[发明专利]一种单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统

说明书

本发明提供了一种单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，包括监测拖缆、GPS智能浮标、GPS天线、无线信号传输设备、监测传感器、计算分析终端；GPS智能浮标为柱式轻质结构，安装有GPS天线、无线信号传输设备等电子仪器；监测拖缆分别连接GPS智能浮标的水面以下部位和水下航行目标，监测拖缆上布置有监测传感器；监测传感器可以实时测量安装点位处监测拖缆的深度、倾角、旋转角度信息；计算分析终端为安装有计算分析软件的PC终端，能根据监测拖缆形态计算水下目标与GPS智能浮标相对位置，结合GPS智能浮标的GPS坐标最终计算得到水下航行目标的GPS坐标，并在显示设备上输出。本发明能够在复杂的海洋环境中确保理论计算的准确性。

技术领域

本发明涉及水下GPS系统的技术领域，特别是指一种单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统。

背景技术

GPS定位技术广泛用于海上、陆上、空中各种运动载体的高精度导航定位。由于无线电信号不能在水中传播，潜艇、水下机器人和其他水下航行体在水下导航定位主要利用惯性导航系统。惯性导航系统主要缺点是定位误差随时间积累。借助水声定位等技术得到水下目标与水面GPS天线相对位置，从而将GPS水面定位向水下延伸的技术，称为水下GPS技术。

目前水下GPS应用系统从工作原理上分主要有两种：GPS浮标网络的长基线水下定位系统和单个GPS浮标的水下相对定位系统。GPS浮标的作用是获取浮标点处的GPS坐标。系统工作时一般通过水声定位方式得到水下待定位目标与水上GPS浮标的相对位置，再结合各浮标点处的GPS坐标计算水下目标的大地坐标位置。

GPS浮标网络的长基线水下定位系统，其在应用时要事先在跟踪水域范围布设3至4个GPS浮标，并安排水面船舶在附近保障测试任务，因此不仅作业区域有限，且工序繁琐，成本高。单个GPS浮标的水下相对定位系统采用水下目标拖曳单个GPS浮标的方式，突破了作业区域的限制，能在大范围海域对水下目标进行跟踪定位。这种系统中水下目标与GPS浮标间相对位置的获取有两种方法。一种是在GPS浮标和水下目标上分别装载超短基线阵和水声换能器进行水声定位，该方法目前主要用于对定位精度不是很高的情况(如水下潜艇的自身定位)。另一种是根据水动力参数等信息计算拖缆形态并得到水下目标位置。此方法不需要水声设备配合定位，成本低，但只有在水下目标稳定航行时才能有效定位，且由于复杂的海洋环境，并下不能保证理论计算的准确性。

发明内容

本发明实施例提供了一种单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，为了解决现有技术中在复杂的海洋环境中不能确保理论计算准确性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种单浮标拖缆形态监测的水下GPS系统，包括GPS天线、GPS智能浮标、监测拖缆、监测传感器和计算分析终端；

所述GPS天线固定在GPS智能浮标位于水面以上的部位，用于接收GPS卫星信号进行定位；

所述GPS智能浮标为柱式轻质结构，用于产生正浮力，直立地漂浮在水面；所述GPS智能浮标内部安装有电子设备；

所述监测拖缆用于连接GPS智能浮标的水面以下部位和水下航行目标，为GPS智能浮标与水下航行目标提供拖曳力以及信号和电力传输；所述监测拖缆上布置有监测传感器；

所述监测传感器布置有多套，包含深度传感器、倾角传感器和电子三维罗盘，用于实时测量安装点位处监测拖缆的深度、倾角和旋转角度；

所述监测传感器通过连接缆线进行各安装单元的信号传输，包括安装点位处的深度、倾角和旋转角度，并将信号传输到计算分析终端；

所述计算分析终端用于根据所述监测传感器采集的深度、倾角和旋转角度计算水下航行目标与GPS智能浮标的相对位置，再结合GPS智能浮标的GPS坐标，计算得到水下航行目标的GPS坐标，并在显示设备上输出。