1.前言目前建設(shè)海洋強(qiáng)國已經(jīng)是我國的一項(xiàng)根本國策,我國海洋監(jiān)測高技術(shù)進(jìn)展的總體目標(biāo):,最大限度地削減由災(zāi)難造成的人民生命財(cái)產(chǎn)的損失;二是提高對海洋生態(tài)環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測力量,保護(hù)海洋安康;三是提高海洋資源開發(fā)的環(huán)境保障力量,支持沿海和海洋經(jīng)濟(jì)進(jìn)展及科技興海戰(zhàn)略;四是提高國家海上安全防務(wù)的海洋監(jiān)測和環(huán)境保障力量,加強(qiáng)國防建設(shè);,推動中國近海海洋科學(xué)的進(jìn)展。這五個(gè)方面是相互關(guān)聯(lián)的,而當(dāng)前最主要的是預(yù)警海洋災(zāi)難和保護(hù)海洋安康,即監(jiān)測技術(shù),其載體就是海洋儀器。數(shù)字化方向進(jìn)展。典型海洋監(jiān)測儀器：遙感衛(wèi)星大面積、同步、近實(shí)時(shí)、全天候、全天時(shí)的對海觀測,3個(gè)月飛行獲得的數(shù)據(jù)繪50年時(shí)間才能取得的效果。機(jī)載海洋激光雷達(dá)是一種主動式傳感器，敏捷性和抗干擾力量較強(qiáng)；探測海疆進(jìn)展大面積的測量；實(shí)地反映出接近海疆的狀況，不易受到較快速變化的氣候條件的影響；飛行高度一般在幾百米左右，因而在有云的天氣條件下仍舊能夠進(jìn)展測量，息的探測船載儀器：方位的相互印證探測。海洋浮標(biāo),這是調(diào)查船不行能做到的;漂流浮標(biāo)的消滅,實(shí)現(xiàn)了大尺度的連續(xù)觀測,尤其是可以在人或船舶、飛機(jī)都不行能到達(dá)的海疆進(jìn)展環(huán)境參數(shù)的觀測;聲學(xué)多普勒海流剖面測量技術(shù)(ADCP)的消滅,把單點(diǎn)測流變?yōu)闇y剖面流,一128層,1200m。全球海洋觀測系統(tǒng)(GOOS)是海洋高技術(shù)的大規(guī)模集成。監(jiān)測系統(tǒng)。(IOC)、世界氣象GOOS工程辦公室設(shè)在巴黎IOC總部。海洋光學(xué)浮標(biāo)1、海洋浮標(biāo)技術(shù)。海洋浮標(biāo)，一般分為水上和水下兩局部。氣壓和溫度等氣象要素；等海洋水文要素。便可準(zhǔn)時(shí)防范突發(fā)大事。海洋浮標(biāo)，一般分為水上和水下兩局部。氣壓和溫度等氣象要素；等海洋水文要素。便可準(zhǔn)時(shí)防范突發(fā)大事。海洋浮標(biāo)，一般分為水上和水下兩局部。氣壓和溫度等氣象要素；等海洋水文要素。便可準(zhǔn)時(shí)防范突發(fā)大事。錨定類型浮標(biāo)和漂流類型浮標(biāo)各種小型漂流器等。漂流浮標(biāo)分為兩類：深度的海流；1000~Z000m之間某一深度(在該深度上浮體所受的浮力呈中性，故又稱中性浮標(biāo))，測量的是該深度的海流。1978Argos衛(wèi)星定位和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)建立之后才獲得快速進(jìn)展。90年月表層漂流浮標(biāo)在技術(shù)上有兩個(gè)明顯的進(jìn)展：過去表層漂流浮標(biāo)主要用于大洋，不予回收，隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)的并且可以回收(否回收則取決于浮標(biāo)購置費(fèi)與船時(shí)人工費(fèi)的權(quán)衡比較)；料浮標(biāo)相差無幾。錨泊浮標(biāo)708O年月前期趨方面則有兩個(gè)引人矚目的動向水文／水質(zhì)并重的或?qū)Ｊ滤|(zhì)監(jiān)測的錨泊浮標(biāo)。錨泊浮標(biāo)測量系統(tǒng)和潛標(biāo)測量系統(tǒng)合二為一，形成繃緊式錨泊浮標(biāo)測量感應(yīng)耦合傳至浮標(biāo)，與浮標(biāo)本身測得的數(shù)據(jù)一起通過衛(wèi)星傳送給陸地接收站。海岸浮標(biāo)監(jiān)測網(wǎng)。錨泊海洋資料浮標(biāo)有大型圓盤浮標(biāo)，主要用于惡劣條件下的海洋科學(xué)試驗(yàn)；中型浮標(biāo)主要用于幾百米水深的海疆；小型圓盤型浮標(biāo)，主要用于近?；蚝醇昂涌诘谋O(jiān)測。這些資料浮標(biāo)系統(tǒng)普遍承受了高牢靠性的低功耗微處理機(jī)作為數(shù)據(jù)采集掌握的部件實(shí)行備份，提高浮標(biāo)的牢靠等級。2、海洋光學(xué)浮標(biāo)2080年月中期以后進(jìn)展起來的一門技術(shù),可用于連續(xù)觀測海面、海水表層、真光層乃至海底的光學(xué)特性,在水色遙感現(xiàn)場輻射有著重要的應(yīng)用價(jià)值。美國于1987年在馬尾藻海區(qū)應(yīng)用深水錨定系統(tǒng)獵取了時(shí)間系列的海水光學(xué)參數(shù)。世紀(jì),第一臺海洋光學(xué)浮標(biāo)(MOBY)在美國誕生并用于SeaWiFSMODIS的現(xiàn)場輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)真實(shí)性檢驗(yàn)。為協(xié)作OCTS,日本也獨(dú)立進(jìn)展了自己的海洋光學(xué)浮標(biāo)技術(shù)(YBOM),PlyMBODy和BOUSSOLE的研制,SeaWiFS,MODISMERIS等水色遙感器的輻射定標(biāo)、數(shù)據(jù)和算法真實(shí)性檢驗(yàn)供給長期的觀測平臺。海洋光學(xué)浮標(biāo)涉及的技術(shù)面廣,依靠以下關(guān)鍵技術(shù)：高穩(wěn)性浮標(biāo)設(shè)計(jì)水下光輻射測量電源數(shù)據(jù)采集和存儲水下光學(xué)儀器的防生物污染等技術(shù)。海洋光學(xué)浮標(biāo)涉及的技術(shù)面廣,依靠以下關(guān)鍵技術(shù)：海洋光學(xué)浮標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)海洋光學(xué)浮標(biāo)測量系統(tǒng)主要由浮標(biāo)、信息中心岸站和用戶終端三部份組成。隨波性等性能要求，同時(shí)要兼顧浮標(biāo)海上姿勢以及陰影對光輻射測量的影響。一、浮標(biāo)體設(shè)計(jì)：1、子母浮標(biāo)體,光學(xué)浮標(biāo)浮體設(shè)計(jì)由子浮標(biāo)和母浮標(biāo)兩套水面浮標(biāo)體構(gòu)成,12.8m的小型錨碇圓盤型浮標(biāo)體;子,系泊于母浮標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果說明,8m·s-110°。母浮標(biāo)的錨系承受組合式,(聚丙乙烯纜)、過渡錨鏈、拖底錨鏈和錨六局部構(gòu)成。設(shè)置過渡錨鏈段的作用是為,因此在尼龍纜段適當(dāng)位置加裝具備肯定浮力的浮球,將過渡錨鏈段拉起。由于海洋環(huán)境中的風(fēng)、浪、流對系泊中的子母浮標(biāo)的作用,假設(shè)兩標(biāo)之間系纜類型和長度選定不當(dāng),,30m零浮力纜系泊于母浮標(biāo)方案。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟；缺點(diǎn)：布放和回收難度大。2、柱狀浮標(biāo)體,浮標(biāo)體設(shè)置安裝傳感器的伸臂桿架,以減小浮體陰影的影響。光輻射測量要求浮標(biāo)搖擺角小,,如圖2示,,錨鏈掛于轉(zhuǎn)臂底端而不是直接掛于長桿底端,同時(shí)在水下長桿架下端設(shè)有4個(gè)阻尼葉片以平衡浮,轉(zhuǎn)軸以上局部與轉(zhuǎn)軸以下局部產(chǎn)生方向相反的轉(zhuǎn)動力矩,抵消或削減浮標(biāo)傾斜力矩。優(yōu)點(diǎn):一是初穩(wěn)性高度(穩(wěn)心與重心之間的距離稱為初穩(wěn)性高度)大,能自行恢復(fù)到原平衡位置的力量也大;二是光學(xué)浮標(biāo)重心位于浮心之下(傳統(tǒng)的碟形浮標(biāo)浮心位于重心之下),光學(xué)浮標(biāo)的搖擺角較小,抗傾斜及傾覆力量強(qiáng)。海上試驗(yàn)結(jié)果說明,73—4m以下的海況,浮標(biāo)傾角≤5°的次數(shù)占總采樣次數(shù)的54%,浮標(biāo)傾角≤1083%。小學(xué)問重心：將重力對一個(gè)物體〔0〕各點(diǎn)的作用，歸納為對一個(gè)點(diǎn)的作用，這個(gè)點(diǎn)稱該物體的重心〔質(zhì)量中心，用它代表地球引力對該物體的作用，這與〔大小、方向不同〕的合成〔合力〕有所不同。至于一個(gè)物體的重心，可通過該物體各局部所受重力分析求出。該局部液體的重力，浮力歸納到作用與一點(diǎn)正好是所排開的液體局部的重心。M點(diǎn)，M點(diǎn)叫穩(wěn)心。的；當(dāng)穩(wěn)心低于重心的時(shí)候，船舶是不穩(wěn)定的。二、系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)總體方案光學(xué)浮標(biāo)由母浮標(biāo)掌握系統(tǒng)、子浮標(biāo)掌握系統(tǒng)、標(biāo)間通訊系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、岸站接收中心,以及所裝載儀器和傳感器構(gòu)成。1、通訊系統(tǒng)當(dāng)子母浮標(biāo)掌握系統(tǒng)掌握所搭載的儀器和傳感器測量數(shù)據(jù)后,兩標(biāo)之間通過超短波電臺通訊,將數(shù)據(jù)匯總于子浮標(biāo),然后由裝載于子浮標(biāo)的無線通訊系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)送回岸站接收中心,進(jìn)展進(jìn)一步處理、分析。浮標(biāo)在近海使用時(shí),無線通訊;CDMA/GPRS網(wǎng)絡(luò)信號掩蓋不到的海疆(如大洋)使用時(shí),使用海事衛(wèi)星與岸站接收中心通訊。2、浮標(biāo)掌握系統(tǒng)PC104嵌入式電腦作為掌握核心,1GCF卡作為存儲介質(zhì),DOS平臺上開發(fā)掌握軟件。3、主要觀測量及傳感器布局光學(xué)浮標(biāo)的一個(gè)重要目標(biāo)是獵取離水輻亮度,為此需要同步測量向下光譜輻照度Es(λ)。Es(λ)、Ed(λ))和遙感反射Rrs(λ)等物理量。在推導(dǎo)這些物理量時(shí)還需要一個(gè)重要光學(xué)參數(shù),即向下光譜輻照度漫射衰減系KL(λ)Kd(λ)KL(λ),原則上需要同步測定兩個(gè)不同深度的Ed(λ)和Lu(λ),并依據(jù)指數(shù)衰減率進(jìn)展計(jì)算。但是在實(shí)際問題中,水面波浪的聚焦效應(yīng)可引起水下光輻射場的漲落,為便于在數(shù)據(jù)處理時(shí)盡可能地消退波浪聚焦效應(yīng)的影響,水下Ed(λ)和Lu(λ)的測量設(shè)置,因此應(yīng)實(shí)時(shí)同步測定各層光學(xué)傳感器所處的深度。,Ed(λ)是水平面上的光譜輻照度,Lu(λ)是天地點(diǎn)的光譜輻亮度,因此,要求輻照度及輻亮度探頭處于鉛直位置。依據(jù)水下光輻射傳輸理論,,傾角為10°時(shí)向上輻亮度測量的誤差小52%。SeaWiFSEd(λ)Lu(λ)時(shí)儀器的傾角小于10°,這就要求浮標(biāo)體盡可能保持鉛直狀態(tài)。陰影包括浮標(biāo)體的陰影和儀器自陰影。浮標(biāo)體陰影與浮體構(gòu)造、太陽高度角及方位角、水體光衰減系數(shù)等有關(guān),原則上要求浮標(biāo)體遮光面積盡可能小。,儀器自陰影誤差大小隨儀器直徑與水體光束衰減系數(shù)的乘積按指數(shù)率變化,因此,儀器直徑越小越好。理論計(jì)算結(jié)果說明,當(dāng)水體光束衰減系數(shù)為0.12m 影引起的水下10m處向上輻亮度測量誤差為1.5%。母浮標(biāo)裝載了光譜吸取/散射系數(shù)測量儀,測量海水的固有光學(xué)特性,在中間錨鏈掛有真光層多光譜輻射計(jì);子浮標(biāo)用于海水表層和海面光輻射的測量,裝載有;同時(shí)子母浮標(biāo)均裝載有一些關(guān)心傳感器,如經(jīng)緯度、傾角、方位角、風(fēng)速、風(fēng)向、水溫等。Es,海水表層高光譜輻射計(jì)可以快速(Ed)和上行光譜輻亮(Lu),LED,用于對輻射計(jì)的光譜響應(yīng)和波長漂移進(jìn)展現(xiàn)場監(jiān)測。,母浮標(biāo)中間錨鏈不同深度處共掛有三臺該輻射計(jì),測量的真光層的下行光譜輻照度、上行光譜輻亮度、深度、方位角和傾角等數(shù)據(jù),自容式存儲后,利用感應(yīng)式調(diào)制解調(diào)器技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸給母浮標(biāo),進(jìn)而實(shí)時(shí)傳回岸站接收中心4、光學(xué)窗口防污染裝置(如)和無機(jī)物(如泥沙)后測量誤差無法估量，甚至無法進(jìn)展測量。設(shè)計(jì)思路：承受保護(hù)蓋與清洗刷相結(jié)合的工作原理來實(shí)現(xiàn)對光學(xué)儀器窗口防污、除污。橡膠做成的清洗刷。需要采樣時(shí)，保護(hù)蓋攜帶清潔刷轉(zhuǎn)動(2N＋1)×180°后停頓(N為保護(hù)蓋轉(zhuǎn)過光學(xué)窗口的次數(shù))，并從光學(xué)窗口上方移開。采樣完畢后將和生存環(huán)境，在肯定程度上防止了光學(xué)窗口被污染。N次這樣即使在不采樣時(shí)有少窗口的清潔。海洋光學(xué)浮標(biāo)(MOBY)投放海洋光學(xué)浮標(biāo)有二個(gè)目的,感器的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。見光區(qū)反射出的輻射變化稱之為海洋水色的變化,從海洋水色的變化可推導(dǎo)出其它的量值,志,和海洋生物的生產(chǎn)力,因此,的使用具有極重要的意義。二、MOBY的構(gòu)造及原理設(shè)計(jì)6個(gè)部件組成雙光譜儀,光纖多路轉(zhuǎn)換器,位于浮標(biāo)上部的太陽板和掌握軟件、具有數(shù)據(jù)采集,,僅,6、16、28英尺深處9英尺長的橫架向外、向垂直于桅桿的方向延長。630900nm,580600nm光譜段,590650nm,可見光譜的分別大大減小了雜散光三種光譜范圍和積分次數(shù)對二個(gè)不同光譜區(qū)的測量到達(dá)最正確,內(nèi)部定標(biāo)和關(guān)心傳感器溫度、傾斜角,壓力等均包括在內(nèi)。光學(xué)采集器照度和輻射位于橫架的末端,也位于海面上的浮標(biāo)頂部,收集進(jìn)入海中的光,和從海中返回的光,從海中返回的光受到顆粒的影響如懸浮在各種深度的浮游植物粒子,,進(jìn)入光纖電纜,光纖電纜器將光信號中轉(zhuǎn)到雙光譜儀中。這些信號用微機(jī)進(jìn)展數(shù)字化處理和中轉(zhuǎn),并傳送,通過蜂窩存入或存放起來,用于工作試驗(yàn)室的后處理。三、定標(biāo)依據(jù)美國國家標(biāo)