【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据采集，尤其涉及航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统。
技术介绍
1、声呐浮标作为一种重要的水下探测设备，广泛应用于海洋调查、军事侦察以及海洋资源的勘探。传统的声呐浮标通常通过船舶或无人设备进行投放，并依赖单一的声波发射和回波接收进行定位和数据采集。这种系统存在几个显著的技术瓶颈，限制了其在广域复杂水域中的应用。
2、首先，传统的浮标投放系统主要依赖船舶平台，由于船舶航速和灵活性受限，导致浮标布设的效率较低，难以在短时间内覆盖大范围的水域。而且，在风浪较大的海域，浮标的投放精度大大降低，容易导致浮标偏离预定位置，影响数据采集的效果。
3、其次，现有的单浮标定位方式在精度和覆盖范围上存在明显局限性，尤其是在多浮标协同定位和多点数据采集方面表现不佳。水下环境复杂多变，单浮标的定位容易受到噪声干扰和信号衰减的影响，难以实现高精度的目标探测。此外，传统浮标系统的数据传输通常依赖于低带宽无线电或卫星通信技术，传输速率低，延迟大，难以满足实时数据传输的需求。
技术实现思路
1、本专利技术提供了航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统。
2、航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，包括多个声呐浮标、投放装置、定位模块、数据采集模块、通信模块以及控制模块，各模块之间相互协同，具体包括：
3、声呐浮标：所述声呐浮标配备高灵敏度的声呐探测设备，用于实时检测和收集水下声波信号，并基于多点定位技术进行目标定位，声呐浮标通过与其他浮标相互传递信号，实
4、投放装置：所述投放装置由无人机或有人机平台携带，通过预设航线将浮标精确投放至目标区域，投放装置与控制模块相连接，根据环境变化调整浮标投放的速度、角度和深度；
5、定位模块：定位模块基于gps/北斗系统进行全球定位，并结合声波信号反射回波分析，精确计算浮标的实时位置，通过多浮标间的相对位置计算，定位模块还通过无线通信网络实时调整浮标的相对位置；
6、数据采集模块：数据采集模块与声呐浮标中的传感器相连接，实时采集水下环境数据，包括目标位置、海洋环境参数以及声波回波特性，数据采集模块根据环境变化进行动态调整，选择最优频段和采样率以提高数据质量；
7、通信模块：通信模块基于卫星通信技术，浮标与指挥中心通过低延时的无线链路进行数据交互，确保实时通信，通信模块采用自适应带宽管理机制，自动分配数据传输的优先级。
8、控制模块：控制模块通过智能算法实现多浮标协同调度，根据采集的数据进行动态调整，优化浮标的布设密度和采集策略。
9、可选的，所述投放装置包括机载投放系统、稳定控制单元和环境感知模块，所述机载投放系统安装在无人机或固定翼飞机上，稳定控制单元通过自动飞行控制算法实时调整飞行姿态和投放角度，确保浮标在投放过程中始终保持稳定，环境感知模块内置高精度气压计、温度传感器、湿度传感器以及风速传感器，通过实时采集飞行高度、气压、温度和风速参数，结合浮标重量和气动模型，计算浮标投放的最佳角度和速度，以保证浮标在复杂气象条件下的精确落点。
10、可选的，所述声呐浮标包括浮体、声呐发射模块、声呐接收模块、gps定位模块和电源管理模块，所述浮体由高强度耐腐蚀复合材料制成，声呐发射模块采用固定频率的声波发射装置，发射频率为50khz，声波信号能够穿透1000米深度的海水，声呐接收模块配备了全方位声波接收装置，具备360度全向声波接收能力，并通过集成的信号处理芯片实时分析接收到的声波信号，gps定位模块以±1米的精度确定浮标位置，电源管理模块采用高效太阳能供电系统，确保浮标在长时间作业中具备持续电力供应。
11、可选的，所述数据采集模块与声呐浮标的声呐接收模块直接连接，采集并处理浮标周围水域的声波反射信号，所述数据采集模块内部集成多通道信号分析芯片，支持多频段声波信号的同时采集与处理，最大采样频率为100khz，数据采集模块内部还配备有多维数据处理单元，对采集到的信号进行实时滤波、降噪。
12、可选的，所述定位模块通过结合gps定位与多浮标之间的无线电测距技术，确定每个声呐浮标的精确三维位置。
13、可选的，所述定位模块使用基于三角测量法的多点定位算法，能够在水下环境中实现亚米级定位精度，定位模块还包括自动校准功能，在多浮标同时工作的情况下，通过实时更新相对位置数据，不断优化定位结果。
14、可选的，所述控制模块包括浮标调度单元和故障检测单元，浮标调度单元通过优化算法，实时计算多浮标在不同水域中的最佳分布位置，以确保声呐探测的覆盖范围最大化，故障检测单元采用自诊断技术，通过实时监控各个浮标的工作状态，判断浮标是否发生故障，若检测到单个浮标失效，故障检测单元立即触发备用浮标投入工作，并通过浮标调度单元重新分配任务，以保证数据采集任务的连续性和完整性。
15、本专利技术的有益效果：
16、本专利技术，通过结合机载投放系统、稳定控制单元和环境感知模块，解决了现有技术中浮标投放精度不足的问题，投放装置不仅能够在复杂气象条件下通过实时监测环境参数(如风速、气压等)调整投放策略，还能够结合浮标的气动模型和重量，精确计算投放的角度与速度，确保了浮标能够准确到达预定位置，无论是在海洋深处还是在强风浪环境下，均能保证浮标稳定布设，为后续的声呐定位和数据采集提供了可靠保障。
17、本专利技术，通过结合声呐浮标的多频段声波发射与接收模块、gps定位模块以及基于无线电测距技术的多浮标协同定位算法，实现了亚米级的三维空间定位，与传统单浮标定位方式相比，本系统的多点协同定位大幅提高了水下目标的探测精度，尤其是在复杂水域或海洋环境下，该技术能够通过多浮标间的动态调整，确保定位和探测的精度始终保持在高水平。
18、本专利技术，通过采用基于5g卫星通信技术的通信模块，解决了传统声呐浮标系统数据传输过程中延迟过大、信号不稳定的问题，该模块不仅具备自动调节传输速率功能，在数据量大或信号弱的情况下，仍能保持稳定的数据传输。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，包括多个声呐浮标、投放装置、定位模块、数据采集模块、通信模块以及控制模块，各模块之间相互协同，具体包括：
2.根据权利要求1所述的航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，所述投放装置包括机载投放系统、稳定控制单元和环境感知模块，所述机载投放系统安装在无人机或固定翼飞机上，稳定控制单元通过自动飞行控制算法实时调整飞行姿态和投放角度，确保浮标在投放过程中始终保持稳定，环境感知模块内置高精度气压计、温度传感器、湿度传感器以及风速传感器，通过实时采集飞行高度、气压、温度和风速参数，结合浮标重量和气动模型，计算浮标投放的最佳角度和速度，以保证浮标在复杂气象条件下的精确落点。
3.根据权利要求1所述的航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，所述声呐浮标包括浮体、声呐发射模块、声呐接收模块、GPS定位模块和电源管理模块，所述浮体由高强度耐腐蚀复合材料制成，声呐发射模块采用固定频率的声波发射装置，发射频率为50kHz，声波信号能够穿透1000米深度的海水，声呐接收模块配备了全方位声波接收装置，具备3
4.根据权利要求1所述的航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，所述数据采集模块与声呐浮标的声呐接收模块直接连接，采集并处理浮标周围水域的声波反射信号，所述数据采集模块内部集成多通道信号分析芯片，支持多频段声波信号的同时采集与处理，最大采样频率为100kHz，数据采集模块内部还配备有多维数据处理单元，对采集到的信号进行实时滤波、降噪。
5.根据权利要求1所述的航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，所述定位模块通过结合GPS定位与多浮标之间的无线电测距技术，确定每个声呐浮标的精确三维位置。
6.根据权利要求5所述的航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，所述定位模块使用基于三角测量法的多点定位算法，能够在水下环境中实现亚米级定位精度，定位模块还包括自动校准功能，在多浮标同时工作的情况下，通过实时更新相对位置数据，不断优化定位结果。
7.根据权利要求1所述的航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，所述控制模块包括浮标调度单元和故障检测单元，浮标调度单元通过优化算法，实时计算多浮标在不同水域中的最佳分布位置，以确保声呐探测的覆盖范围最大化，故障检测单元采用自诊断技术，通过实时监控各个浮标的工作状态，判断浮标是否发生故障，若检测到单个浮标失效，故障检测单元立即触发备用浮标投入工作，并通过浮标调度单元重新分配任务，以保证数据采集任务的连续性和完整性。
...【技术特征摘要】
1.航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，包括多个声呐浮标、投放装置、定位模块、数据采集模块、通信模块以及控制模块，各模块之间相互协同，具体包括：
2.根据权利要求1所述的航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，所述投放装置包括机载投放系统、稳定控制单元和环境感知模块，所述机载投放系统安装在无人机或固定翼飞机上，稳定控制单元通过自动飞行控制算法实时调整飞行姿态和投放角度，确保浮标在投放过程中始终保持稳定，环境感知模块内置高精度气压计、温度传感器、湿度传感器以及风速传感器，通过实时采集飞行高度、气压、温度和风速参数，结合浮标重量和气动模型，计算浮标投放的最佳角度和速度，以保证浮标在复杂气象条件下的精确落点。
3.根据权利要求1所述的航空投放式声呐浮标定位与数据采集系统，其特征在于，所述声呐浮标包括浮体、声呐发射模块、声呐接收模块、gps定位模块和电源管理模块，所述浮体由高强度耐腐蚀复合材料制成，声呐发射模块采用固定频率的声波发射装置，发射频率为50khz，声波信号能够穿透1000米深度的海水，声呐接收模块配备了全方位声波接收装置，具备360度全向声波接收能力，并通过集成的信号处理芯片实时分析接收到的声波信号，gps定位模块以±1米的精度确定浮标位置，电源管理模块采用高效太阳能供电系统，确保浮标在长时间作业中具备持续电力供应。
4.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，陈航，郑琨，
申请(专利权)人：西安瑞祥深海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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