CN112014847A - 一种鱼探仪现场快速校正系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鱼探仪现场快速校正系统及其方法，解决了现有超声波鱼探仪海上调查时的水下定位耗时、校正精度低、成本高、受限于波束条件的弊端，其技术方案要点是包括有鱼探仪换能器，还包括有标准球、分别固定连接于标准球的上方和下方的两个声学信标、三个水听器、中央控制台、三个收放线部件，本发明的一种鱼探仪现场快速校正系统及其方法，能够快速实现鱼探仪校正用的标准球水下定位和自动位置控制，提高鱼探仪的现场声学参数校正的效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及海洋渔业资源探测领域，特别涉及一种鱼探仪现场快速校正系统及其方法。
背景技术
超声波鱼探仪作为渔业资源声学评估的主要仪器，其原理是根据探测目标回波的强弱与目标个体大小及目标数量之间的对应关系，简单地讲，即目标越大回波越强，数量越多回波亦越强。使用鱼探仪对渔业资源进行量化评估时，鱼探仪系统必须经过校正，校正内容包括回波的强度和目标的水下三维位置。现有的鱼探仪系统校正方法是使用一个已知鱼探仪工作频率下回波强度的标准球作为参照物进行系统校正。
由于鱼探仪波束狭小，标准球直径小，很难通过鱼探仪的回波显示画面找到标准球的回波，且对于单波束系统，无法获知标准球相对于声轴的偏离方向，即使在鱼探仪画面上找到标准球回波，也无法获知下一步如何控制标准球以使其靠近声轴中心，由于无法知道标准球位于声轴的具体位置，因此校正精度低，在标准球定位困难的影响下，现有鱼探仪校正技术耗时费力，一般调查船的船时费用高，适合校正时机的海况窗口亦不确定，增加了海上调查成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种鱼探仪现场快速校正系统及其方法，能够快速实现鱼探仪校正用的标准球水下定位和自动位置控制，提高鱼探仪的现场声学参数校正的效率和精度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种鱼探仪现场快速校正系统，包括有鱼探仪换能器，还包括有：
标准球，安装于鱼探仪换能器的正下方以作为参照物进行校正；
声学信标，设置有两个，分别固定连接于标准球的上方和下方，发送有信标水声信号，内置有输出信标深度信号的深度传感器；
水听器，设置有三个，接收并转换声学信标发送的信标水声信号；
中央控制台，耦接于水听器，接收转换的信标水声信号及信标深度信号计算获得标准球的水下三维位置，并输出控制信号；
收放线部件，设置有三个，均包括有转线盘、吊线、绞机、控制器；所述吊线均固定连接于标准球上方的声学信标；所述控制器耦接于中央控制台，响应于控制信号以控制所述绞机收放吊线，调整控制标准球的位置。
作为优选，两个所述声学信标距离所述标准球等距离。
作为优选，位于标准球下方的所述声学信标上固定安装加重锤。
作为优选，所述转线盘上安装有对收放线长度进行检测的霍尔传感器，所述控制器耦接于所述霍尔传感器。
作为优选，所述绞机无线/有线连接于所述控制器。
一种鱼探仪现场快速校正方法，包括有以下步骤：
通过三个收放线部件的吊线对标准球进行固定，通过绞机控制吊线收放以调整标准球的水下位置；
根据在标准球上方和下方等距离安装的声学信标的水下位置信息获得标准球的水下三维位置；
根据标准球的水下三维位置及回波信息对鱼探仪换能器进行定位校正。
作为优选，获取标准球水下三维位置具体包括有：
根据位于标准球上方和下方的声学信标各自发送的信标水声信号到达三个水听器的时间差，分别计算获得两个声学信标的水平位置，根据声学信标自带的深度传感器检测获取的信标深度信号获得声学信标的垂直位置；
根据标准球与两个声学信标的位置关系确定标准球水下定位区域，结合鱼探仪获得的标准球回波信息确认标准球的水下三维位置。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
通过设置于标准球上下的两个声学信标，配合于三个水听器，可精确的实现定位，能提高水下标准球三维定位的效率；不受分裂波束和单波束系统的影响，适用更便捷普遍，效率高、精度高进而使得海上调查成本降低、可控。
附图说明
图1为本系统的结构示意图。
图中：1、船体；2、收放线部件；3、水听器；4、声学信标；5、标准球；6、加重锤。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
鱼探仪换能器安装在船底下，在现场调查时，超声换能器之间的灵敏度差异、接口插拔、环境差异均会引起鱼探仪系统出现误差。此外，探测目标在换能器波束的位置不同，由于声波束具有指向性以及声波水下传播自身衰减的原因，必须对目标进行精确定位，进行能量补偿。因此，使用鱼探仪对渔业资源进行量化评估时，鱼探仪系统必须经过校正，校正内容包括回波的强度和目标的水下三维位置。目前多通过船舷上三个手放线的转轮，人工控制标准球在换能器正下方，通过标准球反射的标准回波对鱼探仪进行校正。
鱼探仪有效波束角比较小，科研鱼探仪一般8°，控制标准球的位置比较困难，海上调查环境多变，受海流海浪等影响，有时候很难从鱼探仪画面中找到标准球的回波，使得校正耗时耗力。
对于单波束系统，无法获知标准球相对于声轴的偏离方向，即使在鱼探仪画面上找到标准球回波，也不知道下一步如何控制标准球，使其靠近声轴中心。由于无法知道标准球位于声轴的具体位置，因此校正精度低。在以上定位标准球位置困难的影响下，现有鱼探仪校正技术耗时费力。一般调查船的船时费用高，适合校正时机的海况窗口亦不确定，增加海上调查成本，而现有分裂波束利用回波达到换能器各个象限的时间差，计算标准球相对于换能器声轴中心的位置偏离，由于鱼探仪换能器尺寸不大，时间差小，计算的位置偏离精度低。
根据一个或多个实施例，公开了一种鱼探仪现场快速校正系统，包括有进行海上作业的船体，如图1所示，还包括有鱼探仪换能器、标准球、两个声学信标、水听器、收放线部件以及中央控制台。
鱼探仪换能器安装于船体的下方进行探测。标准球安装于鱼探仪换能器的正下方，作为参照物对鱼探仪换能器进行校正。
收放线部件设置有三个，且均包括有转线盘、吊线、绞机、控制器。通过转线盘对吊线进行盘放，通过绞机对吊线进行收放调整，并且通过控制器对绞机进行控制。通过三个收放线部件的吊线对标准球进行水下的固定连接。转线盘上安装有对收放线长度进行检测的霍尔传感器，霍尔传感器结合转线盘半径获取收放线的长度信息，通过转线盘的转轮上等距离加密霍尔传感器数量以提高线长控制精度，并且通过霍尔传感器将检测的收放线的长度信息输出至控制器。
两个声学信标分别设置在标准球的上方和下方，与标准球为等距离设置，设置在标准球的上下侧，标准球上方的声学信标与收放线部件的吊线进行固定连接，标准球下方的声学信标固定安装有加重锤，增加整体重量，减小水流的影响。声学信标对应发送有信标水声信号，且声学信标内置有深度传感器，实时对声学信标在水中的深度信息进行检测并输出信标深度信号。
水听器设置有三个，用于接收两个声学信标发送的信标水声信号，并将接收的信标水声信号进行声电转换，传输至中央控制台。
中央控制台根据两个声学信标发送的信标水声信号到达各个水听器的时间差，可分别计算获得两个声学信标的水平位置，再根据两个声学信标和标准球之间的位置，结合水流要素，缩小标准球的定位范围，快速找到标准球，可计算获得标准球的水平位置。根据中央控制台接收的两个声学信标内置的深度传感器检测的信标深度信号，可获得标准球在水中的垂直位置，进而可获得标准球的水下三维位置区域。根据标准球的回波信息，精准的进行水下定位，回波信息包括回波强度、回波深度，对于分裂波束系统还包括有相位信息。
中央控制台与各个收放线部件的控制器通过无线网络进行无线连接，也可通过有线进行连接，中央控制台将生成的控制信号输出至控制器，且控制器接收的霍尔传感器输出的长度信息输送至中央控制台，控制器与中央控制台之间双向通讯，以使得控制器能够响应于控制信号对绞机进行控制。
中央控制台还根据标准球在水下的移动情况，预测海流对标准球的影响，并且根据实时的标准球位置、绞机的空间布局及收放线的长度关系，对标准球的位置进行预测及控制。
三个水听器结合两个声学信标，用来对标准球水下三维定位，可提高定位精度，不受分裂波束和单波束系统的限制。
根据一个或多个实施例，公开了一种鱼探仪现场快速校正，包括有以下步骤：
通过三个收放线部件的吊线对标准球进行固定，通过绞机控制吊线收放以调整标准球的水下位置；
根据在标准球上方和下方等距离安装的声学信标的水下位置信息计算获得标准球的水下三维位置；
根据标准球的水下三维位置及回波信息对鱼探仪换能器进行定位校正。
具体的，获取标准球水下三维位置具体步骤包括有：
根据位于标准球上方和下方的声学信标各自发送的信标水声信号到达三个水听器的时间差，分别计算获得两个声学信标的水平位置，根据声学信标自带的深度传感器检测获取的信标深度信号获得声学信标的垂直位置；
根据标准球与两个声学信标的位置关系，获得标准球的水下三维位置区域，结合标准球的回波信息，对标准球进行精确水下定位。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种鱼探仪现场快速校正系统，包括有鱼探仪换能器，其特征是：还包括有
标准球，安装于鱼探仪换能器的正下方以作为参照物进行校正；
声学信标，设置有两个，分别固定连接于标准球的上方和下方，发送有信标水声信号，内置有输出信标深度信号的深度传感器；
水听器，设置有三个，接收并转换声学信标发送的信标水声信号；
中央控制台，耦接于水听器，接收转换的信标水声信号及信标深度信号，计算获得标准球的水下三维位置，并输出控制信号；
收放线部件，设置有三个，均包括有转线盘、吊线、绞机、控制器；所述吊线均固定连接于标准球上方的声学信标；所述控制器耦接于中央控制台，响应于控制信号以控制所述绞机收放吊线，调整控制标准球的位置。
2.根据权利要求1所述的鱼探仪现场快速校正系统，其特征是：两个所述声学信标距离所述标准球等距离。
3.根据权利要求2所述的鱼探仪现场快速校正系统，其特征是：位于标准球下方的所述声学信标上固定安装加重锤。
4.根据权利要求1所述的鱼探仪现场快速校正系统，其特征是：所述转线盘上安装有对收放线长度进行检测的霍尔传感器，所述控制器耦接于所述霍尔传感器。
5.根据权利要求4所述的鱼探仪现场快速校正系统，其特征是：所述绞机无线/有线连接于所述控制器。
6.一种鱼探仪现场快速校正方法，其特征是，包括有以下步骤：
通过三个收放线部件的吊线对标准球进行固定，通过绞机控制吊线收放以调整标准球的水下位置；
根据在标准球上方和下方等距离安装的声学信标的水下位置信息获得标准球的水下三维位置；
根据标准球的水下三维位置及回波信息对鱼探仪换能器进行定位校正。
7.根据权利要求6所述的鱼探仪现场快速校正方法，其特征是，获取标准球水下三维位置具体包括有：
根据位于标准球上方和下方的声学信标各自发送的信标水声信号到达三个水听器的时间差，分别计算获得两个声学信标的水平位置，根据声学信标自带的深度传感器检测获取的信标深度信号获得声学信标的垂直位置；
根据标准球与两个声学信标的位置关系确定标准球水下定位区域，结合鱼探仪获得的标准球回波信息确认标准球的水下三维位置。
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