CN113050040A - 一种基于声学信标的定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于声学信标的定位系统，包括手持探测设备和通信信标，手持探测设备包括主体外壳，主体外壳内设有探测器安装板，主体外壳的前后两端分别连接有探测前端盖和探测后端盖，主体外壳的下端连有把手；探测前端盖上设有第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵，探测后端盖中设有数据显示屏；探测器安装板上设置有电子罗盘、配重块、第一微处理器和探测电路模块；通信信标包括信标中筒，信标中筒的上下两端分别连有信标上端盖和信标下端盖，信标中筒内设有信标衬板；信标上端盖上设有通信信标水声换能器，信标下端盖上设有入水开关；信标衬板上设有信标电路模块。该定位装置保证实际的水下探查、排爆和打捞工作的目标定位。

Description

一种基于声学信标的定位系统

技术领域

本发明涉及基于水下救援打捞技术领域，尤其涉及一种基于声学信标的定位系统。

背景技术

目前，在潜水员或蛙人的水下探查、排爆、打捞等训练过程中，对于合作目标，经常存在目标丢失的情况发生，从而无法正常回收目标，如果潜水员或蛙人无法对水下合作目标进行准确定位，则会极大地影响到实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于声学信标的定位系统，该定位装置保证实际的水下探查、排爆和打捞工作的目标定位，使用方便简单，并且结构新颖，创造性高。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种基于声学信标的定位系统，包括手持探测设备和通信信标，所述手持探测设备包括主体外壳，主体外壳内设置有探测器安装板，主体外壳的前后两端分别连接有探测前端盖和探测后端盖，主体外壳的下端连有把手；

所述探测前端盖上设置有第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵，探测后端盖中设置有数据显示屏；所述探测器安装板上设置有电子罗盘、配重块、第一微处理器和探测电路模块，所述路模块包括第一收发转换电路、第二收发转换电路、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第一功率放大电路和第二功率放大电路；

所述通信信标包括信标中筒，信标中筒的上下两端分别连接有信标上端盖和信标下端盖，信标中筒内设置有信标衬板；所述信标上端盖上设置有通信信标水声换能器，信标下端盖上设置有入水开关；

所述信标衬板上设置有通信信标收发转换电路、通信信标信号调理电路、通信信标功率放大电路及第二微处理器；

所述手持探测设备通过手持探测方法与通信信标进行感应探测。

优选的，所述手持探测方法包括如下步骤：

步骤A，将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，潜水员或蛙人手持探测设备；

步骤B，手持探测设备通过第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵向通信信标发射探测脉冲声信号并接收通信信标回复的应答脉冲声信号；

步骤C，第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别为左侧基阵和右侧基阵，声辐射面向前方；

步骤D，当应答脉冲声信号由前方一定角度入射到换能器基阵时，通过时延差值法或比幅法测向测量出通信信标的方向，通过测量应答脉冲声信号与探测脉冲声信号之间的时延值，就能够计算出通信信标的距离，从而探测得到水下目标的位置。

优选的，所述第一探测换能器基阵与第一收发转换电路双向连接；第一收发转换电路的信号输出端与第一信号调理电路的信号输入端连接；

所述第一信号调理电路的信号输出端与第一微处理器的第一信号输入端连接；第一微处理器的第一信号输出端与第一功率放大电路的信号输入端连接；第一功率放大电路的信号输出端与第一收发转换电路的信号输入端连接；

所述第二探测换能器基阵与第二收发转换电路双向连接；第二收发转换电路的信号输出端与第二信号调理电路的信号输入端连接；

所述第二信号调理电路的信号输出端与第一微处理器的第二信号输入端连接；第一微处理器的第二信号输出端与所述第二功率放大电路的信号输入端连接述第二功率放大电路的信号输出端与所述第二收发转换电路的信号输入端连接；

所述电子罗盘的信号输出端与所述第一微处理器的第三信号输入端连接；所述第一微处理器的第三信号输出端与所述显示屏的信号输入端连接；所述第一微处理器还与所述通信信标双向连接。

优选的，所述电子罗盘包括罗盘主控模块、罗盘传感器模块、罗盘配置存储器及罗盘动态存储器；所述罗盘传感器模块的信号输出端与罗盘主控模块的信号输入端连接；

罗盘配置存储器和罗盘动态存储器均与罗盘主控模块双向连接；罗盘主控模块的信号输出端与第一微处理器的第三信号输入端连接；

所述罗盘传感器模块包括磁力计、加速度计和陀螺仪。

优选的，所述探测前端盖和探测后端盖均连接有第一定位凸台；第一定位凸台的外壁均设置有第一密封凹槽；所述探测前端盖和探测后端盖通过第一定位凸台伸入所述主体外壳中，并通过螺丝固连；所述第一密封凹槽中设置有第一密封圈；

所述主体外壳的内壁上设置有安装卡槽，探测器安装板包括下卡接板部和上支撑板部，下卡接板部通过安装卡槽与主体外壳连接；所述上支撑板部上配备方形的铝合金配重块；

所述下卡接板部下方的主体外壳内设置有探测器电池组件。

优选的，所述入水开关的电流输入端与电源的电流输出端电性连接，入水开关的电流输出端与通信信标水声换能器、通信信标收发转换电路、通信信标信号调理电路、通信信标功率放大电路、第二微处理器的电流输入端电性连接；

所述通信信标水声换能器与通信信标收发转换电路双向连接；通信信标收发转换电路的信号输出端与通信信标信号调理电路的信号输入端连接；通信信标信号调理电路的信号输出端与第二微处理器的信号输入端连接；

所述第二微处理器的信号输出端与通信信标功率放大电路的信号输入端连接；通信信标功率放大电路的信号输出端与通信信标收发转换电路的信号输入端连接。

优选的，所述信标上端盖和信标下端盖上均连接有第二凸台结构；第二凸台结构的外壁设置有第二密封凹槽；

所述信标上端盖和信标下端盖均通过第二凸台结构伸入信标中筒内，并通过螺丝与信标中筒连接；所述第二密封凹槽中设置有第二密封圈；

所述信标中筒中设置有信标电池组件。

优选的，所述通信信标处于空气中时，入水开关处于关断状态；

当通信信标进入水下时，入水开关处于接通状态，通信信标收发转换电路上电工作，通信信标进入监听工作状态；

在监听工作状态下，通信信标不会主动发射脉冲声信号，只处于接收信号的状态，只有接收到探测脉冲声信号，且探测脉冲声信号的编码与通信信标的编码相符时，才会发射应答脉冲声信号。

优选的，所述第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别设置在前端盖的左部上和右部上；

所述第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵的波束宽度都为100°左右，共同覆盖前方100°的探测扇面；

所述时延差值法中第一探测换能器基阵、第二探测换能器基阵输出信号的时延差值与声信号入射角度的对应关系可以通过事先在水池内校准后获得；

所述比幅法中第一探测换能器基阵、第二探测换能器基阵输出信号的幅度比值与声信号入射角度的对应关系也可以通过事先在水池内校准后获得。

优选的，所述数据显示屏由一组发光数码管组成，其中通信信标的方位由十一只发光二极管进行显示，中间一只是白色的发光二极管，两侧十只是红色的发光二极管；

当通信信标在主体外壳前方±5°范围内时，只有中间0°的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳左前方5°～15°范围内时，中间白色的发光二极管和左侧10°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳右前方5°～15°范围内时，中间白色的发光二极管和右侧10°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳左前方15°～25°范围内时，中间白色的发光二极管、左10°的红色的发光二极管和左20°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳右前方15°～25°范围内时，中间白色的发光二极管、右10°的红色的发光二极管和右20°的红色的发光二极管亮。

本发明的有益效果是：

将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，潜水员或蛙人手持探测设备，通过第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵向通信信标发射探测脉冲声信号并接收通信信标回复的应答脉冲声信号。第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别为左侧基阵和右侧基阵，声辐射面向前方。

当应答脉冲声信号由前方一定角度入射到换能器基阵时，通过时延差值法或比幅法测向测量出通信信标的方向，通过测量应答脉冲声信号与探测脉冲声信号之间的时延值，就能够计算出通信信标的距离，从而探测得到水下目标的位置，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，保证了实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行，防止了水下目标的丢失。

本发明中，在探测器安装板上设置有铝合金配重块，保证了手持探测设备在水下使用时为偏负浮力状态。通过对电子罗盘的使用，进一步提高了本发明实施例的定位精度。手持探测设备的前后端盖与主体外壳均采用径向密封，主体外壳内的探测器安装板与主体外壳内部采用卡槽结构，并通过前后端盖固定，保证了手持探测设备的水密封性和结构的稳定性。

本发明中的在把手上有安全绳孔，弹性安全绳设置在安全绳孔中。使用时，将弹性安全绳拴在手上，防止了手持探测设备脱离。通信信标的上下端盖与信标中筒均采用径向密封，衬板与中筒内部采用卡槽结构，并通过上下端盖固定，保证了通信信标的水密封性和结构的稳定性。

通过对深度传感器的使用，能够对通信信标的深度进行监测，从而对目标的深度进行监测，进而提高了对水下目标的定位精度。通过在水下目标上安装应答通信信标，通过潜水员或蛙人手持通信信标探测设备，可以实时测量出目标的距离和方位，实现对水下目标的精确定位，辅助潜水员或蛙人对水下目标进行精确打捞，有效防止了水下目标的丢失。

附图说明

为了清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基于声学信标的定位系统的结构示意图。

图2是手持探测设备侧视示意图。

图3是手持探测设备后视示意图。

图4是手持探测设备前视示意图。

图5是手持探测设备俯视示意图。

图6是上支撑板部俯视图。

图7是探测器安装板结构位置示意图。

图8是前端盖俯视示意图。

图9是前端盖正视示意图。

图10是后端盖俯视示意图。

图11是后端盖后视示意图。

图12是后端盖后视示意图。

图13是通信信标结构示意图。

图14是信标外视示意图。

图15是信标衬板等轴测结构示意图。

图16是信标衬板主视示意图。

图17是信标衬板俯视示意图。

图18是信标上端盖正视示意图。

图19是信标上端盖俯视示意图。

图20是信标下端盖整体结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于声学信标的定位系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明进行详细说明：

实施例1

结合图1至图20，一种基于声学信标的定位系统，包括手持探测设备和通信信标，所述手持探测设备包括主体外壳1，主体外壳1内设置有探测器安装板11，主体外壳1的前后两端分别连接有探测前端盖12和探测后端盖13，主体外壳1的下端连有把手2。

所述探测前端盖12上设置有第一探测换能器基阵14和第二探测换能器基阵15，探测后端盖13中设置有数据显示屏131；所述探测器安装板11上设置有电子罗盘、配重块、第一微处理器和探测电路模块，所述路模块包括第一收发转换电路、第二收发转换电路、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第一功率放大电路和第二功率放大电路。

所述通信信标包括信标中筒3，信标中筒3的上下两端分别连接有信标上端盖31和信标下端盖32，信标中筒3内设置有信标衬板33；所述信标上端盖31上设置有通信信标水声换能器，信标下端盖32上设置有入水开关。

所述信标衬板33上设置有通信信标收发转换电路、通信信标信号调理电路、通信信标功率放大电路及第二微处理器；

所述手持探测设备通过手持探测方法与通信信标进行感应探测。

实施例2

手持探测方法包括如下步骤：

步骤A，将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，潜水员或蛙人手持探测设备；

步骤B，手持探测设备通过第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵向通信信标发射探测脉冲声信号并接收通信信标回复的应答脉冲声信号；

步骤C，第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别为左侧基阵和右侧基阵，声辐射面向前方；

步骤D，当应答脉冲声信号由前方一定角度入射到换能器基阵时，通过时延差值法或比幅法测向测量出通信信标的方向，通过测量应答脉冲声信号与探测脉冲声信号之间的时延值，就能够计算出通信信标的距离，从而探测得到水下目标的位置。

实施例3

一种基于声学信标的定位系统，包括手持探测设备和通信信标，所述手持探测设备包括主体外壳1，主体外壳1内设置有探测器安装板11，主体外壳1的前后两端分别连接有探测前端盖12和探测后端盖13，主体外壳1的下端连有把手2。

所述探测前端盖12上设置有第一探测换能器基阵14和第二探测换能器基阵15，探测后端盖13中设置有数据显示屏；所述探测器安装板11上设置有电子罗盘、配重块16、第一微处理器和探测电路模块，所述路模块包括第一收发转换电路、第二收发转换电路、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第一功率放大电路和第二功率放大电路。

第一探测换能器基阵与第一收发转换电路双向连接；第一收发转换电路的信号输出端与第一信号调理电路的信号输入端连接；

所述第一信号调理电路的信号输出端与第一微处理器的第一信号输入端连接；第一微处理器的第一信号输出端与第一功率放大电路的信号输入端连接；第一功率放大电路的信号输出端与第一收发转换电路的信号输入端连接；

所述第二探测换能器基阵与第二收发转换电路双向连接；第二收发转换电路的信号输出端与第二信号调理电路的信号输入端连接；

所述第二信号调理电路的信号输出端与第一微处理器的第二信号输入端连接；第一微处理器的第二信号输出端与所述第二功率放大电路的信号输入端连接述第二功率放大电路的信号输出端与所述第二收发转换电路的信号输入端连接；

所述电子罗盘的信号输出端与所述第一微处理器的第三信号输入端连接；所述第一微处理器的第三信号输出端与所述显示屏的信号输入端连接；所述第一微处理器还与所述通信信标双向连接。

电子罗盘包括罗盘主控模块、罗盘传感器模块、罗盘配置存储器及罗盘动态存储器；所述罗盘传感器模块的信号输出端与罗盘主控模块的信号输入端连接；

罗盘配置存储器和罗盘动态存储器均与罗盘主控模块双向连接；罗盘主控模块的信号输出端与第一微处理器的第三信号输入端连接；

所述罗盘传感器模块包括磁力计、加速度计和陀螺仪。

所述探测前端盖和探测后端盖均连接有第一定位凸台；第一定位凸台的外壁均设置有第一密封凹槽；所述探测前端盖和探测后端盖通过第一定位凸台伸入所述主体外壳1中，并通过螺丝固连；所述第一密封凹槽中设置有第一密封圈；

所述主体外壳1的内壁上设置有安装卡槽，探测器安装板11包括下卡接板部111和上支撑板部112，下卡接板部111通过安装卡槽与主体外壳连接；

所述下卡接板部111下方的主体外壳1内设置有探测器电池组件17。

实施例4

所述通信信标包括信标中筒3，信标中筒3的上下两端分别连接有信标上端盖31和信标下端盖32，信标中筒3内设置有信标衬板33；所述信标上端盖31上设置有通信信标水声换能器，信标下端盖32上设置有入水开关。

信标衬板33上设置有通信信标收发转换电路、通信信标信号调理电路、通信信标功率放大电路及第二微处理器；手持探测设备通过手持探测方法与通信信标进行感应探测。

入水开关的电流输入端与电源的电流输出端电性连接，入水开关的电流输出端与通信信标水声换能器、通信信标收发转换电路、通信信标信号调理电路、通信信标功率放大电路、第二微处理器的电流输入端电性连接。

所述通信信标水声换能器与通信信标收发转换电路双向连接；通信信标收发转换电路的信号输出端与通信信标信号调理电路的信号输入端连接；通信信标信号调理电路的信号输出端与第二微处理器的信号输入端连接。所述第二微处理器的信号输出端与通信信标功率放大电路的信号输入端连接；通信信标功率放大电路的信号输出端与通信信标收发转换电路的信号输入端连接。

信标上端盖31和信标下端盖32上均连接有第二凸台结构；第二凸台结构的外壁设置有第二密封凹槽。

信标上端盖31和信标下端盖32均通过第二凸台结构伸入信标中筒3内，并通过螺丝与信标中筒3连接；所述第二密封凹槽中设置有第二密封圈，信标中筒3中设置有信标电池组件。

实施例5

上述通信信标分为工作和未工作，通信信标处于空气中时处于未工作状态，入水开关处于关断状态。

当通信信标进入水下时，入水开关处于接通状态，通信信标收发转换电路上电工作，通信信标进入监听工作状态；

在监听工作状态下，通信信标不会主动发射脉冲声信号，只处于接收信号的状态，只有接收到探测脉冲声信号，且探测脉冲声信号的编码与通信信标的编码相符时，才会发射应答脉冲声信号。

第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别设置在前端盖的左部上和右部上；

所述第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵的波束宽度都为100°左右，共同覆盖前方100°的探测扇面；

所述时延差值法中第一探测换能器基阵、第二探测换能器基阵输出信号的时延差值与声信号入射角度的对应关系可以通过事先在水池内校准后获得；

所述比幅法中第一探测换能器基阵、第二探测换能器基阵输出信号的幅度比值与声信号入射角度的对应关系也可以通过事先在水池内校准后获得。

数据显示屏由一组发光数码管组成，其中通信信标的方位由十一只发光二极管进行显示，中间一只是白色的发光二极管，两侧十只是红色的发光二极管；

当通信信标在主体外壳前方±5°范围内时，只有中间0°的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳左前方5°～15°范围内时，中间白色的发光二极管和左侧10°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳右前方5°～15°范围内时，中间白色的发光二极管和右侧10°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳左前方15°～25°范围内时，中间白色的发光二极管、左10°的红色的发光二极管和左20°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳右前方15°～25°范围内时，中间白色的发光二极管、右10°的红色的发光二极管和右20°的红色的发光二极管亮。

实施例6

上述装置使用时，将通信信标安装在需要被探测的水下目标101上，潜水员或蛙人手持探测设备，通过第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵向通信信标发射探测脉冲声信号并接收通信信标回复的应答脉冲声信号。第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别为左侧基阵和右侧基阵，声辐射面向前方。当应答脉冲声信号由前方一定角度入射到换能器基阵时，通过时延差值法或比幅法测向测量出通信信标的方向，通过测量应答脉冲声信号与探测脉冲声信号之间的时延值，就能够计算出通信信标的距离，从而探测得到水下目标的位置，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，保证了实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行，防止了水下目标的丢失。

在本实施例中，换能器阵列用于发射探测脉冲声信号、接收通信信标回复的应答脉冲声信号。换能器阵列包括左侧声换能器(第一探测换能器基阵)和右侧声换能器(第二探测换能器基阵)，声辐射面向前方，左侧声换能器和右侧声换能器的波束宽度都为100°左右，共同覆盖前方100°的探测扇面。

当应答脉冲声信号由前方一定角度入射到换能器阵列上时，通过时延差值法或比幅法测向测量出通信信标的方向，通过测量应答脉冲声信号与探测脉冲声信号之间的时延值，计算出通信信标的距离。探测结果显示在后端盖的显示屏上，通信信标的距离由一组发光数码管进行显示，可以精确到0.1m。

通信信标的方位由十一只发光二极管进行显示，中间一只是白色的发光二极管，两侧十只是红色的发光二极管。当通信信标在换能器基阵前方±5°范围内时，只有中间0°的发光二极管亮；当通信信标在换能器基阵左前方5°～15°范围内时，中间白色的发光二极管和左10°的红色的发光二极管亮；当通信信标在换能器基阵右前方5°～15°范围内时，中间白色的发光二极管和右10°的红色的发光二极管亮；当通信信标在换能器基阵左前方15°～25°范围内时，中间白色的发光二极管、左10°的红色的发光二极管和左20°的红色的发光二极管亮；当通信信标在换能器基阵右前方15°～25°范围内时，中间白色的发光二极管、右10°的红色的发光二极管和右20°的红色的发光二极管亮，以此类推。本实施例对探测结果的具体展示形式不做限制。

此外，本实施例还通过电子罗盘测量手持探测设备的地理方位角，并将方位角数据显示在“方位”数码管上。需要说明的是，时延差值法中左、右两侧基阵输出信号的时延差值与声信号入射角度的对应关系可以通过事先在水池内校准后获得。比幅法中左、右两侧基阵输出信号的幅度比值与声信号入射角度的对应关系也可以通过事先在水池内校准后获得。

主体外壳的长度为200mm，壁厚为3mm，上下开盖，内部的探测器安装板卡槽采用线切割工艺与主体外壳一体成型，主体外壳的底部有把手安装座。内部的探测器安装板采用2mm铝合金板加工而成，将主体外壳内部空间隔成上下空间，上部分空间安装各探测电路模块，并与探测器安装板用螺柱紧固，下部分空间安装电池，并采用扎带捆绑紧固。

为了提高手持探测设备的密封性，探测前端盖和探测后端盖均为凸台结构；在凸台结构的外壁均有第一密封凹槽；凸台结构伸入主体外壳；在第一密封凹槽中设置有第一密封圈；前端盖和后端盖与主体外壳通过螺丝连接。

手持探测设备开启后，第一微处理器根据深度传感器测试的水压数据判断手持探测设备是否入水。在默认状态下，手持探测设备入水大于0.5米后，使能测距测向功能，同时水深数据通过深度数码管显示。否则，换能器阵列不发送超声波探测信号。

在测距测向功能开启之后，手持探测设备以默认1Hz的频率进行测距和测向，并将测得的距离通过“距离”数码管显示，通过11个LED灯显示通信信标(目标物)偏离正前方的角度。通过电子罗盘测量手持探测设备的地理方位角，并将方位角数据显示在“方位”数码管上。

为了防止手持探测设备在使用过程中脱离，把手与主体外壳通过螺丝连接；在把手2上有安全绳孔21。把手8采用铝合金机械加工制成，上端有安装座，下端有安全绳孔9，结合设备应用场景，整体与水平倾斜75°，方便单手把握操作。

为了防止手持探测设备脱离，把手上可连接弹性安全绳；弹性安全绳设置在安全绳孔中。在使用时，将弹性安全绳拴在手上，以防止手持探测设备脱离。

为了能够对手持探测设备进行充电及有线控制，本发明中的探测设备配备有多芯水密插座；多芯水密插座与第一微处理器双向通信连接。可以通过该插座对电池进行充电，还可以在该插座上接上一根数据传输电缆，就可以将探测结果传输到岸上，还可以通过电缆控制手持探测设备。在本实施例中，手持探测设备采用4并4串锂电电池，额定电压为14.2V，电池容量达12.8Ah，手持探测设备满负荷时的工作电流约为100mA，可连续工作120小时。

采用RS485串口进行数据传输或控制手持探测设备，当不需要潜水员下水作业时，只要用一根连接杆将手持探测设备放到水下，就能通过电缆控制手持探测设备进行探测，并在岸上的上位机上观看探测结。

手持探测设备的通讯航插引脚定义如下：

需要说明的是，若要释放目标物或者引爆炸药，首先将起爆保险螺丝旋开，然后将磁控开关推至“ON”档，手持探测设备会向通信信标发送遥控信号，通信信标接收到该遥控信号后，返回应答信号。手持探测设备接收到应答信号后，显示5分钟倒计时，直至5分钟延迟结束，通信信标发送电信号给目标物。在倒计时期间，如果把起爆磁控开关拨回“OFF”档，则手持探测设备会发送相应的取消遥控信号给通信信标，以取消释放或起爆操作。在本实施例中，起爆开关为磁控开关，通过霍尔感应原理感应开关位置，当开关从“关”移动到“开”位置时，触发手持探测设备发送控制信号，手持探测设备接收到通信信标发来的应答信号后，方位数码管功能变更为5分钟倒计时显示。5分钟延迟时间到达后，通信信标输出9V信号。

还需要说明的是，在存储与运输过程中，将旋钮保险开关按逆时针方向旋转，直至旋钮开关插销分离出来，放置于包装箱内。使用前需要将保险开关插销插入设备，从“OFF”档旋转至“ON”档，解除保险。同时给手持探测设备系统上电，手持探测设备开始工作

实施例7

在本实施例中，通信信标外壳总体为φ52×206mm的圆柱体，壳体中筒的外径为52mm，长度为200mm，壁厚为2mm，上下开盖，内部衬板卡槽采用线切割工艺与中筒一体成型。衬板采用1.5mm铝合金板加工而成，将中筒内部空间隔成上下半圆空间，上半圆空间安装电池，下半圆空间安装电路板。

为了能够对通信信标的深度进行监测，从而对目标的深度进行监测，进而提高对水下目标的定位精度，还包括：深度传感器；深度传感器的信号输出端与第二微处理器的信号输入端通信连接。

在通信信标打开保险开关之后，通过入水开关检测通信信标入水装台，入水则给系统供电。第二微处理器根据深度传感器测试的水压数据判断通信信标是否入水。在默认状态下，通信信标入水大于5米后，使能声换能器。否则，声换能器不发送超声波应答信号。当通信信标接收到由手持探测设备手持探测设备发来的超声波探测信号并经通信信标信号调理电路和通信信标功率放大电路滤波放大清除噪声信号后，由第二微处理器判断是测距信号或通讯信号，并根据信号的类型做出相应回应。

如果接收到测距信号，通信信标默认延迟100ms后返回应答信号。手持探测设备手持探测设备再根据发送接收信号间的时延值计算出与通信信标(目标物)之间的距离。如果通信信标接收到手持探测设备手持探测设备发来的起爆控制信号，通信信标向手持探测设备手持探测设备返回特定应答信号。同时，通信信标开始5分钟倒计时，倒计时完成之后，通过水密航插对外输出9V电信号，控制起爆或释放目标。

这里需要说明的是，在存储与运输过程中，将旋钮保险开关按逆时针方向旋转，直至旋钮开关插销分离出来，放置于包装箱内。使用前需要将保险开关插销插入设备，从“OFF”档旋转至“ON”档，解除保险。由入水检测开关检测是否入水，入水后入水检测开关导通给通信信标系统上电，通信信标开始工作。

在本实施例中，通信信标采用1并4串锂电电池，额定电压为14.2V，电池容量3600mAh。通信信标入水开启工作之后，若5分钟内未接收到手持探测设备发来的测距或通讯信号，则通信信标进入待机状态等待。在待机状态下，通信信标工作电流小于10mA,通信信标待机时间大于15天。

当手持探测设备向通信信标发送测距信号，通信信标接收到该信号之后，经通信信标信号调理电路和通信信标功率放大电路滤波整形放大处理，对信号进行检波后进电压比较芯片输出中断信号，第二微处理器接收到中断信号之后等待100ms，对外输出35KHz的测距应答信号。如果通信信标接收到手持探测设备发来的起爆控制信号，则向外发送有别于测距应答信号的双脉冲应答信号，同时开启5分钟倒计时，倒计时结束后通过水密航插对外输出9V电信号。如果在倒计时期间接收到手持探测设备发来的终止信号，便终止倒计时，且不输出9V信号。

实施例8

将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，潜水员或蛙人手持探测设备，通过第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵向通信信标发射探测脉冲声信号并接收通信信标回复的应答脉冲声信号。第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别为左侧基阵和右侧基阵，声辐射面向前方。当应答脉冲声信号由前方一定角度入射到换能器基阵时，通过时延差值法或比幅法测向测量出通信信标的方向，通过测量应答脉冲声信号与探测脉冲声信号之间的时延值，就能够计算出通信信标的距离，从而探测得到水下目标的位置，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，保证了实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行，防止了水下目标的丢失。

本发明中，在探测器安装板11上设置有铝合金配重块，保证了手持探测设备在水下使用时为偏负浮力状态。通过对电子罗盘的使用，进一步提高了本发明实施例的定位精度。手持探测设备的前后端盖与主体外壳均采用径向密封，主体外壳内的探测器安装板与主体外壳内部采用卡槽结构，并通过前后端盖固定，保证了手持探测设备的水密封性和结构的稳定性。

本发明中的在把手上有安全绳孔，弹性安全绳设置在安全绳孔中。使用时，将弹性安全绳拴在手上，防止了手持探测设备脱离。通信信标的上下端盖与信标中筒均采用径向密封，衬板与中筒内部采用卡槽结构，并通过上下端盖固定，保证了通信信标的水密封性和结构的稳定性。

通过对深度传感器的使用，能够对通信信标的深度进行监测，从而对目标的深度进行监测，进而提高了对水下目标的定位精度。通过在水下目标上安装应答通信信标，通过潜水员或蛙人手持通信信标探测设备，可以实时测量出目标的距离和方位，实现对水下目标的精确定位，辅助潜水员或蛙人对水下目标进行精确打捞，有效防止了水下目标的丢失。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，包括手持探测设备和通信信标，所述手持探测设备包括主体外壳，主体外壳内设置有探测器安装板，主体外壳的前后两端分别连接有探测前端盖和探测后端盖，主体外壳的下端连有把手；

所述探测前端盖上设置有第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵，探测后端盖中设置有数据显示屏；所述探测器安装板上设置有电子罗盘、配重块、第一微处理器和探测电路模块，所述路模块包括第一收发转换电路、第二收发转换电路、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第一功率放大电路和第二功率放大电路；

所述通信信标包括信标中筒，信标中筒的上下两端分别连接有信标上端盖和信标下端盖，信标中筒内设置有信标衬板；所述信标上端盖上设置有通信信标水声换能器，信标下端盖上设置有入水开关；

所述信标衬板上设置有通信信标收发转换电路、通信信标信号调理电路、通信信标功率放大电路及第二微处理器；

所述手持探测设备通过手持探测方法与通信信标进行感应探测。

2.根据权利要求1所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述手持探测方法包括如下步骤：

步骤A，将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，潜水员或蛙人手持探测设备；

步骤B，手持探测设备通过第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵向通信信标发射探测脉冲声信号并接收通信信标回复的应答脉冲声信号；

步骤C，第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别为左侧基阵和右侧基阵，声辐射面向前方；

步骤D，当应答脉冲声信号由前方一定角度入射到换能器基阵时，通过时延差值法或比幅法测向测量出通信信标的方向，通过测量应答脉冲声信号与探测脉冲声信号之间的时延值，就能够计算出通信信标的距离，从而探测得到水下目标的位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述第一探测换能器基阵与第一收发转换电路双向连接；第一收发转换电路的信号输出端与第一信号调理电路的信号输入端连接；

所述第一信号调理电路的信号输出端与第一微处理器的第一信号输入端连接；第一微处理器的第一信号输出端与第一功率放大电路的信号输入端连接；第一功率放大电路的信号输出端与第一收发转换电路的信号输入端连接；

所述第二探测换能器基阵与第二收发转换电路双向连接；第二收发转换电路的信号输出端与第二信号调理电路的信号输入端连接；

所述第二信号调理电路的信号输出端与第一微处理器的第二信号输入端连接；第一微处理器的第二信号输出端与所述第二功率放大电路的信号输入端连接述第二功率放大电路的信号输出端与所述第二收发转换电路的信号输入端连接；

所述电子罗盘的信号输出端与所述第一微处理器的第三信号输入端连接；所述第一微处理器的第三信号输出端与所述显示屏的信号输入端连接；所述第一微处理器还与所述通信信标双向连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述电子罗盘包括罗盘主控模块、罗盘传感器模块、罗盘配置存储器及罗盘动态存储器；所述罗盘传感器模块的信号输出端与罗盘主控模块的信号输入端连接；

罗盘配置存储器和罗盘动态存储器均与罗盘主控模块双向连接；罗盘主控模块的信号输出端与第一微处理器的第三信号输入端连接；

所述罗盘传感器模块包括磁力计、加速度计和陀螺仪。

5.根据权利要求1所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述探测前端盖和探测后端盖均连接有第一定位凸台；第一定位凸台的外壁均设置有第一密封凹槽；所述探测前端盖和探测后端盖通过第一定位凸台伸入所述主体外壳中，并通过螺丝固连；所述第一密封凹槽中设置有第一密封圈；

所述主体外壳的内壁上设置有安装卡槽，探测器安装板包括下卡接板部和上支撑板部，下卡接板部通过安装卡槽与主体外壳连接；所述上支撑板部上配备方形的铝合金配重块；

所述下卡接板部下方的主体外壳内设置有探测器电池组件。

6.根据权利要求1所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述入水开关的电流输入端与电源的电流输出端电性连接，入水开关的电流输出端与通信信标水声换能器、通信信标收发转换电路、通信信标信号调理电路、通信信标功率放大电路、第二微处理器的电流输入端电性连接；

所述通信信标水声换能器与通信信标收发转换电路双向连接；通信信标收发转换电路的信号输出端与通信信标信号调理电路的信号输入端连接；通信信标信号调理电路的信号输出端与第二微处理器的信号输入端连接；

所述第二微处理器的信号输出端与通信信标功率放大电路的信号输入端连接；通信信标功率放大电路的信号输出端与通信信标收发转换电路的信号输入端连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述信标上端盖和信标下端盖上均连接有第二凸台结构；第二凸台结构的外壁设置有第二密封凹槽；

所述信标上端盖和信标下端盖均通过第二凸台结构伸入信标中筒内，并通过螺丝与信标中筒连接；所述第二密封凹槽中设置有第二密封圈；

所述信标中筒中设置有信标电池组件。

8.根据权利要求2所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述通信信标处于空气中时，入水开关处于关断状态；

当通信信标进入水下时，入水开关处于接通状态，通信信标收发转换电路上电工作，通信信标进入监听工作状态；

在监听工作状态下，通信信标不会主动发射脉冲声信号，只处于接收信号的状态，只有接收到探测脉冲声信号，且探测脉冲声信号的编码与通信信标的编码相符时，才会发射应答脉冲声信号。

9.根据权利要求2所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别设置在前端盖的左部上和右部上；

所述第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵的波束宽度都为100°左右，共同覆盖前方100°的探测扇面；

所述时延差值法中第一探测换能器基阵、第二探测换能器基阵输出信号的时延差值与声信号入射角度的对应关系可以通过事先在水池内校准后获得；

所述比幅法中第一探测换能器基阵、第二探测换能器基阵输出信号的幅度比值与声信号入射角度的对应关系也可以通过事先在水池内校准后获得。

10.根据权利要求2所述的一种基于声学信标的定位系统，其特征在于，所述数据显示屏由一组发光数码管组成，其中通信信标的方位由十一只发光二极管进行显示，中间一只是白色的发光二极管，两侧十只是红色的发光二极管；

当通信信标在主体外壳前方±5°范围内时，只有中间0°的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳左前方5°～15°范围内时，中间白色的发光二极管和左侧10°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳右前方5°～15°范围内时，中间白色的发光二极管和右侧10°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳左前方15°～25°范围内时，中间白色的发光二极管、左10°的红色的发光二极管和左20°的红色的发光二极管亮；

当通信信标在主体外壳右前方15°～25°范围内时，中间白色的发光二极管、右10°的红色的发光二极管和右20°的红色的发光二极管亮。

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