[发明专利]一种融合水下目标定位及遥控遥测数据水声网络传输的一体化方法

摘要

本发明涉及一种新型的水下目标定位及遥控遥测数据水声网络传输的一体化方法，利用的设备包括多个定位潜标、被测目标平台、无线中继浮标和船载显控平台。多个定位潜标沉底布放成海底测量阵，之后对定位潜标阵的位置进行测量。被测目标在海底测量阵组成的测量区域内航行，被测目标平台持续等间隔发送声学询问信号，作用距离内的定位潜标接收到询问信号后等待固定延时回复应答信号，被测目标平台接收到应答回复信号后根据信号检测结果进行自身位置解算，并将解算结果结合深度测量结果通过水声通信方式发送给最近的定位潜标，最近的定位潜标传输给船载显控平台，即可在显控平台上实时监测被测目标的水下位置。

主权项

一种水下目标定位及遥控遥测数据水声网络传输的一体化方法，包括目标定位及遥控遥测数据水声网络传输，其特征在于目标定位及遥控遥测数据水声网络传输利用的设备包括多个定位潜标、被测目标平台、无线中继浮标和船载显控平台；多个定位潜标布放在海底构成海底定位潜标阵，布放完成后，对定位潜标阵的位置进行测量，测量选择自测阵方式或直接测阵方式；在被测目标平台上装载定位潜标阵的位置信息，被测目标在定位潜标阵组成的测量区域内航行时，被测目标平台持续等间隔发送声学询问信号给定位潜标，作用距离内的定位潜标接收到询问信号后，等待固定延时回复对应自身地址的应答信号，其中的固定延时是方法事先设定好的，用于消除信号处理时间不一致对定位结果的影响；被测目标平台接收到应答回复信号后，进行应答信号检测和应答信号时延估计，根据多个定位潜标的应答信号时延估计结果和定位潜标的位置信息采用长基线定位方法进行自身位置解算；被测目标平台根据自身安装的压力传感器进行压力数据采集及深度计算；被测目标平台将定位解算结果和深度测量结果通过水声通信方式发送给最近的定位潜标，最近的定位潜标依次沿水声通信链路和无线通信链路传输给船载显控平台，最后在船载显控平台上实时监测被测目标的水下位置；上述定位潜标具备询问信号接收功能、应答信号回复功能、通信信号接收及转发功能，是本发明水下定位与通信的关键节点；上述船载显控平台兼具有与定位潜标的水声数据通信功能及与无线中继浮标的无线数据通信功能，既实现声学信号的接收、处理和水声通信解码，又与无线中继浮标进行无线数据传输通信；也就是说，船载显控平台直接与定位潜标进行水声数据通信，或通过无线中继浮标间接实现与定位潜标的数据通信；间接通信时，船载显控平台与无线中继浮标之间采用无线扩频通信方式通信，无线中继浮标与定位潜标之间采用水声通信方式通信；对水下目标的定位采用长基线定位方法，在已知定位潜标阵位置信息的前提下，通过测量水下被测目标平台到定位潜标阵之间的时延信息，利用球面几何交汇原理即可实现目标精确定位；在目标深度信息已知的情况下，至少需要知道被测目标平台到三个定位潜标之间的时延才能获得目标位置的唯一解；该方法在特定的测量区域内最多可同时对三个水下目标进行精确定位；最大可测量区域为30km×30km，定位潜标在测量区域内按4km×4km或5km×5km的基本测控单元布放；基本测控单元的大小可根据实时海况及水文数据进行调整；该方法工作频带为7.0kHz~14.0kHz，每个单频信号代表一个信道，共分为34个信道，信道之间频点间隔200Hz，信号脉宽在5ms~10ms内可调，调整步长为1ms；34个信道中的某两个信道作为唤醒信号信道，其余的32个信道作为水声通信信道，同时在32个信道中优化选取7~12个信道的脉冲信号进行跳频编码优化组合；跳频编码优化组合的脉冲个数由实际布放的定位潜标数量决定；该方法询问信号由唤醒信号和跳频编码信号组成；不同的被测目标平台都采用同样的唤醒信号和跳频编码信号，唤醒信号和跳频编码信号之间的时延间隔不同代表不同的目标；唤醒信号采用固定的单频信号CRF1，信号脉宽为5ms；询问信号的跳频编码信号也是固定的信号形式，信号脉宽为7ms~12ms；本发明中定位潜标回复的应答信号也采用跳频编码信号形式，每一个定位潜标分配不同的跳频编码信号，代表定位潜标的地址码；水声遥控遥测传输的数据内容有：定位潜标自检命令、定位潜标释放命令、定位潜标开始自测阵、开始目标定位、停止目标定位、设置定位潜标路由表、设置定位潜标位置、回传自检结果、回传自测阵结果、回传目标定位结果；其中前7个为下行指令，后三个为上行指令；水声通信协议的格式如下：中继节点地址码6bits、目的节点或源节点地址码6bits、遥控遥测指令码4bits、数据内容码和奇偶校验码2bits；其中数据内容码的长度根据不同的指令内容确定；针对下行指令，水声通信协议中的前12bits代表中继节点地址和目的节点地址；针对上行指令，水声通信协议中的前12bits代表中继节点地址和源节点地址；下行指令的源节点默认为船载显控平台，上行指令的目的节点地址也默认为船载显控平台。