[发明专利]一种水下运动目标与水流的三维速度联合测定方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及速度测量领域，特别涉及一种水下运动目标与水流的三维速度联合测定方法及装置。

背景技术

测量速度的方法有很多，针对不同的目标、不同环境下有不同的测量方法。在陆地上，对车辆一般采用雷达测速仪来测量速度。雷达测速仪主要利用了多普勒效应原理。多普勒效应是一种当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到波的频率与波源发出的频率并不一致的现象，具体表现为当观察者相对于声源做靠近运动时，观察者接收的频率会比声波本身的频率高；反之，当观察者相对于声源做远离运动时，观察者接收的频率会比声波本身的频率低。雷达测速仪根据接收到的反射电磁波的频率偏移量来计算移动物体的运动速度。

对水下物体进行运动速度测量时，由于电磁波在水下衰减严重，所以一般采用声波来测量运动目标的速度。目前主要有三种方法：一、通过机械装置来测量运动目标的速度，一般利用运动物体的轮轴旋转信息进行测量，这一类测速方法包括机械式速度测量、测速发电机型速度测量、霍尔数字式转速测量、磁感式车速测量、脉冲式转速传感器速度测量等；二、利用图像处理技术来进行的速度测量，一般通过对运动目标进行多次拍照，根据计算单位时间内物体运动的距离来测量出物体的运动速度；三、利用声波的多普勒效应进行速度测量，在水下，发送特定频率的声波，当声波遇到运动物体时反射回来，通过接收器检测接收，接收声波的频率会随着运动物体运动速度的变化而变化，通过检测声波频率的变化而测量出运动物体的速度。

现有利用机械装置来测量运动目标的速度，测量目标上需要安装测量装置，使用不便；利用图像技术来测量速度，在光线不好的环境下(如水下或者夜晚等)不能正常工作。

现在大多数利用多普勒测量水下物体运动速度的方法，是在没有考虑水流速度的情况下测量的，因为水流的影响，也会使声波产生一定的频移，因此测量会有误差。

因此，人们需要一种新的测量水下物体运动速度的方法来满足需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种水下运动目标与水流的三维速度联合测定方法。

本发明的另一目的在于提供一种水下运动目标与水流的三维速度联合测定装置。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种水下运动目标与水流的三维速度联合测定方法，包含以下顺序的步骤：

S1.选取地面为参考系，以超声发射位置为坐标原点，以垂直水平面向下为Z方向，计算出水下物体的三维坐标位置(x,y,z)；

S2.构建频率为f_s的单频信号作为速度测量信号并发射出去；

S3.超声接收模块接收到N个接收探头接收的信号，并将其传输至处理模块，其中第i个接收探头的位置为(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1,2,3......N；对接收到的N路信号分别进行频率估计，得到接收信号的频率为其中i＝1,2,3......N，并利用水下目标的三维位置(x,y,z)计算出水流速度和水下物体运动速度,其中N≥6。

所述的水下运动目标与水流的三维速度联合测定方法，具体包含以下步骤：

A、由多普勒效应可知，在信号发射点静止时，接收点接收的频率f'与发射频率f之间关系为：

f′=(c+vw+voc+vw)f;---(1)]]>