[发明专利]一种智能化船载水声定位装置、系统及定位方法

权利要求书

1.一种智能化船载水声定位装置，包括船载短基阵(1)、工作母船(2)、信号处理设备(4)、水下信标(5)，其特征在于：船载短基阵(1)与工作母船(2)通过刚性连接杆(3)固定连接，在船载短基阵(1)底部的中心位置和刚性连接杆(3)的入水端分别设有发射换能器(11)和发射换能器(31)，且在发射换能器(11)同一垂直线上方设有对应的GPS天线(111)，发射换能器(31)同一垂直线上方设有对应的GPS天线(311)；信号处理设备(4)设置于工作母船(2)内，水下信标(5)设置于水下目标(6)上。

2.根据权利要求1所述的一种智能化船载水声定位装置，其特征在于：所述船载短基阵(1)由五元组合换能器构成，且船载短基阵(1)与刚性连接杆(3)采用卡槽防差错结构，使船载短基阵(1)坐标系和工作母船(2)坐标系的夹角小于5°。

3.根据权利要求1所述的一种智能化船载水声定位装置，其特征在于：所述船载短基阵(1)中心为水密电子舱，高精度姿态传感器及其他电子组件均安装在水密电子舱内。

4.根据权利要求1所述的一种智能化船载水声定位装置，其特征在于：所述信号处理设备(4)包括模拟信号调理、数字信号处理、数据处理显控、航姿测量以及系统供电；

所述水下信标(3)包括信号源、功率放大器、组合换能器以及内置电源，其中信号源用于产生声信号，经功率放大器放大后通过组合换能器发出，内置电源用于供电。

5.一种智能化船载水声定位系统，包括船载的发射换能器模组、GPS定位模组、信号处理模组，以及水下的水下目标组件，其特征在于：

水下目标组件，用于发出水声信号；

发射换能器模组，用于接收水下目标组件发出的声信号，并对声信号进行校准并发传输至信号处理模组；

GPS定位模组，用于获取发射换能器模组的绝对位置信息，作为水声定位跟踪解算基础数据。并输送至信号处理模组；

信号处理模组，用于接收发射换能器模组和GPS定位模组所发出的信号、信息，获得水下目标组件相对于发射换能器模组的位置坐标、绝对位置信息，并进行坐标系统的修正和转换，最终获得水下目标组件的精确定位信息。

6.根据权利要求5所述的一种智能化船载水声定位系统，其特征在于：所述发射换能器模组还用于获取其自身的姿态信息并发传输至信号处理模组；所述信号处理模组还用于结合所述姿态信息后，通过模拟信号调理对水声信号进行放大、调理之后，进行水声脉冲信号帧行识别以及获得深度调制时延、频率后由数据处理显控设备对脉冲信号进行匹配、分组、定位结算、声线修正；所述发射换能器模组中，通过至少两套换能器来接收水下目标组件发出的声信号，并对声信号依次进行校准并发传输至信号处理模组。

7.一种智能化船载水声定位方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤S1：定位系统安装完成后，对船载短基阵(1)进行入水检测，并自动完成基阵孔径测量，作为水声定位跟踪解算基础数据；

步骤S2：控制发射换能器(11)和发射换能器(31)依次进行校准声信号发射，获得对应的船载短基阵(1)坐标系下的位置信息，同时由GPS天线(111)和GPS天线(311)获得发射换能器(11)和发射换能器(31)的绝对位置信息；

步骤S3：水下目标(6)发出声信号，船载短基阵(1)的阵元接收，传输至信号处理设备(4)进行数据处理，结合步骤S1获得的基阵孔径，获得水下目标(3)相对于船载短基阵(1)位置坐标；

步骤S4：最后带入船载短基阵(1)内部的姿态信息，结合步骤S2获得的绝对位置信息，进行坐标系统的修正和转换，最终获得水下目标的精确定位信息。

8.根据权利要求7所述的一种智能化船载水声定位方法，其特征在于：所述步骤S3中信号处理设备(4)的数据处理包括对声信号放大、调理、获取脉冲延时、对目标深度信息进行频率编码和脉冲间隔解调，以及对脉冲信号进行匹配、分组、定位结算、声线修正。