CN203714144U - 一种基于声学和gps智能定位的浮标装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置，可检测信号频段10Hz~40kHz，动态范围达90dB。它包括水上综合显示控制平台、水声定位浮标和无线通信设备，水声定位浮标和水上综合显示控制平台之间通过无线通信设备进行数据传输。本实用新型适用于但不仅限于水下目标的精确定位跟踪、噪声监测、水下勘测、水下监控的应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种水下实时被动定位测量系统，具体是指一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置。本实用新型适合用于水下目标的精确定位跟踪、水下勘测、噪声测量和水下监控等。
背景技术
声波是目前人类所知唯一能在水下远距离传播的能量形式，声纳可以利用水声技术探测水下目标和水下通信，对水下目标进行探测，定位和跟踪。通过在水面工作船只、水下移动平台以及作业海区上加装和布防声学定位设备，可实现水面对水下目标位置的实时监控、水面与水下平台的信息交互。水声定位在海洋环境观测、海洋测绘、资源勘探和水下通信中起重要作用,在海洋工程中有着广阔的应用前景。
迄今为止，水下目标定位跟踪的主要手段仍是依赖于几何原理的水声学定位方法。通常用声基线的距离或激发的声学单元的距离来对声学定位系统进行定位。现有的这类定位方式存在布放复杂、作用范围小、精度低和适应能力差的问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置。
本实用新型要解决的是现在水下目标定位装置存在的布放复杂、作用范围小、精度低，对大动态范围低频段的水声信号测量难的问题。
本实用新型的技术方案是：它包括水上综合显示控制平台、水声定位浮标和无线通信设备，水声定位浮标和水上综合显示控制平台之间通过无线通信设备进行数据传输。
本实用新型的又一特征是水上综合显示控制平台包括主控计算机、主控模块、显示器和
键盘鼠标；主控模块设于主控计算机内，显示器、键盘鼠标和主控计算机连接，主控模块用于该浮标装置管理、实时定位解算与显示、信号综合处理、数据后置处理。
本实用新型的又一特征是水声定位浮标包括浮标电子仓、通信电子仓、电池组、信号处理模块、数据内记模块、水听器、水声接收机、承重电缆、浮体、浮杆和浮球，通信电子仓设于浮杆顶端，浮标电子仓设于浮杆的末端，浮体设于浮标电子仓和通信电子仓之间的浮杆上，浮球连接于浮杆上；浮标电子仓为一长腔体，电池组、信号处理模块、数据内记模块设于浮标电子仓的长腔体内；水听器通过承重电缆系与浮标电子仓下部，水听器通过水声接收机与信号处理模块连接，数据内记模块与信号处理模块连接，信号处理模块上接有电池组；水听器接收目标的瞬态信号，信号处理模块完成瞬态信号的处理过程，数据内记模块完成瞬态信号的记录；水声定位浮标上设有GPS天线及接收模块。
本实用新型的又一特征是水声定位浮标有四套，各水声定位浮标之间通过GPS时间信息和1PPS信号完成浮标阵之间的同步。
本实用新型的又一特征是承重电缆末端连接有铅锚，浮球下系有系索，系索上系有定位锚。
本实用新型的又一特征是通信电子仓上设有扩频天线、扩频通信模块、GPS天线和GPS接收模块；扩频天线与扩频通信模块连接，GPS天线和GPS接收模块连接。
本实用新型的又一特征是浮标电子仓底部设有锚环，浮体上设有水位线。
本实用新型的优点是：
一是本实用新型将GPS与水声定位相结合，使得GPS在水面的高精度定位能力向水下延伸，获得水下目标精确的大地经纬度坐标，并且能实时地对水声通讯信号进行分析处理及保存。本实用新型适用于海洋开发、海洋高新技术发展对水下高精度定位。
二是本实用新型在使用中可以根据需要，选择水声定位浮标的数量，以满足不同使用条件下作用距离和精度的要求，使用灵活性高、可扩展能力强。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型水上综合显示控制平台框图。
图3是本实用新型主控模块框图。
图4是本实用新型水声定位浮标框图。
图5是本实用新型水声定位浮标结构示意图。
具体实施方式
现结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型它包括水上综合显示控制平台、水声定位浮标和无线通信设备，水声定位浮标和水上综合显示控制平台之间通过无线通信设备进行数据传输。
本实用新型的又一特征是水上综合显示控制平台主控计算机、主控模块、显示器和键盘
鼠标；主控模块设于主控计算机内，显示器、键盘鼠标和主控计算机连接，主控模块用于该浮标装置管理、实时定位解算与显示、信号综合处理、数据后置处理。浮标装置管理包括系统初始化、系统自检和故障诊断、通信链路管理与数据报表。实时定位解算与显示部分完成数据解密、定位解算和位置显示、浮标位置显示与浮标状态显示。信号综合处理完成对瞬态信号的分析处理，包括：声源级估算、包络求解、滤波处理和频谱分析等。数据后置处理部分包括声线修正、轨迹回放。
本实用新型的又一特征是水声定位浮标包括浮标电子仓9、通信电子仓6、电池组、信号处理模块、数据内记模块、水听器12、水声接收机、承重电缆11、浮体7、浮杆和浮球1，通信电子仓6设于浮杆顶端，浮标电子仓9设于浮杆的末端，浮体7设于浮标电子仓9和通信电子仓6之间的浮杆上，浮球1连接于浮杆上；浮标电子仓9为一长腔体，电池组、信号处理模块、数据内记模块设于浮标电子仓9的长腔体内；水听器12通过承重电缆11系与浮标电子仓9下部，水听器12通过水声接收机与信号处理模块连接，数据内记模块与信号处理模块连接，信号处理模块上接有电池组；水听器接收目标的瞬态信号，信号处理模块完成瞬态信号的处理过程，数据内记模块完成瞬态信号的记录；水声定位浮标上设有GPS天线5及接收模块。
本实用新型的又一特征是水声定位浮标有四套，各水声定位浮标之间通过GPS时间信息和1PPS信号完成浮标阵之间的同步。
本实用新型的又一特征是承重电缆末端连接有铅锚13，浮球下系有系索2，系索2上系有定位锚3。
本实用新型的又一特征是通信电子仓上设有扩频天线4、扩频通信模块、GPS天线5和GPS接收模块；扩频天线与扩频通信模块连接，GPS天线和GPS接收模块连接。
本实用新型的又一特征是浮标电子仓底部设有锚环10，浮体上设有水位线8。
本实用新型的电池组和电源管理部分为系统各个部分提供了高效的电源，整个电源管理分成电池组和电源转换两个部分，在各部分电源之间加了保护二极管，以减小各部分之间的相互影响。低噪声高精度的水声接收机完成水听器接收到的微弱信号放大、滤波和采样。用外部看门狗电路监控整个系统运行状态，提高系统的可靠性和稳定性。数据内记模块完成原始数据或处理后数据的存储；信号处理模块通过对水声信号的处理获得异步时延数据。 扩频通信模块和DSP的数据接口采用了网络接口。DSP的EBIU接口通过一个接口转换芯片转成LAN接口之后接到扩频通信模块上。 GPS接收模块为定位浮标提供了位置信息和1pps秒脉冲信号，GPS接收模块和外接到DSP的SPI转UART芯片进行数据交换。水声浮标的信号处理模块采用的DSP软件架构，采用分层、模块化设计。从系统架构上共分成四层：操作系统层（uClinux内核）、硬件驱动层、协议层及应用程序层。
本实用新型利用GPS浮标构成水下定位框架，测量水下目标的声波信号来解算目标方位，并将解算结果传输到主控计算机进行综合解算并实时显示目标轨迹，本实用新型的这种长基线定位系统，具有定位精度高、作用距离远、可靠性好等特点。水上主控计算机监测浮标所在GPS位置,利用浮标分系统上传的数据和浮标GPS位置通过几何交汇原理解算目标位置。当目标深度先验已知时，利用三个浮标的信息即可定位，冗余浮标信息用于剔解不合理解及实现多解的加权平均。本实用新型的GPS定位浮标结合无线通信技术，用户可以方便的实时访问浮标的监测数据以及实现实时传输数据。
Claims (7)
1.一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置，其特征在于它包括水上综合显示控制平台、水声定位浮标和无线通信设备，水声定位浮标和水上综合显示控制平台之间通过无线通信设备进行数据传输。
2.如权利要求1所述的一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置，其特征在于水上综合显示控制平台包括主控计算机、主控模块、显示器和键盘鼠标；主控模块设于主控计算机内，显示器、键盘鼠标和主控计算机连接，主控模块用于该浮标装置管理、实时定位解算与显示、信号综合处理、数据后置处理。
3.如权利要求1所述的一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置，其特征在于水声定位浮标包括浮标电子仓、通信电子仓、电池组、信号处理模块、数据内记模块、水听器、水声接收机、承重电缆、浮体、浮杆和浮球，通信电子仓设于浮杆顶端，浮标电子仓设于浮杆的末端，浮体设于浮标电子仓和通信电子仓之间的浮杆上，浮球连接于浮杆上；浮标电子仓为一长腔体，电池组、信号处理模块、数据内记模块设于浮标电子仓的长腔体内；水听器通过承重电缆系与浮标电子仓下部，水听器通过水声接收机与信号处理模块连接，数据内记模块与信号处理模块连接，信号处理模块上接有电池组；水听器接收目标的瞬态信号，信号处理模块完成瞬态信号的处理过程，数据内记模块完成瞬态信号的记录；水声定位浮标上设有GPS天线及接收模块。
4.如权利要求1所述的一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置，其特征在于水声定位浮标有四套，各水声定位浮标之间通过GPS时间信息和1PPS信号完成浮标阵之间的同步。
5.如权利要求1所述的一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置，其特征在于承重电缆末端连接有铅锚，浮球下系有系索，系索上系有定位锚。
6.如权利要求1所述的一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置，其特征在于通信电子仓上设有扩频天线、扩频通信模块、GPS天线和GPS接收模块；扩频天线与扩频通信模块连接，GPS天线和GPS接收模块连接。
7.如权利要求1所述的一种基于声学和GPS智能定位的浮标装置，其特征在于浮标电子仓底部设有锚环，浮体上设有水位线。
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