基于扩频通信的超短基线水声定位装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及水声定位与通信设备领域，公开了一种基于扩频通信的超短基线水声定位装置，包括甲板控制单元，超短基线声头，方位姿态参考单元，若干个水声应答器和GPS卫星。本实用新型专利技术采用扩频通信方式，可同时对多个水声应答器进行定位，缩短系统定位时间，提高工作效率；在超短基线声头垂直方向上设置一定的孔径尺寸，极大提高水平大开角方向上坐标定位精度；水声应答器组成一个无线网络，每一个都有其ID地址，采用码分多址系统可以为每个应答器分配各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息，在频率、时间和空间上都可以重叠，灵活有效地使用系统频带资源，可以扩展传输信号带宽，因而具有很强的抗干扰能力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及水声定位与通信设备领域，特别是涉及一种基于扩频通信的超短基线水声定位装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，水声定位技术在民用方面也得到了广泛的应用，例如海洋资源开发、水下油气管道的布设、水下电缆的铺设、水下救险、沉船打捞、潜水员定位以及航道异物清除等都要用到水声定位技术，为人类从事海洋活动提供了更广阔的前景。拥有全天候、高精度、高可靠性的水声定位系统也为人类的海洋资源开发提供了更加可靠的保障。 随着我国对海洋资源的开发和保护越来越重视，如目前的水下考古研究、各种海洋工程的建设、海洋油气和深海矿产资源的调查和开发等方面的投入日益加大，因而对海洋调查测量的精度和手段的要求也越来越高，高精度的定位系统是获取各种高精度测量数据的最基本保证。水声定位系统在海洋科学领域应用广泛，就目前的技术而言，水声定位和通信技术仍然是水下目标定位导航的主要方法，在海底需要定位的设备上绑缚若干水声应答器， 通过对应答器的询问，测定应答器应答信号的时延和相位差来确定自身的位置，从而实现定位导航精度高，具有便于操作，携带方便等特点。超短基线水声定位是水下目标定位与导航的重要设备，但是目前国内的超短基线系统大多或设备庞大、操作复杂，或定位范围小、精度低，很难真正满足使用需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是简化超短基线水声定位系统的结构和操作繁琐性，扩大其定位范围，提高定位精度。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供一种基于扩频通信的超短基线水声定位装置，其包括甲板控制单元，设置在工作船只上，用于发出控制命令给超短基线声头，接收超短基线声头、方位姿态参考单元和GPS卫星回传的信号，并处理该信号获得被定位目标的位直fe息；超短基线声头，固定安装在工作船只上，按照所述甲板控制单元的控制命令发出声信号给水声应答器，并采集水声应答器的应答信号，经预处理之后通过通讯网络传输至所述甲板控制单元；方位姿态参考单元，设置在所述超短基线声头连接杆上，实时测量所述超短基线声头的运动信息，并通过通讯网络将所测得的信息传输给所述甲板控制单元；若干个水声应答器，设置在被定位目标上，通过水声无线信道通信接收所述超短基线声头发出的声信号，并对所述声信号进行处理和做出应答；GPS卫星，监测所述超短基线声头的绝对地理坐标，并将所监测到的坐标信息传输至所述甲板控制单元。其中，所述甲板控制单元包括主处理机和分别与所述主处理机相连的DGPS、监控终端和声速剖面仪；所述主处理机与所述监控终端利用串口通信，所述主处理机接收所述DGPS和声速剖面仪的信息数据，处理获得所述水声应答器的位置信息，传输给所述监控终端进行被定位目标的实时位置显示。其中，所述超短基线声头包括四阵元接收水听器，用于接收所述水声应答器的应答信号；前置放大模块，与所述四阵元接收水听器相连，对四阵元接收水听器接收的应答信号进行低噪声放大；带通滤波模块，与所述前置放大模块相连，对低噪声放大的信号进行干扰滤除；自动增益控制模块，与所述低通滤波模块相连，对滤波后的信号进行可变增益放大；A/D转换模块，与所述自动增益控制模块和微处理器模块相连，将所述自动增益控制模块输出的模拟信号转换为数字信号，并传输给所述微处理器模块进行数字信号处理；数据存储和网络通信模块，与所述微处理器模块相连，将所述数字信号传输给所述主处理机；功放模块，与所述微处理器模块相连，将所述数字信号放大，并传输给发射换能器进行发送；发射换能器，与所述功放模块相连，用于信号的发送。其中，所述水声应答器包括收发合置水声换能器，用于声信号的接收和发射；发射接收模块，与所述收发合置水声换能器相连，对其发射和接收的信号分别进行处理；核心信号处理模块，与所述发射接收模块相连，用于信号的识别和处理；电池组，与所述核心信号处理模块相连，为所述水声应答器供电。其中，所述收发合置水声换能器内设置有收发转换开关，进行所述收发合置水声换能器发射和接收声信号的切换。其中，所述核心信号处理模块包括顺次相连的接收与处理模块、单片机值班电路模块和数字处理模块；所述单片机值班电路模块由检波电路、噪声门限电路、比较器和积分电路组成。其中，所述超短基线声头设置为正交垂直十字阵。(三)有益效果上述技术方案所提供的基于扩频通信的超短基线水声定位装置中，采用扩频通信方式，可同时对多个水声应答器进行定位，缩短系统定位时间，提高系统工作效率；在超短基线声头垂直方向上设置一定的孔径尺寸，极大提高水平大开角方向上的坐标定位精度； 水声应答器组成一个无线网络，每一个都有其ID地址，采用码分多址系统可以为每个应答器分配各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息，在频率、时间和空间上都可以重叠，5灵活有效地使用系统频带资源，可以扩展传输信号带宽，因而具有很强的抗干扰能力；系统具有低功耗的宽带水声应答器，工作时间长。附图说明图1是本技术实施例的基于扩频通信的超短基线水声定位装置的结构组成示意图；图2是本技术实施例的甲板控制单元的功能结构图；图3是本技术实施例的超短基线声头的工作原理图；图4是本技术实施例的水声应答器的功能结构图。其中，1 甲板控制单元；2 超短基线声头；3 方位姿态参考单元；4 =GPS卫星；5 第一水声应答器；6 第二水声应答器；7 第η水声应答器。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。图1示出了本技术实施例的基于扩频通信的超短基线水声定位装置的结构组成示意图，其包括甲板控制单元1、方位姿态参考单元3、超短基线声头2、GPS卫星4和利用水声扩频通信技术询问应答的若干个宽带水声应答器，若干个水声应答器分别记作第一水声应答器5，第二水声应答器6，......，第η水声应答器7。超短基线声头2根据需要安装在工作船只的船侧或船底，甲板控制单元1安置在船上，通过TCP/IP协议通讯网络接收超短基线声头2的信号以及方位姿态参考单元3的信号，以及GPS卫星4的信号的处理，并对这些数据联合处理。方位姿态参考单元3外置在超短基线声头2的连接杆上，其数据和超短基线声头2的数据通过TCP/IP协议通讯网络传送给甲板控制单元1。若干个宽带水声应答器绑缚在需要定位的目标上，具体个数取决于待定位的目标大小及形状，分散固定在目标上，超短基线声头2与水声应答器通过水声无线信道通信。甲板控制单元1负责声阵信号的采集和超短基线声头2方位姿态信号的接收，以及GPS数据的接收，并对这些数据联合处理，显示人机界面，输出定位指令，对宽带水声应答器2进行编码、测试等工作。甲板控制单元1的组成结构图如图2所示，其主要包括监控终端，主处理机，DGPS (Difference Global Positioning System，差分全球定位系统)和声速剖面仪四个部分，监控终端，DGPS和声速剖面仪分别与主处理机相连接。监控终端实时显示被定位目标的实时位置，主处理机主要完成算法实现与网络传输，协调各个处理器之间的协同工作关系与存储器之间的协同工作关系，同时接收控制网络与运动参考单元的数据，将定位数据传给监控终端，声速剖面仪对声速进行实时修正，以提高定位精本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．基于扩频通信的超短基线水声定位装置，其特征在于，包括：甲板控制单元，设置在工作船只上，用于发出控制命令给超短基线声头，接收超短基线声头、方位姿态参考单元和ＧＰＳ卫星回传的信号，并处理该信号获得被定位目标的位置信息；超短基线声头，固定安装在工作船只上，按照所述甲板控制单元的控制命令发出声信号给水声应答器，并采集水声应答器的应答信号，经预处理之后通过通讯网络传输至所述甲板控制单元；方位姿态参考单元，设置在所述超短基线声头连接杆上，实时测量所述超短基线声头的运动信息，并通过通讯网络将所测得的信息传输给所述甲板控制单元；若干个水声应答器，设置在被定位目标上，通过水声无线信道通信接收所述超短基线声头发出的声信号，并对所述声信号进行处理和做出应答；ＧＰＳ卫星，监测所述超短基线声头的绝对地理坐标，并将所监测到的坐标信息传输至所述甲板控制单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新华，施剑，张海云，仇付鹏，龙轶伟，褚露，
申请(专利权)人：北京寰宇声望智能科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11