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龙图腾网获悉中国科学院海洋研究所申请的专利一种高稳性低功耗的海洋表层定点观测浮标系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120902883B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-06发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511429690.7，技术领域涉及：B63B22/00；该发明授权一种高稳性低功耗的海洋表层定点观测浮标系统是由张祥光;汪嘉宁;李彦青;周鑫;马卫东;孙宇峰设计研发完成，并于2025-10-09向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种高稳性低功耗的海洋表层定点观测浮标系统在说明书摘要公布了：本发明涉及海洋环境监测技术领域，尤其是一种高稳性低功耗的海洋表层定点观测浮标系统，包括由分体柱状浮标体以及浮标锚泊系统组成的浮标平台，在分体柱状浮标体上设有海气通量观测系统，还包括用于对浮标平台进行姿态监测的浮标平台姿态监测系统，用于对浮标平台进行姿态校正的姿态校正系统，用于采集海气通量观测系统观测数据并向岸基数据接收站发送数据的智能数采和传输系统，以及智能电源管理与功耗控制模块，所述姿态校正系统包括坐标系旋转模块、晃动校正模块以及倾斜校正模块。可以在极端环境下长期稳定运行，实现海浪、表层海流和大气水汽含量及海气通量等的长期连续的准确观测。

本发明授权一种高稳性低功耗的海洋表层定点观测浮标系统在权利要求书中公布了：1.一种高稳性低功耗的海洋表层定点观测浮标系统，其特征在于：包括由分体柱状浮标体以及浮标锚泊系统组成的浮标平台，在分体柱状浮标体上设有海气通量观测系统，还包括用于对浮标平台进行姿态监测的浮标平台姿态监测系统，用于对浮标平台进行姿态校正的姿态校正系统，用于采集海气通量观测系统观测数据并向岸基数据接收站发送数据的智能数采和传输系统，以及智能电源管理与功耗控制模块，所述姿态校正系统包括坐标系旋转模块、晃动校正模块以及倾斜校正模块；所述分体柱状浮标体包括由五个浮力舱，设于五个浮力舱顶部的连杆，以及设于五个浮力舱底部的浮筒组成的主浮体，在主浮体中部设有通过第一倾斜杆与主浮体连接的密封舱，在密封舱顶部设有通过第二倾斜杆与主浮体连接的控制舱，在控制舱顶部设有上桅杆，在密封舱底部设有下桅杆，在下桅杆底部设有仪器舱和电池舱；在上桅杆顶部设有第一支杆，在第一支杆下方设有第二支杆，所述浮标平台姿态监测系统包括: 在第一支杆上设置的气体分析仪，以及与气体分析仪相邻的GPS、陀螺仪、电子罗盘、加速度计，还包括第一空气温湿度传感器、海皮温度传感器、四分量辐射传感器以及大气压力传感器，所述四分量辐射传感器水平伸出第一支杆2米长度，所述第一支杆的最高点在平均水位以上6米；所述气体分析仪包括三维超声波风速仪； 在第二支杆上设置有第二空气温湿度传感器、风速风向传感器；所述第二支杆的最高点在平均水位以上3米； 在控制舱上方设置的海洋飞沫通量仪，所述海洋飞沫通量仪在平均水位以上1.5米； 在水面上设置有单点海流计以及波浪仪，所述单点海流计以及波浪仪通过Dyneema绳与主浮体连接； 所述晃动校正模块的操作公式如下： ； 式中：为校正后观测到的三维风速矢量，为三维超声波风速仪观测到的三维风速矢量，T代表从浮标坐标系到地理坐标系下的旋转矩阵，Mpa为三维超声波风速仪与浮标坐标系之间的初始角度偏差矩阵，即三维超声波风速仪坐标系到浮标坐标系的旋转矩阵，为浮标坐标系下观测到的旋转角速度，为三维超声波风速仪相对于浮标坐标系原点的位置向量； 晃动校正第三项为浮标坐标系原点相对于地理坐标系原点的平移速度； ，而，； 分别为陀螺仪观测到的线加速度，代表高通滤波； 所述坐标系旋转模块包括：定义地心惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系和浮标坐标系，基于电子罗盘测量的偏航角、俯仰角和横滚角，构建浮标坐标系到地理坐标系的旋转矩阵，操作公式如下： 其中，分别为绕z轴、y轴、x轴的旋转矩阵，为偏航角，为俯仰角，为横滚角，通过旋转矩阵将三维超声波风速仪、陀螺仪和加速度计的测量数据统一转换至地理坐标系； 地心惯性坐标系，其原点在地心，x轴经过0°经线与赤道交点，y轴经过90°经线与赤道交点，z轴指向北极星； 地球坐标系，其原点取在地心，z轴沿极轴方向，x轴在赤道平面与本初子午线的交线上，y轴也在赤道平面内并与x、z轴构成右手直角坐标系； 地理坐标系，采用北东地坐标系，其原点位于运载体所在的点，x轴沿当地子午线指向北，y轴沿当地纬线指向东，z轴沿当地地理垂线指向下并与x、y轴构成右手直角坐标系； 浮标坐标系，其原点与运载体质心重合，x轴沿运载体纵轴指向前，z轴沿运载体竖轴指向下，y轴沿运载体横轴并与x、z轴构成右手直角坐标系； 电子罗盘用偏航-俯仰-横滚3个角度来描述一个任意旋转：绕z轴旋转，得到偏航角；绕旋转滞后的y轴旋转，得到俯仰角；绕旋转滞后的x轴旋转，得到横滚角； 所述倾斜校正模块的操作公式如下: ； 其中，u，v，w分别为晃动校正后得到的风速三个分量，=arctanvu，=arctan； 滤波方法为巴特双向低通滤波，截断频率的取法为：首先选取一段数据，其次假定一系列的截断频率，然后应用每个截断频率对该段数据进行晃动校正，最后对晃动校正后的数据求三个速度分量的均方差及协方差和浮标的垂向位移，画出速度分量的均方差及协方差和浮标的垂向位移相对于截断频率的图形，找出均方差及协方差和浮标的垂向位移变化不明显时对应的截断频率fcutoff，fcutoff即为晃动校正程序中使用的截断频率； 所述智能电源管理与功耗控制模块包括：微控制单元、磁保持继电器、时钟电路、蓄电池、电压转换模块、数据输送模块及外设传感器；所述微控制单元分别与磁保持继电器、时钟电路、数据输送模块电连接，所述磁保持继电器与外设传感器电连接，用于控制外设传感器的电源通断；所述蓄电池通过电压转换模块为系统各组件供电；所述时钟电路为微控制单元提供精准计时信号，触发微控制单元进入工作模式或待机模式；所述微控制单元采用低功耗单片机，在待机模式下仅维持与时钟电路的通信，切断与其他外设的数据交换及电源供应； 所述智能数采和传输系统包括数据采集模块、数据标准化模块、质量控制模块、数据传输模块以及智能电源管理与功耗控制模块；其中： 所述数据采集模块，用于对海洋水文气象监测终端的数据进行采集维护，获取海气通量相关的各类观测数据； 所述数据标准化模块，包括元数据标准化单元和实体数据标准化单元；所述元数据标准化单元用于设置浮标来源水文、气象多种要素数据的元数据存储方案，通过XML文件或接口的形式建立元数据信息；所述实体数据标准化单元用于将数据分为标量场和矢量场两种类型，在接收、解码之后进行L0级数据的存储、入库，经过实时质量控制算法，生成L1级别数据并进行存储、入库和格式转换，以及经过延时质量控制之后生成L2级别数据并存储入库； 所述质量控制模块，包括实时质量控制单元和延时质量控制单元；所述实时质量控制单元采用格式检验、时间检验、全等性检验、范围检查、连续性检验、逆温检验、位置检验、着陆检验、深度检验、速度检验方法方法；所述延时质量控制单元采用所述实时质量控制单元的所有方法，还包括相关性检验、等值检验、统计特性检验、尖峰检查、深度递增检查、密度递增检查、垂直梯度检查、局地最大深度检查、盐-密模态定量分析方法； 所述数据传输模块采用基于socket和ftp相结合的数据传输方法，通过数据文件监听和数据推送方式将接收端上的数据传输到数据通道，数据经通道后进入预处理阶段，最终传输到大数据平台的数据仓库中； 所述智能电源管理与功耗控制模块用于实时监测系统各模块的功耗情况，动态调节电源输出，优化各模块的功耗； 所述浮标锚泊系统包括与分体柱状浮标体底部连接的且由主缆、中继传输舱及锚定单元，所述浮标锚泊系统整体呈倒S型结构，长度为布设海域水深的1.3-1.5倍，所述主缆由耦合钢缆、迪尼玛缆绳组成，所述耦合钢缆共2段，每段长度为500m，在2段耦合钢缆之间设有中继传输舱，所述主缆上间隔设有玻璃浮球，所述主缆上设有配重块，所述主缆顶部与分体柱状浮标体底部之间设有电转环，所述主缆底部与锚定单元之间设有并联释放器，所述锚定单元包括重力锚、抓力锚以及锚链；所述耦合钢缆、迪尼玛缆绳以及并联释放器之间通过防水接头连接； 磁保持继电器采用双稳态控制方式，即INA和INB引脚不同电平组合控制触点通断状态，具体逻辑为：当INA为高电平、INB为低电平时，继电器触点闭合，外设传感器通电；当INA为低电平、INB为高电平时，继电器触点断开，外设传感器断电； 所述时钟电路包括DS1302时钟芯片，外接32.768kHz晶振，通过P1.0~P1.2引脚与微控制单元连接，且配置有3.3V备用锂电池，当主电源异常时自动切换供电，时钟电路为微控制单元提供精准的计时信号，用于设定系统的唤醒时间，确保微控制单元在指定时刻启动外设进行数据采集，所述时钟电路采用DS1302时钟芯片，通过P1.0、P1.1、P1.2引脚与微控制单元的P1端口连接，外接32.768kHz晶振以保证计时精度，芯片配置3.3V备用锂电池，当主电源电压低于阈值时自动切换，确保计时不中断； 时钟电路与微控制单元连接：DS1302的时钟引脚SCLK连接到微控制单元的P1.0引脚，数据输入输出引脚IO连接到P1.1引脚，复位引脚RST连接到P1.2引脚，同时，在DS1302的电源引脚VCC1和VCC2上分别并联一个0.1μF的去耦电容到地，以滤除电源噪声，保证时钟电路稳定工作。

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