聲信標(biāo)連續(xù)精確對時測距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種聲信標(biāo)軌跡測量精確度的方法，屬于水聲工程和聲吶信號處理領(lǐng)域，主要用于聲信標(biāo)運動過程中的軌跡測量裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]水下同步信標(biāo)軌跡和位置指示系統(tǒng)是水下作業(yè)重要輔助設(shè)備，通過該系統(tǒng)安裝于水下平臺上的聲信標(biāo)和單臺吊放于水下的聲信標(biāo)測量裝置的配合使用，可連續(xù)跟蹤水下平臺的運動過程，實時指示出位置，繪制其二維運動軌跡，并具備對靜止平臺長期的位置指示功能。目的在于改善對水下平臺信息匱乏、入水后“兩眼一抹黑”的現(xiàn)狀，提高水下設(shè)備的安全性。
[0003]聲信標(biāo)安裝于水下平臺無遮擋位置處，入水前由手持式北斗/GPS時鐘同步裝置同步發(fā)射脈沖，并啟動聲信標(biāo)信號源工作。產(chǎn)品入水后由聲信標(biāo)自帶的壓力傳感器根據(jù)水壓啟動發(fā)射聲脈沖信號，水深小于設(shè)定深度時，自動關(guān)閉聲信號發(fā)射，以保護發(fā)射換能器不受損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]對于水下是高速運動目標(biāo)，若要實現(xiàn)連續(xù)準確定位，必須在其運動過程中能夠盡量多的得到更多運動軌跡的樣本空間，才能實現(xiàn)軌跡的連續(xù)穩(wěn)定跟蹤。
[0006]在大多數(shù)情況下，北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平可以有效穩(wěn)定輸出，但如果使用地區(qū)北斗/GPS信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)北斗/GPS時鐘同步裝置輸出PPS同步電平不連續(xù)的狀況。水下平臺整個航程周期相對時間短，且運動速度高，如果在使用過程中出現(xiàn)PPS同步電平輸出不連續(xù)的情況，會導(dǎo)致水下同步信標(biāo)位置指示系統(tǒng)在測量水下運動平臺軌跡時丟失多個周期數(shù)據(jù)，導(dǎo)致最后測量的運動軌跡不能真實反映出運動平臺的實際運動軌跡，測量達不到預(yù)期效果。本發(fā)明正是針對這種情況，提出一種聲信標(biāo)連續(xù)精確對時測距方法，以解決北斗/GPS時鐘同步裝置輸出PPS同步電平不連續(xù)情況下測量平臺運動軌跡不完整的問題。
[0007]技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種聲信標(biāo)連續(xù)精確對時測距方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1、發(fā)送工作命令；
[0010]水下同步信標(biāo)位置指示系統(tǒng)上電后，等待顯控系統(tǒng)發(fā)送工作指令后開始正式工作；
[0011]在顯控系統(tǒng)未發(fā)出的工作命令時繼續(xù)步驟I ;
[0012]若系統(tǒng)上電后首次接收到工作命令進行步驟2 ;
[0013]若系統(tǒng)上電后非首次接收到工作命令進行步驟3 ；
[0014]步驟2、等待北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平；
[0015]該方法采用北斗/GPS時鐘同步裝置輸出PPS同步電平作為兩個不同地方使用的系統(tǒng)的統(tǒng)一時間標(biāo)準，因此在開始周期工作前，北斗/GPS時鐘同步裝置至少有一次準確的PPS同步電平輸出；
[0016]在未輸出PPS同步電平時繼續(xù)步驟2 ；
[0017]接收到輸出PPS同步電平信號后進行步驟3 ；
[0018]步驟3、DSP時鐘計數(shù)器清零；
[0019]由于水下同步信標(biāo)軌跡和位置指示系統(tǒng)使用環(huán)境和條件未知，如果由于建筑遮擋或者天氣等條件影響，會導(dǎo)致北斗/GPS時鐘同步裝置接收到的北斗/GPS信號不穩(wěn)定，此時北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS脈沖信號將會出現(xiàn)不連續(xù)狀況。如果在北斗/GPS信號不穩(wěn)定的情況下，單獨采用北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平信號作為水下同步信標(biāo)軌跡和位置指示系統(tǒng)周期開始標(biāo)志將會導(dǎo)致工作周期不連續(xù)的情況出現(xiàn)。
[0020]水下接收裝置濕端采用DSP對接收信號進行處理，DSP中有自帶的時鐘系統(tǒng)，本方法利用DSP自帶高精度時鐘系統(tǒng)對信號接收周期計時，并與北斗/GPS時鐘同步裝置輸出PPS同步電平實時同步后，保證了時鐘系統(tǒng)周期計數(shù)的精度。將高精度的DSP時鐘計數(shù)器作為周期開始標(biāo)志的備用標(biāo)志信號，從而保證了在北斗/GPS信號不穩(wěn)定的情況下，水下同步信標(biāo)軌跡和位置指示系統(tǒng)能夠連續(xù)按照設(shè)定周期工作。
[0021]由于北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平是所有設(shè)備的時間基準，因此在DSP判斷接收到PPS同步電平后，需要對DSP時鐘計數(shù)器進行清零操作，并開始新的周期計數(shù)，確保DSP時鐘計數(shù)的周期時間與北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平高度同步；
[0022]若DSP在計數(shù)周期完成時沒收到PPS同步電平，則說明由于外界環(huán)境原因?qū)е略撝芷诒倍?GPS時鐘同步裝置接收到的北斗/GPS信號強度較弱而未能輸出PPS同步電平，DSP時鐘信號作為備用周期開始標(biāo)志信號開始執(zhí)行任務(wù)，此時DSP時鐘計數(shù)器觸發(fā)系統(tǒng)開始新周期工作，同時對時鐘脈沖計數(shù)器進行清零操作，并開始新周期計時；
[0023]步驟4、AD周期數(shù)據(jù)采集
[0024]DSP在計數(shù)器清零后開始進行周期數(shù)據(jù)采集，接收在該同步接收周期內(nèi)的水下信號，并對該周期AD數(shù)據(jù)進行檢測。
[0025]步驟5、測量裝置對聲信標(biāo)距離的計算
[0026]聲信標(biāo)在入水工作前通過北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平同步音標(biāo)信號發(fā)射時刻，按照工作設(shè)定，聲信標(biāo)以固定的周期和脈寬發(fā)射音標(biāo)信號。測量裝置同樣在開始工作前通過北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平同步觸發(fā)采樣，然后按照工作設(shè)定，通過一個周期內(nèi)檢測到音標(biāo)信號的時刻t來計算目標(biāo)距離L，計算公式為下式。
[0027]L = tXc
[0028]其中c為聲速。
[0029]完成水下運動平臺位置定位后開始等待下周期工作命令。
[0030]有益效果:
[0031]該方法在保持硬件不變的前提下，利用北斗/GPS時鐘同步裝置輸出脈沖信號和DSP時鐘計數(shù)器雙重控制，并設(shè)定兩個控制周期的優(yōu)先級等條件，保證了北斗/GPS時鐘同步裝置輸出定時脈沖信號的精度，實現(xiàn)了對水下運動平臺的長時有效監(jiān)控。對水下平臺運動軌跡能保證有最大采樣點數(shù)實現(xiàn)長時間內(nèi)軌跡的曲線擬合。實現(xiàn)了在最差條件下，即北斗/GPS時鐘同步裝置接收北斗/GPS信號較弱導(dǎo)致輸出時鐘脈沖信號不連續(xù)的狀態(tài)下、以及工作中暫停后又重新啟動的狀態(tài)，水下同步信標(biāo)軌跡和位置指示系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、連續(xù)工作。實現(xiàn)了在各種條件下，對水下運動平臺長時間的精確、連續(xù)監(jiān)控，有利于水下運動平臺的長期安全工作。
【附圖說明】
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[0032]圖1是水下同步信標(biāo)軌跡和位置指示系統(tǒng)組成示意圖
[0033]圖2是實施例中北斗/GPS時鐘同步裝置輸出PPS同步電平周期示意圖
[0034]圖3是本發(fā)明提出的聲信標(biāo)連續(xù)精確對時測距方法流程圖
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明:
[0036]實施例:
[0037]步驟1、發(fā)送工作命令
[0038]水下同步信標(biāo)位置指示系統(tǒng)上電后，等待顯控系統(tǒng)發(fā)送工作指令后開始正式工作。在顯控系統(tǒng)未發(fā)出的工作命令時處于等待命令狀態(tài)。
[0039]步驟2、等待北斗/GPS時鐘同步裝置輸出PPS同步電平
[0040]采用北斗/GPS時鐘同步裝置輸出PPS同步電平作為兩個不同地方使用的系統(tǒng)的統(tǒng)一時間標(biāo)準，保證兩個設(shè)備均在同一時間基準下工作。利用聲波傳播距離與時間的關(guān)系確定目標(biāo)的距離，根據(jù)檢測信息確定目標(biāo)的方位。在開始周期工作前，北斗/GPS時鐘同步裝置至少有一次準確的PPS同步電平輸出；在系統(tǒng)上電后首次接到工作命令時，必須等待北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平觸發(fā)后才開始正式周期性工作，若沒有接收到PPS同步電平，則一直處于等待同步電平狀態(tài)。
[0041 ] 步驟3、DSP時鐘計數(shù)器清零
[0042]若DSP判斷接收到PPS同步電平后，對時鐘脈沖計數(shù)器進行清零操作，并開始計數(shù)到周期需要時間。PPS同步電平觸發(fā)中斷優(yōu)先級高于時鐘計數(shù)中斷優(yōu)先級，保證在PPS同步電平觸發(fā)后及時將計數(shù)周期清零并重新開始計數(shù)，保證時間一致性和精度。
[0043]若DSP在計數(shù)周期完成后沒收到PPS同步電平，則說明該周期北斗/GPS時鐘同步裝置未輸出PPS同步電平，此時DSP時鐘計數(shù)器觸發(fā)系統(tǒng)開始新周期工作，同時對時鐘脈沖計數(shù)器進行清零操作，并開始新周期計時。
[0044]步驟4、AD周期數(shù)據(jù)采集
[0045]DSP在計數(shù)器清零后開始進行周期數(shù)據(jù)采集，接收在該同步接收周期內(nèi)的水下信號。根據(jù)接收到的AD數(shù)據(jù)對該周期進行檢測，判斷是否有聲信標(biāo)發(fā)出的周期脈沖信號。若檢測到聲信標(biāo)發(fā)出的信號，則對目標(biāo)信息進行分析確認和解算。
[0046]步驟5、測量裝置對聲信標(biāo)距離的計算
[0047]聲信標(biāo)在入水工作前通過北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平同步音標(biāo)信號發(fā)射時刻，按照工作設(shè)定，聲信標(biāo)以固定的周期和脈寬發(fā)射音標(biāo)信號。測量裝置同樣在開始工作前通過北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平同步觸發(fā)采樣，然后按照工作設(shè)定，測量裝置以5ms為一幀，逐幀進行檢測，通過一個周期內(nèi)檢測到音標(biāo)信號的時刻t來計算目標(biāo)距離L，計算公式為下式。
[0048]L = t X c
[0049]其中c為聲速。
[0050]完成水下運動平臺位置定位后開始等待下周期工作命令。
【主權(quán)項】
1.一種聲信標(biāo)連續(xù)精確對時測距方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、發(fā)送工作命令； 水下同步信標(biāo)位置指示系統(tǒng)上電后，等待顯控系統(tǒng)發(fā)送工作指令后開始正式工作； 在顯控系統(tǒng)未發(fā)出的工作命令時繼續(xù)步驟I ; 若系統(tǒng)上電后首次接收到工作命令進行步驟2 ; 若系統(tǒng)上電后非首次接收到工作命令進行步驟3 ; 步驟2、等待北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平； 在未輸出PPS同步電平時繼續(xù)步驟2 ； 接收到輸出PPS同步電平信號后進行步驟3 ; 步驟3、DSP時鐘計數(shù)器清零； 在DSP判斷接收到PPS同步電平后，對DSP時鐘計數(shù)器進行清零操作，并開始新的周期計數(shù)，確保DSP時鐘計數(shù)的周期時間與北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平高度同步； 若DSP在計數(shù)周期完成時沒收到PPS同步電平，DSP時鐘計數(shù)器觸發(fā)系統(tǒng)開始新周期工作，同時對時鐘脈沖計數(shù)器進行清零操作，并開始新周期計時； 步驟4、AD周期數(shù)據(jù)采集 DSP在計數(shù)器清零后開始進行周期數(shù)據(jù)采集，接收在該同步接收周期內(nèi)的水下信號，并對該周期AD數(shù)據(jù)進行檢測； 步驟5、測量裝置對聲信標(biāo)距離的計算 聲信標(biāo)在入水工作前通過北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平同步音標(biāo)信號發(fā)射時刻，按照工作設(shè)定，聲信標(biāo)以固定的周期和脈寬發(fā)射音標(biāo)信號；測量裝置同樣在開始工作前通過北斗/GPS時鐘同步裝置輸出的PPS同步電平同步觸發(fā)采樣，然后按照工作設(shè)定，通過一個周期內(nèi)檢測到音標(biāo)信號的時刻t來計算目標(biāo)距離L，計算公式為下式: L = tXc 其中C為聲速。
【專利摘要】本發(fā)明提出了聲信標(biāo)連續(xù)精確對時測距方法，在保持硬件不變的前提下，利用北斗/GPS脈沖信號和DSP時鐘計數(shù)器雙重控制，并設(shè)定兩個控制周期的優(yōu)先級等條件，保證了北斗/GPS輸出定時脈沖信號的精度，實現(xiàn)了對水下運動平臺的長時有效監(jiān)控。對水下平臺運動軌跡能保證有最大采樣點數(shù)實現(xiàn)長時間內(nèi)軌跡的曲線擬合。實現(xiàn)了在最差條件下，即北斗/GPS信號較弱導(dǎo)致輸出時鐘脈沖信號不連續(xù)的狀態(tài)下、以及工作中暫停后又重新啟動的狀態(tài)，水下同步信標(biāo)軌跡和位置指示系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、連續(xù)工作。實現(xiàn)了在各種條件下，對水下運動平臺長時間的精確、連續(xù)監(jiān)控，有利于水下運動平臺的長期安全工作。
【IPC分類】G04R20-02, G01S15-08
【公開號】CN104614727
【申請?zhí)枴緾N201510056680
【發(fā)明人】周晶, 楊曉亮, 岳玲, 程學(xué)峰
【申請人】中國船舶重工集團公司第七〇五研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月4日