一种一体化多波束测深装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种一体化多波束测深装置，属于水下测绘领域。具体来说该装置由水下声学系统、水上信号处理机和控制计算机三部分组成。该装置最大的特点在于水下声学系统中专门设计的信息采集与控制单元和同步信号生成单元对声纳数据、表面声速数据、姿态数据、静水压力以及温度数据实现了完全同步式的实时采集，同时数据实时传输到水上信号处理机中与GNSS(全球导航卫星系统)和气压数据进行有机融合，从而实现所有数据的同时间、同空间和同姿态的采集和处理。该装置在使用过程中无需再配合额外的传感器及额外标校流程即可实现高精度水下测绘，因此可广泛适用于水下地形以及各类水下结构物、管线的精细三维测绘等领域，能快速测量水下三维地形。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是水下勘察、水下测绘等领域，更确切地说，涉及一种可广泛应用于水下地形以及各类水下结构物、管线的精细三维测绘等领域的一体化多波束测深装置。
技术介绍
水深测量是一种测定水底点至水面的高度和点的平面位置的工作，是海道测量和海底地形测量的中心环节，因此水深测量的最初目的是为船舶航行提供航道深度和确定航行障碍物的位置、深度和性质。随着水深测量技术的发展，传统的以保障航行为目的的水深测量逐步发展成相对独立的技术门类，即水下地形测量。水下地形测量是测量水底起伏形态和地物的工作，是陆地地形测量在水下的延伸，按照水域不同，又可划分为内水地形测量和海洋地形测量。同时在测量技术方面，水深测量经历了测绳重锤测量、单波束回声测深、多波束回声测深以及机载激光测深等几个发展阶段。多波束测深系统是从单波束测深系统发展起来，能一次给出与航线相垂直的平面内的几十个甚至上百个深度，能够精确、快速地测定沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状，从而较可靠地描绘出水下地形的精细特征，真正意义上实现了水下地形的面测量。与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量范围大、速度快、精度和效率高等优点。目前，在水下地形测量领域所应用最为广泛的技术和仪器是单波束回声测深仅和多波束测深仪，而其中由于单波束测深仪操作简便、设备成本相对较低，因此尽管多波束测深仪效率很高，但仍然没有得到普及应用。其主要原因是多波束测深系统的构成及其复杂，除了多波束测深声纳之外，还需要额外配置定位设备、姿态测量设备、声速测量装置等，同时要求对各类设备的安装位置和安装偏差以及声纳吃水等进行复杂的测前标校等工作，因此测前准备工作复杂，对操作人的要求很高。而对于水下地形以及各类水下结构物、管线的精细三维测绘等领域，尤其是机动式、快速水下三维地形或目标的勘察、测量领域的迫切需求，单波束测深仪已不能满足测量精度要求，传统的多波束测深仪由于其设备的复杂性及使用操作的繁琐性也直接制约着其应用，因此就必须有一种在使用过程中无需再配合额外的传感器及额外标校流程即可实现高精度水下测绘一体化的多波束测深装置。
技术实现思路
鉴于此，本技术公开了一种一体化多波束测深装置，该装置由水下声学系统(101)、水上信号处理机(102)和控制计算机(103)三个主要部分组成，其中水下声学系统(101)和水上信号处理机(102)通过水密电缆(104)进行连接；水上信号处理机(102)和控制计算机(103)通过以太网线(105)进行连接；水下声学系统(101)包括同步信号生成单元(107)、信息采集与控制单元(106)、.网络通信单元2(108)、声速传感器(109)、温度传感器(110)、压力传感器(111)、姿态传感器(112)、罗经(113)、多通道阵列信号接收单元(114)、多通道接收换能器阵(115)、多通道阵列信号发生单元(116)和多通道发射换能器阵(117)，其中，多通道接收换能器阵(115)、多通道阵列信号接收单元(114)和信息采集与控制单元(106)依次相连，多通道发射换能器阵(117)、多通道阵列信号发生单元(116)和信息采集与控制单元(106)依次相连，同步信号生成单元(107)、网络通信单元2(108)、声速传感器(109)、温度传感器(110)、压力传感器(111)、姿态传感器(112)、罗经(113)分别和信息采集与控制单元(106)单独相连；水上信号处理机(102)包括信号处理单元(118)、网络通信单元1(119)、网络交换机(120)、气压传感器(121)、通信与控制单元(122)、GNSS天线(124)和GNSS模块(123)，其中，信号处理单元(118)、网络通信单元1(119)和网络交换机(120)依次相连，气压传感器(121)、通信与控制单元(122)和网络交换机(120)依次相连；GNSS天线(124)与水上信号处理机(102)中的GNSS模块(123)、通信与控制单元(122)依次相连；水上信号处理机(102)中的通信与控制单元(122)与水下声学系统(101)中的同步信号生成单元(107)通过位于水密电缆中的数据与控制线相连；水上信号处理机(102)中的网络交换机(120)与水下声学系统(101)中的网络通信单元2(108)通过位于水密电缆中的数据线相连。本技术所公开的一种一体化多波束测深装置，其依次相连的信号采集与控制单元(106)、网络通信单元2(108)、网络交换机(120)、网络通信单元1(119)、信号处理单元(118)、网络通信单元1(119)、网络交换机(120)以及控制计算机(103)，构成了回波信号处理与结果上传回路。其中信号处理单元(118)包括原始数据分发模块(201)、回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)、姿态信息预处理模块(204)、时延聚焦波束形成模块(205)、水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)、实时地形检测模块(208)以及数据转发模块(209)；其中，原始数据分发模块(201)分别与网络通信单元1(119)、回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)和姿态信息预处理模块(204)相连，接收网络通信单元1(119)的原始数据信息并分别向回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)和姿态信息预处理模块(204)分发原始回波数据、表面声速数据和姿态数据；时延聚焦波束形成模块(205)分别与回波信号预处理模块(202)、表面声速预处理模块(203)、姿态信息预处理模块(204)、水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)、实时地形检测模块(208)相连，接收经过回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)、姿态信息预处理模块(204)预处理的数据进行时延聚焦波束形成并分别向水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)和实时地形检测模块(208)发送波束形成结果；数据转发模块(209)分别与水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)、实时地形检测模块(208)和网络通信单元1(119)相连，接收来自水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)和实时地形检测模块(208)的水体信息、回波强度和实时地形检测数据并通过依次相连的网络通信单元1(119)和网络交换机(120)发送给控制计算机(103)。本技术所公开的一种一体化多波束测深装置，其依次相连的同步信号生成单元(107)、信息采集与控制单元(106)、多通道阵列信号发生单元(116)以及多通道发射换能器阵(117)，构成了多通道阵列信号发射回路。其中多通道阵列信号发生单元(116)包括指令解析模块(301)、程控电源模块(302)、多通道时延控制模块(303)、信号生成模块(304)、功率放大模块(305)和变压器耦合模块(306)；其中，指令解析模块(301)分别与信息采集与控制单元(106)、程控电源模块(302)、多通道时延控制模块(303)和信号生成模块(304)单独相连；多通道时延控制模块(303)与功率放大模块(305)、变压器耦合模块(306)以及多通道发射换能器阵(117)依次相连；信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化多波束测深装置，其特征在于该装置由水下声学系统(101)、水上信号处理机(102)和控制计算机(103)三个主要部分组成，其中水下声学系统(101)和水上信号处理机(102)通过水密电缆(104)进行连接；水上信号处理机(102)和控制计算机(103)通过以太网线(105)进行连接；水下声学系统(101)包括同步信号生成单元(107)、信息采集与控制单元(106)、网络通信单元2(108)、声速传感器(109)、温度传感器(110)、压力传感器(111)、姿态传感器(112)、罗经(113)、多通道阵列信号接收单元(114)、多通道接收换能器阵(115)、多通道阵列信号发生单元(116)和多通道发射换能器阵(117)，其中，多通道接收换能器阵(115)、多通道阵列信号接收单元(114)和信息采集与控制单元(106)依次相连，多通道发射换能器阵(117)、多通道阵列信号发生单元(116)和信息采集与控制单元(106)依次相连，同步信号生成单元(107)、网络通信单元2(108)、声速传感器(109)、温度传感器(110)、压力传感器(111)、姿态传感器(112)、罗经(113)分别和信息采集与控制单元(106)单独相连；水上信号处理机(102)包括信号处理单元(118)、网络通信单元1(119)、网络交换机(120)、气压传感器(121)、通信与控制单元(122)、GNSS天线(124)和GNSS模块(123)，其中，信号处理单元(118)、网络通信单元1(119)和网络交换机(120)依次相连，气压传感器(121)、通信与控制单元(122)和网络交换机(120)依次相连；GNSS天线(124)与水上信号处理机(102)中的GNSS模块(123)、通信与控制单元(122)依次相连；水上信号处理机(102)中的通信与控制单元(122)与水下声学系统(101)中的同步信号生成单元(107)通过位于水密电缆(104)中的数据与控制线相连；水上信号处理机(102)中的网络交换机(120)与水下声学系统(101)中的网络通信单元2(108)通过位于水密电缆(104)中的数据线相连。...

【技术特征摘要】
1.一种一体化多波束测深装置，其特征在于该装置由水下声学系统(101)、水上信号处理机(102)和控制计算机(103)三个主要部分组成，其中水下声学系统(101)和水上信号处理机(102)通过水密电缆(104)进行连接；水上信号处理机(102)和控制计算机(103)通过以太网线(105)进行连接；水下声学系统(101)包括同步信号生成单元(107)、信息采集与控制单元(106)、网络通信单元2(108)、声速传感器(109)、温度传感器(110)、压力传感器(111)、姿态传感器(112)、罗经(113)、多通道阵列信号接收单元(114)、多通道接收换能器阵(115)、多通道阵列信号发生单元(116)和多通道发射换能器阵(117)，其中，多通道接收换能器阵(115)、多通道阵列信号接收单元(114)和信息采集与控制单元(106)依次相连，多通道发射换能器阵(117)、多通道阵列信号发生单元(116)和信息采集与控制单元(106)依次相连，同步信号生成单元(107)、网络通信单元2(108)、声速传感器(109)、温度传感器(110)、压力传感器(111)、姿态传感器(112)、罗经(113)分别和信息采集与控制单元(106)单独相连；水上信号处理机(102)包括信号处理单元(118)、网络通信单元1(119)、网络交换机(120)、气压传感器(121)、通信与控制单元(122)、GNSS天线(124)和GNSS模块(123)，其中，信号处理单元(118)、网络通信单元1(119)和网络交换机(120)依次相连，气压传感器(121)、通信与控制单元(122)和网络交换机(120)依次相连；GNSS天线(124)与水上信号处理机(102)中的GNSS模块(123)、通信与控制单元(122)依次相连；水上信号处理机(102)中的通信与控制单元(122)与水下声学系统(101)中的同步信号生成单元(107)通过位于水密电缆(104)中的数据与控制线相连；水上信号处理机(102)中的网络交换机(120)与水下声学系统(101)中的网络通信单元2(108)通过位于水密电缆(104)中的数据线相连。2.如权利要求1所述的一体化多波束测深装置，其特征在于依次相连的信号采集与控制单元(106)、网络通信单元2(108)、网络交换机(120)、网络通信单元1(119)、信号处理单元(118)、网络通信单元1(119)、网络交换机(120)以及控制计算机(103)，构成了回波信号处理与结果上传回路。3.如权利要求1所述的一体化多波束测深装置，其特征在于所述的信号处理单元(118)包括原始数据分发模块(201)、回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)、姿态信息预处理模块(204)、时延聚焦波束形成模块(205)、水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)、实时地形检测模块(208)以及数据转发模块(209)；其中，原始数据分发模块(201)分别与网络通信单元1(119)、回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)和姿态信息预处理模块(204)相连，接收网络通信单元1(119)的原始数据信息并分别向回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)和姿态信息预处理模块(204)分发原始回波数据、表面声速数据和姿态数据；时延聚焦波束形成模块(205)分别与回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)、姿态信息预处理模块(204)、水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)、实时地形检测模块(208)相连，接收经过回波信号预处理模块(202)、表面声速信息预处理模块(203)、姿态信息预处理模块(204)预处理的数据进行时延聚焦波束形成并分别向水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)和实时地形检测模块(208)发送波束形成结果；数据转发模块(209)分别与水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)、实时地形检测模块(208)和网络通信单元1(119)相连，接收来自水体信息提取模块(206)、回波强度提取模块(207)和实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤云龙，鲁东，吴霖真，薛宏滨，叶长林，曲海锋，李春笛，赵园，章小敏，王尔迅，金旗林，
申请(专利权)人：北京海卓同创科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11