CN212301847U - 水下信标定向定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种水下信标定向定位系统，包括正向超短基线系统和反向超短基线系统，水上运载器端的定位系统和第一惯性导航系统，以及水下运载器端的第二惯性导航系统和水听器阵。在水下运载器上设置水听器阵进行二次定位，提高了水下定位深度，实现了深海海底的水下信标定向定位。通过正、反向超短基线系统和第一、第二惯性导航系统实现了正、反双向同时定位水上‑水下运载器的相对位置，获得的数据频率更高，定位效率更高，同时也提高了定位的准确率；以及将水听器阵设置在水下运载器上，比将水听器阵设置在水上运载器上，噪声干扰更小，因此基阵接收到的信号质量更好，便于后续的位置信息处理，得到更精确的位置信息。
Description
技术领域
本实用新型涉及水下目标搜索与定位技术领域，更具体地说，涉及水下信标定向定位系统。
背景技术
目前，针对水下信标的搜索定位通常是利用船载固定式搜索定位系统来实现，该方法能在短距离内进行搜索定位，例如落在海底的电子飞行记录仪(俗称“黑匣子”)，黑匣子能够向外发送37.5Hz的声波信号，信号传播距离为3000米左右。但随着水下距离的加深，信号也随之衰减，直至消失。若黑匣子位于深度大于6000米的深海海底，其信号传不到水面上，现有的船载固定式搜索定位系统接收不到信号，从而无法搜寻到黑匣子，因此，对于深海海底的信标定向是现在亟需解决的技术问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出一种水下信标定向定位系统，欲实现提高水下定位深度的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种水下信标定向定位系统，包括：正向超短基线系统和反向超短基线系统，设置在水上运载器21端的定位系统11和第一惯性导航系统14，以及设置在水下运载器22端的第二惯性导航系统15和水听器阵16；
所述定位系统11，用于获取所述水上运载器21的绝对位置；
所述正向超短基线系统，用于正向定位所述水上运载器21与所述水下运载器22的相对位置；
所述第一惯性导航系统14，用于得到所述水上运载器21的航向和姿态；
所述反向超短基线系统，用于反向定位所述水上运载器21与所述水下运载器22的相对位置；
所述第二惯性导航系统15，用于得到所述水下运载器22的航向和姿态；
所述水听器阵16包括n个按预设间距和角度布置的定向水听器或矢量水听器，n≥3，所述水听器阵16，用于得到待定位水下信标23的方位；
所述待定位水下信标23为主动向外发射声信号的装置。
可选的，所述水下运载器22与所述水上运载器21之间通过缆线19连接，所述水上运载器21通过所述缆线19拖动所述水下运载器22，同时所述水下运载器22端的控制器与所述水上运载器21端的控制器之间通过所述缆线19进行数据交换。
可选的，所述正向超短基线系统包括：设置在所述水上运载器21底部的第一基阵和第一发射换能器12，以及设置在所述水下运载器22顶部的第一信标13；
所述第一基阵包括设置在四边形四个角位置的水听器，各个所述水听器的高度不相同，所述第一发射换能器设置在四边形的中心。
可选的，所述反向超短基线系统包括：设置在所述水下运载器22顶部的第二基阵和第二发射换能器17，以及设置在所述水上运载器21底部的第二信标18；
所述第二基阵包括设置在四边形四个角位置的水听器，各个所述水听器的高度不相同，第二发射换能器设置在四边形的中心。
可选的，所述水听器阵16包括：
设置在三角形三个角位置的定向水听器或矢量水听器，水听器阵16设置在所述水下运载器22的底部和/或两侧。
可选的，所述待定位水下信标23为：电子飞行记录仪。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种水下信标定向定位系统，包括正向超短基线系统和反向超短基线系统，设置在水上运载器端的定位系统和第一惯性导航系统，以及设置在水下运载器端的第二惯性导航系统和水听器阵，通过将水面测量平台转移到水下，结合在水下运载器上设置水听器阵进行二次定位，提高了水下定位深度，实现了深海海底的水下信标定向定位。
以及通过正、反向超短基线系统和第一、第二惯性导航系统实现了正、反双向同时定位水上-水下运载器的相对位置；将水听器阵设置在水下运载器上，比将水听器阵设置在水上运载器上，噪声干扰更小，因此基阵接收到的信号质量更好，便于后续的位置信息处理，得到更精确的位置信息。且正、反双向定位方式同时进行，获得的数据频率更高，定位效率更高，同时也提高了定位的准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种水下信标定向定位系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种水下信标定向定位方法的流程图。
图中，11-定位系统，12-第一基阵和第一发射换能器，13-第一信标，14-第一惯性导航系统，15-第二惯性导航系统，16-水听器阵，17-第二基阵和第二发射换能器，18-第二信标，19-缆线；21-水上运载器，22-水下运载器，23-待定位水下信标。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1，为本实用新型提供的一种水下信标定向定位系统的结构示意图，包括：正向超短基线系统和反向超短基线系统，设置在水上运载器21端的定位系统11和第一惯性导航系统14，以及设置在水下运载器22端的第二惯性导航系统15和水听器阵16。
水听器阵16包括n个按预设间距和角度布置的定向水听器。水听器阵16，用于得到待定位水下信标23的方位。水听器阵16设置在水下运载器22的底部和/或两侧。在一个具体实施例中水听器阵包括位于三角形的三个角上的三个定向水听器。n越大则获得信号的几率越大。根据水听器阵内不同位置的水听器接收到待定位水下信标23发射的声信号的强弱和/或时间间隔，测得待定位水下信标23相对于水下运载器22的方向信息。示例性的，水听器阵为一个圆形阵列，接收到声信号最强或接收到声信号的时间间隔最短的水听器向外指向的方向为待定位水下信标23相对于水下运载器22的方向。
图1中示出的水上运载器21为船舶，需要说明的是水上运载器21还可以为浮标等。水下运载器22具体可以为拖曳体等。本实用新型对于水上运载器21和水下运载器22的具体形式不做限定。
定位系统11，用于定位水上运载器21的绝对位置。定位系统11具体可以为GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、BDS(BeiDou Navigation SatelliteSystem，中国北斗卫星导航系统)、GLONASS(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM，格洛纳斯全球卫星导航系统)、伽利略定位系统或组合导航系统等，本实用新型对于定位系统11的具体形式不做限定。
正向超短基线系统，用于正向定位水上运载器21与水下运载器22的相对位置。在一个具体实施例中，正向超短基线系统包括设置在水上运载器21底部的第一基阵和第一发射换能器12，以及设置在水下运载器22顶部的第一信标13。第一基阵包括设置在四边形四个角位置的水听器，各个水听器的高度不相同，第一发射换能器设置在四边形的中心。正向超短基线系统可以采用现有技术中的超短基线定位方法来实现，本实用新型对于此定位过程再赘述。
第一惯性导航系统14，用于得到水上运载器21的航向和姿态。第一惯性导航系统14包括罗经和姿态仪，惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。
反向超短基线系统，用于反向定位水上运载器21与水下运载器22的相对位置。反向超短基线系统包括设置在水下运载器22顶部的第二基阵和第二发射换能器17，以及设置在水上运载器21底部的第二信标18。第二基阵包括设置在在四边形四个角位置的水听器，各个水听器的高度不相同，第二发射换能器设置在四边形的中心。反向超短基线系统即是将正向超短基线系统的信标与基阵和发射换能器反向设置，正向、反向超短基线系统的定位原理基本相同，反向超短基线系统可以采用现有技术中的超短基线定位方法来实现，本实用新型对于此定位过程再赘述。
第二惯性导航系统15，用于得到水下运载器22的航向和姿态；第二惯性导航系统15包括罗经和姿态仪，惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。
待定位水下信标23为主动向外发射声信号的装置。待定位水下信标23具体可以为电子飞行记录仪(俗称黑匣子)，黑匣子能从深度为3000m的水下传递超声波信号，通常每秒钟以37.5kHz的频率发出信号，并持续30天。
在一个具体实施例中，水下运载器22与水上运载器21之间通过缆线19连接；水上运载器21通过所述缆线19拖动所述水下运载器22，同时所述水下运载器22端的控制器与所述水上运载器21端的控制器之间通过所述缆线19进行数据交换。
上述实施例介绍了水下信标定向定位系统的结构，下面详细介绍基于上述水下信标定向定位系统进行水下定位的方法。参见图2，为本实施例提供一种基于图1所示水下信标定向定位系统的反向水下信标定向定位方法的流程图，包括步骤：
S21：根据正向超短基线系统获得的信息，以及第一惯性导航系统14得到的水上运载器21的航向和姿态，计算得到水上运载器21与水下运载器22的相对位置，结合定位系统11获取所述水上运载器21的绝对位置，计算得到水下运载器22的绝对位置，即第一绝对位置。
S22：根据反向超短基线系统获得的信息，以及第二惯性导航系统15得到的水下运载器22的航向和姿态，计算得到水上运载器21与水下运载器22的相对位置，结合定位系统11获取所述水上运载器21的绝对位置，计算得到水下运载器22的绝对位置，即第二绝对位置。
S23：将第一绝对位置与第二绝对位置进行融合，获得融合后的水下运载器22的绝对位置，实现将水面测量平台移到水下。
S24：待定位水下信标23(黑匣子)向外发射声信号，根据水听器阵16内不同位置的定向水听器接收到待定位水下信标23发射的声信号的强弱，测得待定位水下信标23相对于水下运载器22的方位信息。
本实施例提供的水下信标定向定位系统的工作原理为：
相比于传统水上运载器直接定位待定位水下信标的方式，本实施例提供的水下信标定向定位系统，一方面，通过将水上运载器21的测量平台移到水下运载器22上，结合在水下运载器22(拖曳体)增加的水听器阵16进行二次定位，进而将3000米水下定位深度提高到6000米，实现了位于深海海底的水下信标-黑匣子(向外发送37.5Hz的声波信号，信号传播距离为3000米左右)的定向定位。
另一方面，通过正向、反向超短基线系统双向定位获得水下运载器22的位置，同一时间获得数据更多，结果更精确；而且将反向超短基线系统的水听器阵设置在水下运载器22上，与将水听器阵设置在水上运载器21上相比，受到船体的螺旋桨等的噪声干扰更小，因此反向超短基线系统接收到的信号质量更好，便于后续的位置信息处理，得到更精确的位置信息。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本实用新型所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种水下信标定向定位系统，其特征在于，包括：正向超短基线系统和反向超短基线系统，设置在水上运载器(21)端的定位系统(11)和第一惯性导航系统(14)，以及设置在水下运载器(22)端的第二惯性导航系统(15)和水听器阵(16)；
所述定位系统(11)，用于获取所述水上运载器(21)的绝对位置；
所述正向超短基线系统，用于正向定位所述水上运载器(21)与所述水下运载器(22)的相对位置；
所述第一惯性导航系统(14)，用于得到所述水上运载器(21)的航向和姿态；
所述反向超短基线系统，用于反向定位所述水上运载器(21)与所述水下运载器(22)的相对位置；
所述第二惯性导航系统(15)，用于得到所述水下运载器(22)的航向和姿态；
所述水听器阵(16)包括n个按预设间距和角度布置的定向水听器或矢量水听器，n≥3，所述水听器阵(16)，用于得到待定位水下信标(23)的方位；
所述待定位水下信标(23)为主动向外发射声信号的装置。
2.根据权利要求1所述的水下信标定向定位系统，其特征在于，所述水下运载器(22)与所述水上运载器(21)之间通过缆线(19)连接，所述水上运载器(21)通过所述缆线(19)拖动所述水下运载器(22)，同时所述水下运载器(22)端的控制器与所述水上运载器(21)端的控制器之间通过所述缆线(19)进行数据交换。
3.根据权利要求1所述的水下信标定向定位系统，其特征在于，所述正向超短基线系统包括：设置在所述水上运载器(21)底部的第一基阵和第一发射换能器(12)，以及设置在所述水下运载器(22)顶部的第一信标(13)；
所述第一基阵包括设置在四边形四个角位置的水听器，各个所述水听器的高度不相同，所述第一发射换能器设置在四边形的中心。
4.根据权利要求1所述的水下信标定向定位系统，其特征在于，所述反向超短基线系统包括：设置在所述水下运载器(22)顶部的第二基阵和第二发射换能器(17)，以及设置在所述水上运载器(21)底部的第二信标(18)；
所述第二基阵包括设置在四边形四个角位置的水听器，各个所述水听器的高度不相同，第二发射换能器设置在四边形的中心。
5.根据权利要求1所述的水下信标定向定位系统，其特征在于，所述水听器阵(16)包括：
设置在三角形三个角位置的定向水听器或矢量水听器，水听器阵(16)设置在所述水下运载器(22)的底部和/或两侧。
6.根据权利要求1所述的水下信标定向定位系统，其特征在于，所述待定位水下信标(23)为：电子飞行记录仪。
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|---|---|---|---|
| CN202021061013.7U CN212301847U (zh) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | 水下信标定向定位系统 |
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|---|---|---|---|
| CN202021061013.7U CN212301847U (zh) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | 水下信标定向定位系统 |
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| CN212301847U true CN212301847U (zh) | 2021-01-05 |
Family
ID=73941326
Family Applications (1)
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| CN202021061013.7U Active CN212301847U (zh) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | 水下信标定向定位系统 |
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| CN (1) | CN212301847U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111537946A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-08-14 | 北京南风科创应用技术有限公司 | 水下信标定向定位系统及方法 |
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2020
- 2020-06-10 CN CN202021061013.7U patent/CN212301847U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111537946A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-08-14 | 北京南风科创应用技术有限公司 | 水下信标定向定位系统及方法 |
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