙端水密接插件5、電纜6、絞車端水密接插件10組成，電纜6的兩端均有水密接頭，一端為與GPS天線耐壓艙相連的水密接插件5，一端為與導(dǎo)電滑環(huán)13的刷出線相連的水密接插件10。電纜6的外護(hù)套由聚氨酯橡膠制作以保證其在較高水壓條件下的水密性。
絞車部分由驅(qū)動(dòng)電機(jī)8、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)7、絞車機(jī)座9、導(dǎo)電滑環(huán)的刷引線11、導(dǎo)電滑環(huán)13、絞鼓12、導(dǎo)電滑環(huán)的環(huán)引線14組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8、減速機(jī)7及絞鼓12均固定在機(jī)座9上。當(dāng)接收裝置需要釋放或回收GPS天線耐壓艙時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8帶動(dòng)減速機(jī)7，減速機(jī)7帶動(dòng)絞鼓12，從而完成將纏繞在絞鼓12上的電纜6釋放或回收的功能。
本實(shí)用新型原理安裝在水下航行器上的GPS天線接收裝置是由具有正浮力的GPS天線耐壓艙，收放絞車，通信及收放電纜三部分組成，航行器利用自身慣導(dǎo)設(shè)備提供導(dǎo)航信息在水下航行時(shí)，GPS天線耐壓艙通過纏繞在絞車絞鼓12上的電纜6固定在航行器上。當(dāng)航行器需要對(duì)自身的導(dǎo)航誤差進(jìn)行校準(zhǔn)或修正時(shí)，絞車釋放電纜6，GPS天線耐壓艙在自身正浮力的作用下，上浮至水面接收GPS信號(hào)。只要電纜的長度和絞車絞鼓12的容量允許，此時(shí)航行器本體可處于水下任意深度的位置。航行器的主控計(jì)算機(jī)利用接收到的GPS信號(hào)，對(duì)自身的航向和位置進(jìn)行誤差修正。由于GPS天線耐壓艙與航行器本體相比，體積要小若干個(gè)數(shù)量級(jí)，其形態(tài)與水面的一般漂浮物幾乎相同，其球形結(jié)構(gòu)具有很好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐波性，即使水面海況極為惡劣，也幾乎不存在耐壓艙被破壞的可能性，可以極大地提高航行器的隱身效果和安全性。
由于GPS接收天線3的接收效果與天線外殼的材料和天線的指向密切相關(guān)，所以GPS天線耐壓艙的殼體采用對(duì)GPS信號(hào)無遮擋的玻璃鋼材料制作，內(nèi)部安裝有一個(gè)兩軸搖擺臺(tái)2。由于兩軸搖擺臺(tái)2由內(nèi)擺動(dòng)框和外擺動(dòng)框組成，在穩(wěn)定狀態(tài)下，兩軸搖擺臺(tái)2的兩個(gè)擺動(dòng)軸位于同一平面內(nèi)，兩軸搖擺臺(tái)2的重心位于擺動(dòng)軸的下方，構(gòu)成了一個(gè)“不倒翁”裝置。加之GPS天線和GPS接收機(jī)4均安裝在兩軸搖擺臺(tái)的內(nèi)擺動(dòng)框上，這樣即使在海面有風(fēng)浪的情況下，兩軸搖擺臺(tái)2仍能維持天線的朝向基本上豎直向上，以保證GPS接收天線3的指向不受水面波浪的影響，在任何情況下都能可靠的接收到信號(hào)。將GPS接收機(jī)4也安裝在耐壓艙內(nèi)的原因是GPS接收機(jī)4與主控計(jì)算機(jī)之間的通信一般為RS232接口，GPS接收天線3與GPS接收機(jī)4之間一般通過同軸電纜連接，二者之間相比較，無論是通信電纜的允許長度，還是通信的可靠性，前者都優(yōu)于后者。
GPS天線耐壓艙與收放絞車之間的通信電纜6把GPS接收機(jī)4收到的信號(hào)傳向航行器主控計(jì)算機(jī)，這根電纜除了起到信號(hào)傳輸?shù)淖饔猛?，也是GPS天線耐壓艙收放的系纜。因此既要求他的內(nèi)部芯線滿足通信的要求，又要求他具有足夠的牽引強(qiáng)度和柔韌性，保證耐壓艙釋放和回收的安全。
為保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)及導(dǎo)電滑環(huán)在水下環(huán)境工作時(shí)的可靠密封，對(duì)收放絞車密封機(jī)構(gòu)采用充油補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電滑環(huán)的環(huán)引線14與航行器的主控計(jì)算機(jī)相連，導(dǎo)電滑環(huán)的刷引線11與纏繞在絞鼓上的GPS天線通信電纜6相連。減速機(jī)構(gòu)7采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)除了可使電機(jī)轉(zhuǎn)速降至需要程度之外，主要目的是利用這種減速機(jī)構(gòu)的反向自鎖功能，保證GPS天線耐壓艙不能在自身正浮力或海浪等其他因素的作用下，拉動(dòng)絞車，避免天線耐壓艙在非控條件下無故脫離航行器上浮。
另外，所述電纜6的外護(hù)套可由丁腈橡膠或硅橡膠制作；電纜6的內(nèi)部芯線除數(shù)據(jù)通信需要的電纜芯線外，在電纜橫截面的中心部位加設(shè)一根貫穿整個(gè)電纜的紡綸纖維以使其既具有足夠的牽引強(qiáng)度，又有較低的比重和纏繞時(shí)較好的柔韌性。
權(quán)利要求1.一種水下接收裝置，其特征在于由GPS天線耐壓艙，牽引及通信電纜，收放絞車三部分組成，GPS天線耐壓艙通過牽引及通信電纜與絞車相連；其中GPS天線耐壓艙部分由耐壓艙殼體(1)、兩軸搖擺臺(tái)(2)、GPS接收天線(3)、GPS接收機(jī)(4)組成，耐壓殼體(1)為球形，分上半球和下半球兩部分，下半球(15)內(nèi)壁設(shè)有凸臺(tái)(16)，兩軸搖擺臺(tái)(2)安裝在下半球凸臺(tái)(16)上，兩軸搖擺臺(tái)由內(nèi)擺動(dòng)框(18)和外擺動(dòng)框(17)組成，GPS天線和GPS接收機(jī)(4)均安裝在兩軸搖擺臺(tái)的內(nèi)擺動(dòng)框(18)上，GPS接收機(jī)(4)通過電纜(6)和絞車內(nèi)部的導(dǎo)電滑環(huán)(13)電連接；牽引及通信電纜部分由耐壓艙端水密接插件(5)、電纜(6)、絞車端水密接插件(10)組成，電纜(6)的兩端均設(shè)有水密接頭，一端為與GPS天線耐壓艙相連的水密接插件(5)，一端為與導(dǎo)電滑環(huán)(13)的刷出線(11)相連的水密接插件(10)；絞車部分由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)(7)、絞車機(jī)座(9)、導(dǎo)電滑環(huán)的刷引線(11)、絞鼓(12)、導(dǎo)電滑環(huán)(13)、導(dǎo)電滑環(huán)的環(huán)引線(14)組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8)、減速機(jī)構(gòu)(7)及絞鼓(12)均固定在機(jī)座(9)上，電纜(6)纏繞在絞鼓(12)上，電纜下端的水密接插件(10)與絞鼓(12)中的導(dǎo)電滑環(huán)的刷引線(11)相連，導(dǎo)電滑環(huán)(13)的環(huán)引線(14)接至航行器的主控計(jì)算機(jī)。
2.按照權(quán)利要求1所述的水下接收裝置，其特征在于其中GPS接收天線(3)安裝在內(nèi)擺動(dòng)框(18)上方，GPS接收機(jī)(4)安裝在內(nèi)擺動(dòng)框(18)下方。
3.按照權(quán)利要求1所述的水下接收裝置，其特征在于其中上下半球之間設(shè)有密封裝置。
4.按照權(quán)利要求1所述的水下接收裝置，其特征在于其中耐壓殼體(1)采用玻璃鋼材料，電纜(6)的外護(hù)套采用聚氨酯橡膠材料，還可采用丁腈橡膠或硅橡膠。
5.按照權(quán)利要求1所述的水下接收裝置，其特征在于其中電纜(6)的內(nèi)部芯線除數(shù)據(jù)通信需要的電纜芯線外，在電纜橫截面的中心部位加設(shè)一根貫穿整個(gè)電纜的紡綸纖維。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種水下接收裝置。由GPS天線耐壓艙、牽引及通信電纜、收放絞車組成，GPS天線耐壓艙通過牽引及通信電纜與絞車相連；GPS天線耐壓艙的耐壓殼體為球形，下半球內(nèi)壁設(shè)有凸臺(tái)，兩軸搖擺臺(tái)安裝在下半球凸臺(tái)上，GPS天線和GPS接收機(jī)均安裝在兩軸搖擺臺(tái)的內(nèi)擺動(dòng)框上；GPS接收機(jī)通過電纜和絞車內(nèi)部的導(dǎo)電滑環(huán)電連接；絞車部分中驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)及絞鼓均固定在機(jī)座上，電纜纏繞在絞鼓上，電纜下端的水密接插件與絞鼓中的導(dǎo)電滑環(huán)的刷引線相連，導(dǎo)電滑環(huán)的環(huán)引線接至航行器的主控計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型在保證水下航行器導(dǎo)航精度的前提下，可大幅度提高其隱身性和安全性，保證航行器使命的順利完成。
文檔編號(hào)B63G8/38GK2701752SQ20042003173
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者鄭榮, 林揚(yáng), 劉健 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所