侧扫声纳水下高精度定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种侧扫声纳水下高精度定位系统及方法，该系统包括测量船、拖鱼和超短基线定位模块，所述测量船上设有GPS单元和控制单元，所述控制单元分别连接所述GPS单元和超短基线定位模块；所述超短基线定位模块用以确定所述拖鱼或其上特定部件相对于所述测量船的相对三维位置坐标；所述控制单元用以：利用所述GPS单元确定所述测量船的位置坐标；依据所述相对三维位置坐标和测量船的位置坐标，对所述拖鱼进行定位，得到定位信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下定位领域，尤其涉及一种侧扫声纳水下高精度定位系统及方法。
技术介绍
侧扫声呐具有高分辨率及实时图像显示功能，能较准确地判别海底目标特征，探明障碍物的形状、大小、出露高度、大致性质和海底底质类型概况,其在施工检测方面扮演着非常重要的角色。目前，用于水下目标扫测的侧扫声纳多采用船尾拖曳式，拖曳绳索的长度根据水深的不同有5m、20m、50m也可能更长，这种作业方式无法实时获取水下拖鱼的动态位置，多通过与GPS天线的相对关系采用经验性的简单估算来确定侧扫声纳水下拖鱼的位置，这种方式所扫测的水下目标的定位精度不可能很高，加之受风浪、水流作用，用于侧扫作业的拖鱼会在水中做无规则的运动，最终导致测量定位的精度要在1米或数米以上，无法满足实际的生产需要，往往还需要采用其它的测量技术手段进一步确认，这就会造成经济与时间成本的浪费，如何提高拖鱼的定位精度是一个难点。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种侧扫声纳水下高精度定位系统，包括测量船、拖鱼和超短基线定位模块，所述测量船上设有GPS单元和控制单元，所述控制单元分别连接所述GPS单元和超短基线定位模块；所述超短基线定位模块用以确定所述拖鱼或其上特定部件相对于所述测量船的相对三维位置坐标；所述控制单元用以：利用所述GPS单元确定所述测量船的位置坐标；依据所述相对三维位置坐标和测量船的位置坐标，对所述拖鱼进行定位，得到定位信息。可选的，所述超短基线定位模块包括设于所述测量船的发射接收单元以及设于所述拖鱼上的水下应答信标；所述发射接收单元与水下应答信标通讯，进而：所述发射接收单元用以：发出声波信号，并接收所述水下应答信标反馈的回声信号；通过所述回声信号确定所述水下应答信标相对所述发射接收单元的斜距值，进而得到所述水下应答信标相对于所述发射接收单元的所述相对三维坐标位置；所述控制单元还用以：依据所述相对三维坐标位置和测量船的位置坐标，确定所述水下应答信标的位置，进而对所述拖鱼进行定位，得到定位信息。可选的，所述发射接收单元包括声波发射模块、声波接收模块，分别用以发射声波至所述水下定位信标，以及接收自所述水下定位信标反馈而来的回声信号。可选的，所述发射接收单元还包括用以确定自身方向信息的磁罗盘和确定自身姿态信息的姿态传感器，所述水下应答信标相对于所述发射接收单元的相对三维坐标位置依据所述自身方向信息、自身姿态信息以及所述斜距值得到。可选的，所述水下应答信标设于所述拖鱼的中心位置。可选的，所述拖鱼上设有连杆结构，所述测量船与连杆结构之间通过拖缆连接，且使得所述水下应答信标能够绕所述拖鱼的中心转动，其中，转动角度不超出预设值的范围。本专利技术还提供了一种侧扫声纳水下高精度定位方法，包括如下步骤：S0：提供测量船、拖鱼以及超短基线定位模块，所述测量船上设有GPS单元；S1：利用所述超短基线定位模块确定所述拖鱼或拖鱼上特定部件相对所述测量船的相对三维坐标位置；S2：依据所述相对三维位置坐标以及所述GPS单元确定所述测量船的位置坐标，对所述拖鱼进行定位，得到定位信息。可选的，所述超短基线定位模块包括设于所述测量船的发射接收单元以及设于所述拖鱼上的水下应答信标；步骤S1具体包括：S11：所述发射接收单元发出声波信号，并接收所述水下应答信标反馈的回声信号；S12：通过所述回声信号确定所述水下应答信标相对所述发射接收单元的斜距值，进而得到所述水下应答信标相对于所述发射接收单元的所述相对三维坐标位置。可选的，在所述步骤S3后，还包括：将步骤S2定位的结果与RTK测量系统的定位结果相比对，验证定位精度。可选的，在所述步骤S3后，还包括：将所得到的定位信息进行坐标转换，以得到符合施工要求的坐标数据。本专利技术创新性地提出将超短基线接入侧扫声纳，两种系统有效集成，可实时测量水下拖鱼的动态位置。侧扫作业时，将信标直接固定在拖鱼上，通过超短基线发射接收单元接受固定在拖鱼中心信标的定位信息，从而为拖鱼提供的精确定位信息。目标的坐标位置不再直接由GPS提供，而是利用超短基线测量来提供，测量位置的精度主要取决于超短基线的测量精度。附图说明图1是现有技术中侧扫声纳定位的示意图；图2是本专利技术一可选实施例中侧扫声纳水下高精度定位系统的示意图；图3是本专利技术一可选实施例中水下应答信标的安装示意图；图4是本专利技术可选实施例中定位结果与现有技术中定位结果的比较示意图；图中，1-测量船；2-拖鱼；3-GPS单元；4-发射接收单元；5-水下应答信标；6-。具体实施方式以下将结合图1至图3对本专利技术提供的侧扫声纳水下高精度定位系统进行详细的描述，其为本专利技术可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本专利技术精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。请参考图1至图3，本专利技术提供了一种侧扫声纳水下高精度定位系统，包括测量船1、拖鱼2和超短基线定位模块，所述测量船1上设有GPS单元3和控制单元，所述控制单元分别连接所述GPS单元3和超短基线定位模块；所述超短基线定位模块用以确定所述拖鱼2或其上特定部件相对于所述测量船1的相对三维位置坐标；所述控制单元用以：利用所述GPS单元3确定所述测量船1的位置坐标；依据所述相对三维位置坐标和测量船1的位置坐标，对所述拖鱼2进行定位，得到定位信息。有关所述超短基线定位模块：所述超短基线定位模块包括设于所述测量船1的发射接收单元4以及设于所述拖鱼2上的水下应答信标5；所述发射接收单元4与水下应答信标5通讯，进而：所述发射接收单元4用以：发出声波信号，并接收所述水下应答信标5反馈的回声信号；通过所述回声信号确定所述水下应答信标5相对所述发射接收单元4的斜距值，进而得到所述水下应答信标5相对于所述发射接收单元4的所述相对三维坐标位置；也可描述为：发射接收单元4接收来自水下应答信标5发出的信号，测出发射接收单元4与信标的斜距值，通过相应的短基线解算关系获得信标相对基阵的三维位置坐标。在超短基线定位模块的安装中，重点是对发射接收单元4的探头的安装，由于其作用是信号的发射接收，探头的安装要牢固、稳定，在距离发动机较远、噪声较小的地方。安装好后，接收固定在拖鱼2上的信标所发出的回声信号进行定位。所述控制单元还用以：依据所述相对三维坐标位置和测量船1的位置坐标，确定所述水下应答信标5的位置，进而对所述拖鱼2进行定位，得到定位信息。所述发射接收单元4包括声波发射模块、声波接收模块，分别用以发射声波至所述水下定位信标，以及接收自所述水下定位信标反馈而来的回声信号。本专利技术可选的实施例中，，所述发射接收单元4还包括用以确定自身方向信息的磁罗盘和确定自身姿态信息的姿态传感器，所述水下应答信标5相对于所述发射接收单元4的相对三维坐标位置依据所述自身方向信息、自身姿态信息以及所述斜距值得到。内置了磁罗盘和姿态传感器.本专利技术优选的实施例中，所述水下应答信标5设于所述拖鱼2的中心位置。进一步可选的方案中，所述拖鱼上设有连杆结构，所述测量船1与连杆结构之间通过拖缆6连接，且使得所述水下应答信标5能够绕所述拖鱼2的中心转动，其中，转动角度不超出预设值的范围。具体来说，为不影响侧扫拖鱼测量时的姿态并保证定位数据信息充分反映拖鱼的真实位置，水下信标采用活节固定方式安装在拖鱼与拖缆相连杆上，侧扫作业时，将信标随连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侧扫声纳水下高精度定位系统，其特征在于：包括测量船、拖鱼和超短基线定位模块，所述测量船上设有GPS单元和控制单元，所述控制单元分别连接所述GPS单元和超短基线定位模块；所述超短基线定位模块用以确定所述拖鱼或其上特定部件相对于所述测量船的相对三维位置坐标；所述控制单元用以：利用所述GPS单元确定所述测量船的位置坐标；依据所述相对三维位置坐标和测量船的位置坐标，对所述拖鱼进行定位，得到定位信息。

【技术特征摘要】
1.一种侧扫声纳水下高精度定位系统，其特征在于：包括测量船、拖鱼和超短基线定位模块，所述测量船上设有GPS单元和控制单元，所述控制单元分别连接所述GPS单元和超短基线定位模块；所述超短基线定位模块用以确定所述拖鱼或其上特定部件相对于所述测量船的相对三维位置坐标；所述控制单元用以：利用所述GPS单元确定所述测量船的位置坐标；依据所述相对三维位置坐标和测量船的位置坐标，对所述拖鱼进行定位，得到定位信息。2.如权利要求1所述的侧扫声纳水下高精度定位系统，其特征在于：所述超短基线定位模块包括设于所述测量船的发射接收单元以及设于所述拖鱼上的水下应答信标；所述发射接收单元与水下应答信标通讯，进而：所述发射接收单元用以：发出声波信号，并接收所述水下应答信标反馈的回声信号；通过所述回声信号确定所述水下应答信标相对所述发射接收单元的斜距值，进而得到所述水下应答信标相对于所述发射接收单元的所述相对三维坐标位置；所述控制单元还用以：依据所述相对三维坐标位置和测量船的位置坐标，确定所述水下应答信标的位置，进而对所述拖鱼进行定位，得到定位信息。3.如权利要求2所述的侧扫声纳水下高精度定位系统，其特征在于：所述发射接收单元包括声波发射模块、声波接收模块，分别用以发射声波至所述水下定位信标，以及接收自所述水下定位信标反馈而来的回声信号。4.如权利要求2或3所述的侧扫声纳水下高精度定位系统，其特征在于：所述发射接收单元还包括用以确定自身方向信息的磁罗盘和确定自身姿态信息的姿态传感器，所述水下应答信标相对于所述发射接收单元的相对三维坐标位置依据所述自身方向信息、自身姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立文，刘宏，李海晶，张所光，朱海，赵启忠，赵志冲，陈泽栋，宋羡，万立健，仲丛宏，赵元生，
申请(专利权)人：上海达华测绘有限公司，中交第三航务工程局有限公司上海分公司，
类型：发明
国别省市：上海;31