本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水下探測(cè)器的定位系統(tǒng)及其定位方法。

背景技術(shù)：

由于gps信號(hào)屬于短波信號(hào)，短波無(wú)線(xiàn)信號(hào)在水中衰減極快，因此無(wú)法通過(guò)水下設(shè)備自帶的gps模塊進(jìn)行水下定位。但對(duì)于帶有動(dòng)力推進(jìn)裝置的水下探測(cè)器而言，其所在的位置并非位于釋放設(shè)備所對(duì)應(yīng)的水面正下方位置，因此設(shè)備在水下的位置信息對(duì)于水面以上的工作人員來(lái)說(shuō)是非常重要的。

超聲波是指頻率在20000hz以上，不能引起正常人聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)波，將超聲波作用于水下能夠極大提高傳播距離且不會(huì)產(chǎn)生明顯衰減。水下探測(cè)器發(fā)射超聲波，利用超聲波的反射原理可以準(zhǔn)確知道水下設(shè)備與超聲波接收換能器之間的距離。

雖然利用超聲波能夠測(cè)量水下探測(cè)器的距離，但是對(duì)于岸上的人依然需要知道水下探測(cè)器的具體位置坐標(biāo)，因此，除了使用超聲波測(cè)距定位以外，還需要借助水面上漂浮的gps定位模塊進(jìn)行物理坐標(biāo)采集。

目前市面上主要采用以下兩種方式：

第一種：采用水面gps物理定位和水下超聲波定位兩者相結(jié)合的方式。位于水面的接收換能器內(nèi)置gps模塊，可以通過(guò)衛(wèi)星定位確定自身所在水面的物理位置信息。同時(shí)，接收換能器自帶超聲波收發(fā)器，每個(gè)接收換能器均能夠通過(guò)超聲波測(cè)量自身與水下探測(cè)器之間的距離，進(jìn)行水下位置的確定。這樣，水下探測(cè)器就可以通過(guò)超聲波+gps系統(tǒng)進(jìn)行水下坐標(biāo)定位了。這種方式存在以下缺陷：

1.按照傳統(tǒng)方式，接收換能器需要放置于水面或者安裝于大型水面船只下方，對(duì)于普通水下探索太過(guò)復(fù)雜。

2.水面接收換能器自由放置于水面會(huì)隨水流逐漸偏離較遠(yuǎn)的位置，不易回收。

3.這個(gè)定位系統(tǒng)中，利用超聲波測(cè)距需要水下探測(cè)器和接收換能器雙向接收并發(fā)射超聲波，系統(tǒng)通過(guò)于復(fù)雜。

4.多個(gè)接收換能器要保持在水下探測(cè)器合適的范圍內(nèi)，就需要?jiǎng)恿﹄S水下探測(cè)器移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)復(fù)雜。如果固定在大型水面船只下方，則需要船只在水面隨水下探測(cè)器移動(dòng)，對(duì)普通水下探測(cè)而言大型船只使用成本過(guò)高。

第二種是采用水下探測(cè)器自身所攜帶的陀螺儀，根據(jù)陀螺儀的姿態(tài)，速度和加速度值，計(jì)算出水下探測(cè)器的位移，跟初始位置比較，可以推算出此時(shí)所在的位置坐標(biāo)。這種存在以下缺陷：

1.定位誤差隨時(shí)間而增大，長(zhǎng)期精度差。

2.每次使用之前需要較長(zhǎng)的初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間。

3.設(shè)備價(jià)格較昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種用于水下探測(cè)器的定位系統(tǒng)及其定位方法，位于水下的水下探測(cè)器只需發(fā)射超聲波，水面上的接收換能器只需接收超聲波即可，不用兩端雙向收發(fā)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于水下探測(cè)器的定位系統(tǒng)，包括位于在水下的水下探測(cè)器及對(duì)外發(fā)出固定頻率的超聲波的超聲波發(fā)生器和位于水面上的三個(gè)接收換能器及自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)；

所述超聲波發(fā)生器安裝在水下探測(cè)器的表面上，且水下探測(cè)器通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜連接到自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)上，所述自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)內(nèi)置有g(shù)ps定位器和中央處理器，所述超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波信號(hào)在水中直接進(jìn)行傳播，且所述超聲波發(fā)生器發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜向上傳輸；

所述三個(gè)接收換能器呈三角結(jié)構(gòu)固定在自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)外，所述三個(gè)接收換能器分別接收超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波信號(hào)，且三個(gè)接收換能器均與中央處理器連接；由三個(gè)接收換能器各自接收超聲波信號(hào)，且將接收到的超聲波信號(hào)傳至位于中央的自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)的中央處理器，并由中央處理器計(jì)算每個(gè)接收換能器距離水下探測(cè)器的距離，進(jìn)而確定水下探測(cè)器的位置，并結(jié)合gps定位器的定位確定水下探測(cè)器的物理坐標(biāo)。

其中，每個(gè)接收換能器均通過(guò)三根安裝固定件連接至自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)上，且每相鄰兩個(gè)接收換能器共用一根安裝固定件。

其中，每根安裝固定件均由塑料材質(zhì)制成塑料桶的結(jié)構(gòu)，不需使用時(shí)卷成卷狀結(jié)構(gòu)存放；需要使用時(shí)，通過(guò)充氣方式將該塑料桶充滿(mǎn)氣體后飽脹舒展成為一個(gè)中空的直桶。

其中，所述自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)包括浮標(biāo)殼體、浮標(biāo)繞線(xiàn)輪、繞線(xiàn)電機(jī)和繞線(xiàn)軸，每根安裝固定件的一端固定在對(duì)應(yīng)的接收換能器上，每根安裝固定件的另一端均固定在浮標(biāo)殼體的邊緣處；所述浮標(biāo)殼體的上方固定有兩個(gè)擋板，所述繞線(xiàn)軸安裝在兩個(gè)擋板之間且與繞線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接；所述數(shù)據(jù)線(xiàn)纜的一端繞在浮標(biāo)繞線(xiàn)輪上再纏繞在繞線(xiàn)軸后另一端延伸進(jìn)水下，數(shù)據(jù)線(xiàn)纜的長(zhǎng)度可進(jìn)行自由收放線(xiàn)調(diào)節(jié)。

其中，所述自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)還包括用于判斷是否自動(dòng)收放線(xiàn)的傳感器，所述傳感器與中央處理器的輸入端連接，且所述中央處理器的輸出端與繞線(xiàn)電機(jī)連接。

其中，所述自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)還包括電源，所述電源與繞線(xiàn)電機(jī)連接。

其中，所述水下探測(cè)器的側(cè)邊安裝有多個(gè)用于推進(jìn)水下探測(cè)器的推進(jìn)器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種用于水下探測(cè)器的定位系統(tǒng)的定位方法該定位方法為：水下探測(cè)器在移動(dòng)過(guò)程中，搭載在水下探測(cè)器的表面上的超聲波發(fā)生器會(huì)對(duì)外發(fā)出固有頻率的超聲波信號(hào)；超聲波信號(hào)在水中直接進(jìn)行傳播，并由三個(gè)接收換能器進(jìn)行接收，三個(gè)接收換能器各自獨(dú)立編號(hào)，各自在接收到水下超聲波后傳輸至收放線(xiàn)輪浮標(biāo)的中央處理器上；由中央處理器計(jì)算每個(gè)接收換能器距離水下探測(cè)器的距離，進(jìn)而確定水下探測(cè)器的位置；并結(jié)合gps定位器的定位確定水下探測(cè)器的物理坐標(biāo)。

其中，安裝固定件由塑膠材質(zhì)制成塑料桶，平時(shí)儲(chǔ)存可卷為一卷存放，節(jié)省空間，需要使用時(shí)通過(guò)充氣方式將塑膠桶充滿(mǎn)氣體從而飽脹舒展成為一個(gè)中空的直桶。由于安裝固定件內(nèi)部有空氣，故能抵御一定的彎折載荷。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于水下探測(cè)器的定位系統(tǒng)及其定位方法，該系統(tǒng)和方法均主要由水下探測(cè)器、超聲波發(fā)生器、接收換能器和自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)四個(gè)部分組成，由三個(gè)接收換能器各自接收超聲波信號(hào)，且將接收到的超聲波信號(hào)傳至位于中央的自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)的中央處理器，并由中央處理器計(jì)算每個(gè)接收換能器距離水下探測(cè)器的距離，進(jìn)而確定水下探測(cè)器的位置；上述的改進(jìn)，能夠通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜拖動(dòng)漂浮在水面的接收換能器，使之保持在水下探測(cè)器上方附近水面，水面漂浮的自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)具有自動(dòng)收放線(xiàn)的繞線(xiàn)輪，可根據(jù)水下探測(cè)器的需要自動(dòng)收放線(xiàn)纜。本發(fā)明的水下探測(cè)器只需發(fā)射超聲波，水面接收換能器只需接收超聲波即可，不用兩端雙向收發(fā)，本發(fā)明還具有定位準(zhǔn)確、回收方便、成本低及適用范圍廣等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明用于水下探測(cè)器的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為安裝固定件的充氣狀態(tài)圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明如下：

10、水下探測(cè)器11、超聲波發(fā)生器

12、接收換能器13、自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)

14、數(shù)據(jù)線(xiàn)纜15、gps定位器

16、中央處理器17、安裝固定件

18、推進(jìn)器131、浮標(biāo)殼體

132、繞線(xiàn)電機(jī)133、繞線(xiàn)軸

134、擋板。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供的用于水下探測(cè)器的定位系統(tǒng)，包括位于在水下的水下探測(cè)器10及對(duì)外發(fā)出固定頻率的超聲波的超聲波發(fā)生器11和位于水面上的三個(gè)接收換能器12及自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)13；

超聲波發(fā)生器11安裝在水下探測(cè)器10的表面上，且水下探測(cè)器通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜14連接到自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)上，自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)內(nèi)置有g(shù)ps定位器15和中央處理器16，超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波信號(hào)在水中直接進(jìn)行傳播，且所述超聲波發(fā)生器發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜向上傳輸，由此得出超聲波發(fā)出的時(shí)間信息；

三個(gè)接收換能器12呈三角結(jié)構(gòu)固定在自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)13外，三個(gè)接收換能器分別接收超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波信號(hào)，且三個(gè)接收換能器均與中央處理器連接；由三個(gè)接收換能器各自接收超聲波信號(hào)，且將接收到的超聲波信號(hào)傳至位于中央的自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)的中央處理器，并由中央處理器計(jì)算每個(gè)接收換能器距離水下探測(cè)器的距離，進(jìn)而確定水下探測(cè)器的位置，并結(jié)合gps定位器的定位確定水下探測(cè)器的物理坐標(biāo)。

請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖2，每個(gè)接收換能器12均通過(guò)三根安裝固定件17連接至自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)13上，且每相鄰兩個(gè)接收換能器共用一根安裝固定件。每根安裝固定件17均由塑料材質(zhì)制成塑料桶的結(jié)構(gòu)，不需使用時(shí)卷成卷狀結(jié)構(gòu)存放，節(jié)省空間；需要使用時(shí)，通過(guò)充氣方式將該塑料桶充滿(mǎn)氣體后飽脹舒展成為一個(gè)中空的直桶。由于內(nèi)部有空氣，故能抵御一定的彎折載荷。

在本實(shí)施例中，自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)13包括浮標(biāo)繞線(xiàn)輪、浮標(biāo)殼體131、繞線(xiàn)電機(jī)132和繞線(xiàn)軸133，每根安裝固定件17的一端固定在對(duì)應(yīng)的接收換能器上，每根安裝固定件的另一端均固定在浮標(biāo)殼體的邊緣處；浮標(biāo)殼體的上方固定有兩個(gè)擋板134，繞線(xiàn)軸安裝在兩個(gè)擋板之間且與繞線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接；數(shù)據(jù)線(xiàn)纜的一端繞在浮標(biāo)繞線(xiàn)輪上再纏繞在繞線(xiàn)軸后另一端延伸進(jìn)水下，數(shù)據(jù)線(xiàn)纜的長(zhǎng)度可進(jìn)行自由收放線(xiàn)調(diào)節(jié)。自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)還包括用于判斷是否自動(dòng)收放線(xiàn)的傳感器，傳感器與中央處理器的輸入端連接，且中央處理器的輸出端與繞線(xiàn)電機(jī)連接?？筛鶕?jù)傳感器的信息自動(dòng)收放數(shù)據(jù)線(xiàn)纜，保證水下探測(cè)器行動(dòng)時(shí)不會(huì)受到太多約束。

在本實(shí)施例中，自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)13還包括電源，電源與繞線(xiàn)電機(jī)連接。通過(guò)繞線(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜的收放。

在本實(shí)施例中，水下探測(cè)器的側(cè)邊安裝有多個(gè)用于推進(jìn)水下探測(cè)器的推進(jìn)器18。利用該推進(jìn)器給水下探測(cè)器提供的動(dòng)力，使得浮標(biāo)始終保持在水下探測(cè)器正上方附近水域，保持測(cè)量精度

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種用于水下。探測(cè)器的定位系統(tǒng)的定位方法該定位方法為：水下探測(cè)器在移動(dòng)過(guò)程中，搭載在水下探測(cè)器的表面上的超聲波發(fā)生器會(huì)對(duì)外發(fā)出固有頻率的超聲波信號(hào)；超聲波信號(hào)在水中直接進(jìn)行傳播，并由三個(gè)接收換能器進(jìn)行接收，三個(gè)接收換能器各自獨(dú)立編號(hào)，各自在接收到水下超聲波后傳輸至收放線(xiàn)輪浮標(biāo)的中央處理器上；由中央處理器計(jì)算每個(gè)接收換能器距離水下探測(cè)器的距離，進(jìn)而確定水下探測(cè)器的位置；并結(jié)合gps定位器的定位確定水下探測(cè)器的物理坐標(biāo)。

在本實(shí)施例中，安裝固定件由塑膠材質(zhì)制成塑料桶。平時(shí)儲(chǔ)存可卷為一卷存放，節(jié)省空間，需要使用時(shí)通過(guò)充氣方式將塑膠桶充滿(mǎn)氣體從而飽脹舒展成為一個(gè)中空的直桶。由于安裝固定件內(nèi)部有空氣，故能抵御一定的彎折載荷。

相較于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明提供的用于水下探測(cè)器的定位系統(tǒng)及其定位方法，該系統(tǒng)和方法均主要由水下探測(cè)器、超聲波發(fā)生器、接收換能器和自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)四個(gè)部分組成，由三個(gè)接收換能器各自接收超聲波信號(hào)，且將接收到的超聲波信號(hào)傳至位于中央的自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)的中央處理器，并由中央處理器計(jì)算每個(gè)接收換能器距離水下探測(cè)器的距離，進(jìn)而確定水下探測(cè)器的位置；上述的改進(jìn)，能夠通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜拖動(dòng)漂浮在水面的接收換能器，使之保持在水下探測(cè)器上方附近水面，水面漂浮的自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)具有自動(dòng)收放線(xiàn)的繞線(xiàn)輪，可根據(jù)水下探測(cè)器的需要自動(dòng)收放線(xiàn)纜。本發(fā)明的水下探測(cè)器只需發(fā)射超聲波，水面接收換能器只需接收超聲波即可，不用兩端雙向收發(fā)，本發(fā)明還具有定位準(zhǔn)確、回收方便、成本低及適用范圍廣等特點(diǎn)。

本發(fā)明的水下探測(cè)器通過(guò)推進(jìn)器所帶的動(dòng)力推進(jìn)，通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜與水面的自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)連接，自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)可通過(guò)超聲波定位水下探測(cè)器的位置信息，同時(shí)在數(shù)據(jù)線(xiàn)纜拖拽下可以隨水下探測(cè)器移動(dòng)。水下探測(cè)器在水中運(yùn)行，所需數(shù)據(jù)線(xiàn)纜的的長(zhǎng)度可由自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)進(jìn)行收放線(xiàn)調(diào)節(jié)。該技術(shù)還具有如下優(yōu)勢(shì)：

1）采用充氣式安裝固定件，水面上的接收換能器和自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)可以方便拆卸，方便攜帶；

2）可利用水下探測(cè)器的推進(jìn)器的動(dòng)力，使得自動(dòng)收放線(xiàn)輪浮標(biāo)始終保持在水下探測(cè)器正上方附近水域，保持測(cè)量精度；

3）可根據(jù)位置和傳感器的信息自動(dòng)收放數(shù)據(jù)線(xiàn)纜，保證水下探測(cè)器行動(dòng)時(shí)不會(huì)受到太多約束；

4）接收換能器與繞線(xiàn)輪之間通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)纜對(duì)接，讀數(shù)據(jù)取線(xiàn)纜傳上來(lái)的水下探測(cè)器的數(shù)據(jù)；

5）采用這種方案，成本比較低廉，適合大范圍推廣。

以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。