合成孔徑聲吶與水下定位系統(tǒng)同步控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下探測與成像儀器儀表領(lǐng)域，特別涉及一種合成孔徑聲吶與水下定位系統(tǒng)同步控制方法及應(yīng)用于該合成孔徑聲吶與水下定位系統(tǒng)中的同步控制裝置，籍此解決合成孔徑聲吶(SAS)與水下定位系統(tǒng)的同步工作問題，避免水下定位系統(tǒng)對SAS的成像結(jié)果產(chǎn)生干擾。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水下探測與成像技術(shù)的發(fā)展，在民用、商業(yè)及軍事領(lǐng)域，合成孔徑聲吶(SAS)已被廣泛應(yīng)用于海洋、湖泊、河流等水域環(huán)境中水下目標(biāo)、地貌的勘探與成像。在實(shí)際應(yīng)用中，探測和成像的結(jié)果往往需要提供被探測對象精確的地理位置信息，因此，在SAS進(jìn)行水下作業(yè)時(shí)需要對其進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。目前，一般采用水下聲波定位系統(tǒng)對SAS進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。
[0003]水下聲波定位系統(tǒng)通常由定位聲波接收器和水下信標(biāo)組成，通過接收器與信標(biāo)之間的雙向或單向聲波傳遞即可完成對信標(biāo)的定位。由于定位系統(tǒng)與SAS均基于水下聲波進(jìn)行工作，且信標(biāo)與SAS共同集成于拖體中，當(dāng)兩者工作頻段接近且處于不同步工作的狀態(tài)時(shí)，定位系統(tǒng)的聲波會(huì)以直達(dá)波的形式進(jìn)入SAS的接收系統(tǒng)，從而導(dǎo)致成像結(jié)果出現(xiàn)噪聲。該問題的有效解決方法是使SAS與水下定位系統(tǒng)同步工作，讓定位系統(tǒng)和SAS發(fā)射陣同時(shí)發(fā)射聲波，以避免定位系統(tǒng)的直達(dá)波進(jìn)入SAS的接收系統(tǒng)。
[0004]目前，尚未有一種獨(dú)立的通用裝置可用于SAS與水下定位系統(tǒng)之間的同步工作控制。為了適應(yīng)不同SAS和水下定位系統(tǒng)的集成需求，同時(shí)避免改變原有SAS和定位系統(tǒng)的狀態(tài)，需要研發(fā)一種具有通用性的獨(dú)立同步控制裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有通用性的自適應(yīng)SAS與水下定位系統(tǒng)同步工作控制方法及同步控制裝置，從而解決當(dāng)兩者工作頻段接近且處于非同步工作狀態(tài)時(shí)存在的聲波干擾問題。
[0006]本發(fā)明的適用條件為:
1、SAS拖體干濕端通信主纜中有預(yù)留且可用的光或電介質(zhì)傳輸鏈路。
[0007]2、所使用的水下定位系統(tǒng)具有單向聲波定位功能。該單向聲波定位方法的基本過程為:定位系統(tǒng)控制平臺(tái)接收外部觸發(fā)源的定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)，然后向水下信標(biāo)發(fā)送信標(biāo)同步信號(hào)觸發(fā)其向接收器發(fā)射定位聲波，定位系統(tǒng)控制平臺(tái)通過計(jì)算定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)與接收器接收到定位聲波的時(shí)間差，結(jié)合接收器所檢測到的聲波傳播方向，從而完成對水下信標(biāo)的定位，如圖1所示。
[0008]針對上述單向聲波定位系統(tǒng)，本發(fā)明為達(dá)到對其進(jìn)行同步控制的目的，提出了一種合成孔徑聲吶與水下定位系統(tǒng)同步控制方法，所述合成孔徑聲吶包括SAS拖體、SAS發(fā)射陣、SAS接收系統(tǒng)，所述水下定位系統(tǒng)包括定位系統(tǒng)控制平臺(tái)、定位聲波接收器以及水下信標(biāo)，該SAS拖體通過拖體主纜與該定位系統(tǒng)控制平臺(tái)相連，所述的水下信標(biāo)和SAS發(fā)射陣設(shè)置在該SAS拖體內(nèi)，所述的定位聲波接收器與定位系統(tǒng)控制平臺(tái)相連，其特征在于:所述同步控制方法為:以所述的SAS發(fā)射陣的同步信號(hào)為基準(zhǔn)，使所述的水下信標(biāo)發(fā)射聲波的時(shí)刻與該SAS發(fā)射陣的發(fā)射時(shí)刻相同，從而避免該水下信標(biāo)的定位聲波以直達(dá)波的形式直接進(jìn)入SAS的接收系統(tǒng)。
[0009]上述本發(fā)明同步控制方法進(jìn)一步的技術(shù)方案為:在所述的水下信標(biāo)和所述的SAS發(fā)射陣之間設(shè)置同步控制裝置，以SAS產(chǎn)生的發(fā)射陣同步信號(hào)為參考基準(zhǔn)，利用該同步裝置產(chǎn)生信標(biāo)同步信號(hào)替代所述的定位系統(tǒng)控制平臺(tái)向水下信標(biāo)發(fā)送的同步信號(hào)，同時(shí)模擬外部觸發(fā)源產(chǎn)生定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)通過拖體主纜傳輸至該定位系統(tǒng)控制平臺(tái)，從而控制水下定位系統(tǒng)的定位時(shí)刻。
[0010]所述的信標(biāo)同步信號(hào)、定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)與所述的SAS發(fā)射陣同步信號(hào)的延時(shí)關(guān)系如下式所述:
水下信標(biāo)同步信號(hào)延時(shí)=SAS發(fā)射陣同步信號(hào)周期-水下信標(biāo)響應(yīng)時(shí)間，
定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)延時(shí)=SAS發(fā)射陣同步信號(hào)周期-定位系統(tǒng)控制平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間，
水下信標(biāo)同步信號(hào)延時(shí)是指同步控制裝置接收到SAS發(fā)射陣同步信號(hào)到產(chǎn)生信標(biāo)同步信號(hào)之間的時(shí)間間隔，定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)延時(shí)是指同步控制裝置接收到SAS發(fā)射陣同步信號(hào)到產(chǎn)生定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)之間的時(shí)間間隔。
[0011]本發(fā)明同時(shí)提出了一種合成孔徑聲吶與水下定位系統(tǒng)同步控制裝置，所述合成孔徑聲吶包括SAS拖體、SAS發(fā)射陣、SAS接收系統(tǒng)，所述水下定位系統(tǒng)包括定位系統(tǒng)控制平臺(tái)、定位聲波接收器以及水下信標(biāo)，該SAS拖體通過拖體主纜與該定位系統(tǒng)控制平臺(tái)相連，水下信標(biāo)和SAS發(fā)射陣設(shè)置在該SAS拖體內(nèi)，所述的同步控制裝置同樣設(shè)置在該SAS拖體內(nèi)，所述的水下信標(biāo)的同步信號(hào)觸發(fā)端口與該同步控制裝置相連，其特征在于:所述同步控制裝置包括主控模塊，外部配置模塊以及電池盒，其中:
所述主控模塊接收所述SAS發(fā)射陣的同步信號(hào)，產(chǎn)生信標(biāo)同步信號(hào)輸出至所述水下信標(biāo)，同時(shí)輸出定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)，該定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)經(jīng)過所述拖體主纜輸入所述定位系統(tǒng)控制平臺(tái)；
所述外部配置模塊與PC機(jī)連接，用于在SAS和水下定位系統(tǒng)入水工作前，對所述主控模塊的同步控制參數(shù)進(jìn)行配置。
[0012]所述電池盒用于提供所述同步控制裝置的供電。
[0013]進(jìn)一步的，當(dāng)所述主控模塊不支持SAS發(fā)射陣同步信號(hào)的電平格式時(shí)，所述同步控制裝置還包括發(fā)射陣同步信號(hào)接收模塊，將該發(fā)射陣同步信號(hào)接收模塊與所述SAS發(fā)射陣同步信號(hào)輸出相連，用于接收該SAS發(fā)射陣輸出的同步信號(hào)，對其進(jìn)行電平格式轉(zhuǎn)換后輸出至主控模塊，該主控模塊產(chǎn)生信標(biāo)同步信號(hào)輸出至所述水下信標(biāo)，同時(shí)輸出定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)，該定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)經(jīng)過所述拖體主纜輸入所述定位系統(tǒng)控制平臺(tái)。若主控模塊可支持SAS發(fā)射陣同步信號(hào)的電平格式，則無需使用發(fā)射陣同步信號(hào)接收模塊，將發(fā)射陣同步信號(hào)直接輸入主控模塊。
[0014]當(dāng)水下信標(biāo)不支持所述主控模塊輸出的信標(biāo)同步信號(hào)的電平格式時(shí)，所述同步控制裝置還包括信標(biāo)同步信號(hào)輸出模塊，將該信標(biāo)同步信號(hào)輸出模塊與所述的主控模塊相連接，從主控模塊接收信標(biāo)同步信號(hào)，對其進(jìn)行電平格式轉(zhuǎn)換后輸出至所述水下信標(biāo)，同時(shí)輸出定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)，該定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)經(jīng)過所述拖體主纜輸入所述定位系統(tǒng)控制平臺(tái)。若水下信標(biāo)可支持主控模塊輸出的信標(biāo)同步信號(hào)的電平格式，則無需使用信標(biāo)同步信號(hào)輸出模塊，將信標(biāo)同步信號(hào)直接輸入所述水下信標(biāo)的同步信號(hào)觸發(fā)端
□ O
[0015]當(dāng)所述的定位系統(tǒng)控制平臺(tái)不支持所述主控模塊輸出的定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)的電平格式時(shí)，所述同步控制裝置還包括定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)輸出模塊，將該定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)輸出模塊與所述拖體主纜相連，該定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)輸出模塊從主控模塊接收定位系統(tǒng)控制平臺(tái)同步信號(hào)，對其進(jìn)行電平格式轉(zhuǎn)換后經(jīng)過所述拖體主纜輸入所述的定位系統(tǒng)控制平臺(tái)。若定位系統(tǒng)控制平臺(tái)可支持主控模塊輸出