[发明专利]一种水声定位系统及方法

说明书

本发明提供一种水声定位系统及方法，通过在信号发射端包含深度传感器，将深度信息嵌入到水声信号中并发送出去，并分别通过面阵换能器和单阵元换能器接收包含深度信息的水声信号，利用单阵元换能器测试斜距信息，并利用面阵换能器的方向性特点确定待定位目标物的方位角，通过提取水声信号中包含的深度信息，再结合方位角和斜距信息确定待定位的目标物完整的位置信息，同时通过陀螺仪确定面阵换能器的位置偏移，根据位置偏移对待定位的目标物完整的位置信息进行变换，实现对目标物位置的精确定位，不仅提高了定位精度，而且降低了成本。

技术领域

本发明涉及水声定位领域，尤其涉及一种水声定位系统及方法。

背景技术

在一些自动化的水下设备中，尤其是水下机器人作业过程中，需要对水下设备的位置进行精确定位，岸上或母船操作人员需要实时掌握水下设备的相对位置或绝对经纬度坐标。在水面之上可以使用GPS或北斗实现位置信号收集，而对于水下，水声定位是一种有效的方式。一般的水声定位系统，比如超短基定位系统是基于多元阵来对接收信号的时延差进行估计来计算目标在水下的距离和方位角，但实际上面对复杂的水域环境，水中的环境噪声、声散射和吸收作用、混响等因素会严重影响时延差的估算精度，导致最后求得的目标位置不准确，误差严重偏大，且随着距离的增大而增大。而且对所选用的水声换能器件的要求较高，导致定位设备的成本居高不下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种水声定位系统及方法，能够实现精确的定位，并且成本低。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种水声定位系统，包括信号发射端和基阵部分；

所述信号发射端用于安装在待定位的目标物上；

所述信号发射端包括深度传感器和水声信号发射器；

所述深度传感器与所述水声信号发射器连接；

所述基阵部分包括信号处理器、换能器阵和陀螺仪；

所述换能器阵包括主阵元和辅助阵元；

所述主阵元包括面阵换能器，所述辅助阵元包括单阵元换能器；

所述面阵换能器、单阵元换能器和所述陀螺仪分别与所述信号处理器连接。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种水声定位方法，包括步骤：

S1、分别通过面阵换能器和单阵元换能器接收从待定位的目标物上发射出来的水声信号，所述水声信号中包含待定位的目标物的深度信息；

S2、根据所述单阵元换能器接收的水声信号确定所述待定位的目标物与所述单阵元换能器之间的斜距；

S3、根据所述面阵换能器接收的水声信号确定所述待定位的目标物的方位角；

S4、提取所述水声信号中包含的深度信息，根据待定位的目标物的方位角、深度信息和所述斜距确定所述待定位的目标物完整的第一位置信息；

S5、通过陀螺仪确定所述面阵换能器当前位置与初始位置之间的位置偏移，根据所述位置偏移对所述第一位置信息进行变换，实现对待定位的目标物的定位。

本发明的有益效果在于：通过将深度信息嵌入到水声信号中并发送出去，并分别通过面阵换能器和单阵元换能器接收包含深度信息的水声信号，利用单阵元换能器测试斜距信息，并利用面阵换能器的方向性特点确定待定位目标物的方位角，通过提取水声信号中包含的深度信息，再结合方位角和斜距信息确定待定位的目标物完整的位置信息，同时通过陀螺仪确定面阵换能器的位置偏移，根据位置偏移对待定位的目标物完整的位置信息进行变换，实现对目标物位置的精确定位，不仅提高了定位精度，而且降低了成本。