[发明专利]一种智能化船载水声定位装置、系统及定位方法

说明书

本发明公开一种智能化船载水声定位装置、系统及定位方法，其中定位系统包括船载短基阵(1)、信号处理设备(4)、水下信标(3)，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)，且设有对应的GPS天线(111)和对应的GPS天线(311)；信号处理设备(4)设置于工作母船(2)上的数据处理舱(41)；水下信标(3)设置于水下目标(6)，通过短基阵接受水下信标发射的同步/异步水声脉冲信号，经过信号处理设备解算后，进行定位信息的绘制与显示，连续定位便可实现水下目标的航行轨迹跟踪，本发明实现了无需人工实施的自动化校准及智能定位跟踪。

技术领域

本发明属于水声定位跟踪技术领域，具体涉及一种智能化船载水声定位装置、系统及定位方法，可在系统安装完成后，直接进行水下目标的定位跟踪及导航，无需进行常规的试前人工校准。

背景技术

当前船载水声定位跟踪系统，多为超短基线和短基线系统。通常利用水声定位原理实时获得水下目标相对于船载基阵的位置信息，再结合船只当前的GPS/北斗定位信息，以及船载基阵的姿态等信息，进行坐标转换获得水下目标的绝对坐标信息；利用水声通信原理实现水下目标的遥测、遥控，以及水下导航等功能。

由于水声定位系统均存在坐标系转换问题，例如船载式水声定位系统存在基阵坐标系、船只坐标系、大地坐标系等多个坐标系的转换，其水声定位导航的精度直接与坐标系的转换相关。因此，船载水声定位系统在安装完成后，必须需要进行校准，获得不同坐标系之间的坐标偏移量，经过修正后才能实现水声定位及导航等功能，才能确保其水声定位的精度。通常情况下，船载水声定位跟踪系统在安装完成后，需要采用动态跑船或静态吊放声源的方式进行系统校准，解算不同坐标系之间的旋转参数矩阵。

由此可见，常规水声定位系统无论是采用动态还是静态方式，均存在校准工作量较大，经济性差，准备时间过长等不足。虽然国内进行了多种方法的研究和测试，在动态校准的基础上提出了静态校准的实施方法，但均需要人工跑船或静态吊放声源进行比对校准。特别是在需要反复拆装船载基阵的工程应用上，每次船载基阵安装后均需进行适应性校准，试验效率较低，且用户使用成本较高。如能研制一种无需人工校准的智能化船载水声定位系统，将大大提高工作效率。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供了一种智能化船载水声定位装置、系统及定位方法。

具体采用了以下设计结构及设计方案：

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)，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。

优选的，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°。

优选的，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。

优选的，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；

优选的，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。

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，其中：