一種基于聲學(xué)和gps智能定位的浮標(biāo)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置，可檢測信號頻段10Hz~40kHz，動態(tài)范圍達(dá)90dB。它包括水上綜合顯示控制平臺、水聲定位浮標(biāo)和無線通信設(shè)備，水聲定位浮標(biāo)和水上綜合顯示控制平臺之間通過無線通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本實用新型適用于但不僅限于水下目標(biāo)的精確定位跟蹤、噪聲監(jiān)測、水下勘測、水下監(jiān)控的應(yīng)用。
【專利說明】一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種水下實時被動定位測量系統(tǒng)，具體是指一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置。本實用新型適合用于水下目標(biāo)的精確定位跟蹤、水下勘測、噪聲測量和水下監(jiān)控等。
【背景技術(shù)】
[0002]聲波是目前人類所知唯一能在水下遠(yuǎn)距離傳播的能量形式，聲納可以利用水聲技術(shù)探測水下目標(biāo)和水下通信，對水下目標(biāo)進(jìn)行探測，定位和跟蹤。通過在水面工作船只、水下移動平臺以及作業(yè)海區(qū)上加裝和布防聲學(xué)定位設(shè)備，可實現(xiàn)水面對水下目標(biāo)位置的實時監(jiān)控、水面與水下平臺的信息交互。水聲定位在海洋環(huán)境觀測、海洋測繪、資源勘探和水下通信中起重要作用，在海洋工程中有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]迄今為止，水下目標(biāo)定位跟蹤的主要手段仍是依賴于幾何原理的水聲學(xué)定位方法。通常用聲基線的距離或激發(fā)的聲學(xué)單元的距離來對聲學(xué)定位系統(tǒng)進(jìn)行定位?，F(xiàn)有的這類定位方式存在布放復(fù)雜、作用范圍小、精度低和適應(yīng)能力差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置。
[0005]本實用新型要解決的是現(xiàn)在水下目標(biāo)定位裝置存在的布放復(fù)雜、作用范圍小、精度低，對大動態(tài)范圍低頻段的水聲信號測量難的問題。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案是:它包括水上綜合顯示控制平臺、水聲定位浮標(biāo)和無線通信設(shè)備，水聲定位浮標(biāo)和水上綜合顯示控制平臺之間通過無線通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0007]本實用新型的又一特征是水上綜合顯示控制平臺包括主控計算機(jī)、主控模塊、顯示器和
[0008]鍵盤鼠標(biāo)；主控模塊設(shè)于主控計算機(jī)內(nèi)，顯示器、鍵盤鼠標(biāo)和主控計算機(jī)連接，主控模塊用于該浮標(biāo)裝置管理、實時定位解算與顯示、信號綜合處理、數(shù)據(jù)后置處理。
[0009]本實用新型的又一特征是水聲定位浮標(biāo)包括浮標(biāo)電子倉、通信電子倉、電池組、信號處理模塊、數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊、水聽器、水聲接收機(jī)、承重電纜、浮體、浮桿和浮球，通信電子倉設(shè)于浮桿頂端，浮標(biāo)電子倉設(shè)于浮桿的末端，浮體設(shè)于浮標(biāo)電子倉和通信電子倉之間的浮桿上，浮球連接于浮桿上；浮標(biāo)電子倉為一長腔體，電池組、信號處理模塊、數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊設(shè)于浮標(biāo)電子倉的長腔體內(nèi)；水聽器通過承重電纜系與浮標(biāo)電子倉下部，水聽器通過水聲接收機(jī)與信號處理模塊連接，數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊與信號處理模塊連接，信號處理模塊上接有電池組；水聽器接收目標(biāo)的瞬態(tài)信號，信號處理模塊完成瞬態(tài)信號的處理過程，數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊完成瞬態(tài)信號的記錄；水聲定位浮標(biāo)上設(shè)有GPS天線及接收模塊。
[0010]本實用新型的又一特征是水聲定位浮標(biāo)有四套，各水聲定位浮標(biāo)之間通過GPS時間信息和IPPS信號完成浮標(biāo)陣之間的同步。
[0011]本實用新型的又一特征是承重電纜末端連接有鉛錨，浮球下系有系索，系索上系有定位錨。
[0012]本實用新型的又一特征是通信電子倉上設(shè)有擴(kuò)頻天線、擴(kuò)頻通信模塊、GPS天線和GPS接收模塊；擴(kuò)頻天線與擴(kuò)頻通信模塊連接，GPS天線和GPS接收模塊連接。
[0013]本實用新型的又一特征是浮標(biāo)電子倉底部設(shè)有錨環(huán)，浮體上設(shè)有水位線。
[0014]本實用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0015]一是本實用新型將GPS與水聲定位相結(jié)合，使得GPS在水面的高精度定位能力向水下延伸，獲得水下目標(biāo)精確的大地經(jīng)緯度坐標(biāo)，并且能實時地對水聲通訊信號進(jìn)行分析處理及保存。本實用新型適用于海洋開發(fā)、海洋高新技術(shù)發(fā)展對水下高精度定位。
[0016]二是本實用新型在使用中可以根據(jù)需要，選擇水聲定位浮標(biāo)的數(shù)量，以滿足不同使用條件下作用距離和精度的要求，使用靈活性高、可擴(kuò)展能力強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實用新型水上綜合顯示控制平臺框圖。
[0019]圖3是本實用新型主控模塊框圖。
[0020]圖4是本實用新型水聲定位浮標(biāo)框圖。
[0021]圖5是本實用新型水聲定位浮標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0023]本實用新型它包括水上綜合顯示控制平臺、水聲定位浮標(biāo)和無線通信設(shè)備，水聲定位浮標(biāo)和水上綜合顯示控制平臺之間通過無線通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0024]本實用新型的又一特征是水上綜合顯示控制平臺主控計算機(jī)、主控模塊、顯示器和鍵盤
[0025]鼠標(biāo)；主控模塊設(shè)于主控計算機(jī)內(nèi)，顯示器、鍵盤鼠標(biāo)和主控計算機(jī)連接，主控模塊用于該浮標(biāo)裝置管理、實時定位解算與顯示、信號綜合處理、數(shù)據(jù)后置處理。浮標(biāo)裝置管理包括系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)自檢和故障診斷、通信鏈路管理與數(shù)據(jù)報表。實時定位解算與顯示部分完成數(shù)據(jù)解密、定位解算和位置顯示、浮標(biāo)位置顯示與浮標(biāo)狀態(tài)顯示。信號綜合處理完成對瞬態(tài)信號的分析處理，包括:聲源級估算、包絡(luò)求解、濾波處理和頻譜分析等。數(shù)據(jù)后置處理部分包括聲線修正、軌跡回放。
[0026]本實用新型的又一特征是水聲定位浮標(biāo)包括浮標(biāo)電子倉9、通信電子倉6、電池組、信號處理模塊、數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊、水聽器12、水聲接收機(jī)、承重電纜11、浮體7、浮桿和浮球1，通信電子倉6設(shè)于浮桿頂端，浮標(biāo)電子倉9設(shè)于浮桿的末端，浮體7設(shè)于浮標(biāo)電子倉9和通信電子倉6之間的浮桿上，浮球I連接于浮桿上；浮標(biāo)電子倉9為一長腔體，電池組、信號處理模塊、數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊設(shè)于浮標(biāo)電子倉9的長腔體內(nèi)；水聽器12通過承重電纜11系與浮標(biāo)電子倉9下部，水聽器12通過水聲接收機(jī)與信號處理模塊連接，數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊與信號處理模塊連接，信號處理模塊上接有電池組；水聽器接收目標(biāo)的瞬態(tài)信號，信號處理模塊完成瞬態(tài)信號的處理過程，數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊完成瞬態(tài)信號的記錄；水聲定位浮標(biāo)上設(shè)有GPS天線5及接收模塊。[0027]本實用新型的又一特征是水聲定位浮標(biāo)有四套，各水聲定位浮標(biāo)之間通過GPS時間信息和IPPS信號完成浮標(biāo)陣之間的同步。
[0028]本實用新型的又一特征是承重電纜末端連接有鉛錨13，浮球下系有系索2，系索2上系有定位錨3。
[0029]本實用新型的又一特征是通信電子倉上設(shè)有擴(kuò)頻天線4、擴(kuò)頻通信模塊、GPS天線5和GPS接收模塊；擴(kuò)頻天線與擴(kuò)頻通信模塊連接，GPS天線和GPS接收模塊連接。
[0030]本實用新型的又一特征是浮標(biāo)電子倉底部設(shè)有錨環(huán)10，浮體上設(shè)有水位線8。
[0031]本實用新型的電池組和電源管理部分為系統(tǒng)各個部分提供了高效的電源，整個電源管理分成電池組和電源轉(zhuǎn)換兩個部分，在各部分電源之間加了保護(hù)二極管，以減小各部分之間的相互影響。低噪聲高精度的水聲接收機(jī)完成水聽器接收到的微弱信號放大、濾波和采樣。用外部看門狗電路監(jiān)控整個系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊完成原始數(shù)據(jù)或處理后數(shù)據(jù)的存儲；信號處理模塊通過對水聲信號的處理獲得異步時延數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信模塊和DSP的數(shù)據(jù)接口采用了網(wǎng)絡(luò)接口。DSP的EBIU接口通過一個接口轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)成LAN接口之后接到擴(kuò)頻通信模塊上。GPS接收模塊為定位浮標(biāo)提供了位置信息和Ipps秒脈沖信號，GPS接收模塊和外接到DSP的SPI轉(zhuǎn)UART芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。水聲浮標(biāo)的信號處理模塊采用的DSP軟件架構(gòu)，采用分層、模塊化設(shè)計。從系統(tǒng)架構(gòu)上共分成四層:操作系統(tǒng)層UClinux內(nèi)核)、硬件驅(qū)動層、協(xié)議層及應(yīng)用程序?qū)印?br> [0032]本實用新型利用GPS浮標(biāo)構(gòu)成水下定位框架，測量水下目標(biāo)的聲波信號來解算目標(biāo)方位，并將解算結(jié)果傳輸?shù)街骺赜嬎銠C(jī)進(jìn)行綜合解算并實時顯示目標(biāo)軌跡，本實用新型的這種長基線定位系統(tǒng)，具有定位精度高、作用距離遠(yuǎn)、可靠性好等特點(diǎn)。水上主控計算機(jī)監(jiān)測浮標(biāo)所在GPS位置，利用浮標(biāo)分系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)和浮標(biāo)GPS位置通過幾何交匯原理解算目標(biāo)位置。當(dāng)目標(biāo)深度先驗已知時，利用三個浮標(biāo)的信息即可定位，冗余浮標(biāo)信息用于剔解不合理解及實現(xiàn)多解的加權(quán)平均。本實用新型的GPS定位浮標(biāo)結(jié)合無線通信技術(shù)，用戶可以方便的實時訪問浮標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及實現(xiàn)實時傳輸數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置，其特征在于它包括水上綜合顯示控制平臺、水聲定位浮標(biāo)和無線通信設(shè)備，水聲定位浮標(biāo)和水上綜合顯示控制平臺之間通過無線通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置，其特征在于水上綜合顯示控制平臺包括主控計算機(jī)、主控模塊、顯示器和鍵盤鼠標(biāo)；主控模塊設(shè)于主控計算機(jī)內(nèi)，顯示器、鍵盤鼠標(biāo)和主控計算機(jī)連接，主控模塊用于該浮標(biāo)裝置管理、實時定位解算與顯示、信號綜合處理、數(shù)據(jù)后置處理。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置，其特征在于水聲定位浮標(biāo)包括浮標(biāo)電子倉、通信電子倉、電池組、信號處理模塊、數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊、水聽器、水聲接收機(jī)、承重電纜、浮體、浮桿和浮球，通信電子倉設(shè)于浮桿頂端，浮標(biāo)電子倉設(shè)于浮桿的末端，浮體設(shè)于浮標(biāo)電子倉和通信電子倉之間的浮桿上，浮球連接于浮桿上；浮標(biāo)電子倉為一長腔體，電池組、信號處理模塊、數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊設(shè)于浮標(biāo)電子倉的長腔體內(nèi)；水聽器通過承重電纜系與浮標(biāo)電子倉下部，水聽器通過水聲接收機(jī)與信號處理模塊連接，數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊與信號處理模塊連接，信號處理模塊上接有電池組；水聽器接收目標(biāo)的瞬態(tài)信號，信號處理模塊完成瞬態(tài)信號的處理過程，數(shù)據(jù)內(nèi)記模塊完成瞬態(tài)信號的記錄；水聲定位浮標(biāo)上設(shè)有GPS天線及接收模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置，其特征在于水聲定位浮標(biāo)有四套，各水聲定位浮標(biāo)之間通過GPS時間信息和IPPS信號完成浮標(biāo)陣之間的同止/J/ O
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置，其特征在于承重電纜末端連接有鉛錨，浮球下系有系索，系索上系有定位錨。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置，其特征在于通信電子倉上設(shè)有擴(kuò)頻天線、擴(kuò)頻通信模塊、GPS天線和GPS接收模塊；擴(kuò)頻天線與擴(kuò)頻通信模塊連接，GPS天線和GPS接收模塊連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)和GPS智能定位的浮標(biāo)裝置，其特征在于浮標(biāo)電子倉底部設(shè)有錨環(huán)，浮體上設(shè)有水位線。
【文檔編號】G01S19/48GK203714144SQ201420011465
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】黃敏燕, 尹彩玲, 傅建華, 馮海泓, 沈中 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所嘉興工程中心