[发明专利]基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统，其特征在于，包括：

路由模块，用于接收操作指令，根据所述操作指令生成同步指令并广播所述同步指令；

扬声模块，用于接收所述同步指令，并广播声波信号；非开挖导向钻头接收到所述声波信号后产生共振声波信号；所述声波信号的频率与非开挖导向钻头的固有频率相差小于10Hz；

接收模块，用于接收所述同步指令，并从地表N个位置采集共振声波信号，然后向定位模块传输所述共振声波信号，其中N≥3；

定位模块，用于接收所述同步指令和所述共振声波信号，并根据所述同步指令、共振声波信号声强以及共振声波信号采集位置，通过多球定点法解算出所述非开挖导向钻头的当前位置；所述定位模块执行以下操作：

获取在N个位置接收的共振声波信号的声强，其中N≥3；

根据声强在地下的衰减特性，以及共振声波信号采集位置的三维坐标，计算非开挖导向钻头与各共振声波信号采集位置之间的距离，通过多球定点法解算出所述非开挖导向钻头的当前位置，

式中，(x, y, z)表示钻头坐标；k表示麦克风单元工作时的功率放大倍数；W表示非开挖导向钻头的发声功率；J(r₁)、J(r₂)、J(r₃)…J(r_N)为N个位置接收的共振声波信号的声强；r₁、r₂、r₃…r_N分别为各个共振声波信号采集位置与钻头之间的距离，N≥3。

2.如权利要求1所述的基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统，其特征在于，所述路由模块包括：

人机交互单元，用于接收操作指令；

无线信号发射单元，用于根据所述操作指令生成同步指令并广播所述同步指令。

3.如权利要求1所述的基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统，其特征在于，所述扬声模块包括：

无线信号接收单元，用于接收并解析同步指令；

扬声器单元，与无线信号接收单元信号连接，在无线信号单元验证通过同步指令后，生成并广播声波信号。

4.如权利要求1所述的基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统，其特征在于，所述接收模块包括：

无线信号接收单元，用于接收并解析同步指令；

N个麦克风单元，分别与无线信号接收单元信号连接，在无线信号单元验证通过同步指令后，从地表不同位置接收非开挖导向钻头产生的共振声波信号，其中N≥3；

无线信号发射单元，用于实时传输共振声波信号至定位模块。

5.如权利要求4所述的基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统，其特征在于，所述N个麦克风单元分布在地表的不同位置，其中N≥3。

6.如权利要求1所述的基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统，其特征在于，所述定位模块包括：

无线信号接收单元，用于接收并解析同步指令，以及接收共振声波信号；

信号处理单元，与无线信号接收单元信号连接，在无线信号单元验证通过同步指令后，根据共振声波信号声强以及共振声波信号采集位置，通过多球定点法解算出所述非开挖导向钻头的当前位置。

7.一种基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位方法，其特征在于，采用如权利要求1~6任一项所述的声波定位系统进行非开挖导向钻头的声波定位。