一种基于时频编址的落水集装箱探测定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于时频编址的落水集装箱探测定位方法及系统，其方法包括：S1、投放水面探测节点；S2、确定要探测的落水集装箱的地址码，水面探测节点按照该地址码顺序发送两个调频脉冲水声信号，所述地址码对应于两个调频脉冲信号及两者之间的时间间隔；S3、水声信标按照对应的地址码进行寻址，判断当前接收到的第一与第二脉冲信号的频率及两个脉冲信号间的时间间隔是否与地址码匹配；是则确认寻址成功，发送定位响应水声信号，否则确认寻址失败，执行休眠程序；S4、水面探测节点接收定位响应水声信号并完成确认寻址成功的落水集装箱的探测定位；S5、完成所有落水集装箱的探测定位。本发明专利技术适用对大范围水域内多个落水集装箱进行探测定位使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及时频编址技术，具体的说是涉及一种适用基于水声信号处理的、大范围水域内多个落水集装箱的探测定位使用的方法及系统。
技术介绍
随着集装箱的普及使用，在水上运输中，危险货物常以集装箱形式出现。由于恶劣气象条件、不利的航道条件、密集的船舶交通流分布、以及船舶驾驶人员的操作失误等原因，会造成集装箱的落水事故。为了避免危险物品对海洋环境的破坏，必须对落水危险品集装箱进行及时的打捞。对落水集装箱进行探测定位是打捞工作的前提，常利用水声信号处理技术对落水危险品集装箱进行大范围探测定位，具体方法是在船载危险品集装箱上安装定位水声信标，一旦集装箱发生落水事故，水声信标便开始工作，并在接收到水面探测节点的定位信号后，发射定位响应信号，水面的探测节点根据接收到的定位响应信号完成对落水集装箱的探测定位。但是通常来说，落水集装箱的数目一般不止一个，这就涉及一种对多个落水集装箱的探测定位方法，如果多个落水集装箱上的水声信标同时响应水面探测节点的定位信号，将造成响应信号之间的冲突，无法实现对落水集装箱的定位。因此，针对多个落水危险品集装箱探测定位问题，需要设计一套集装箱编址机制，即为每一个集装箱分配一个ID号作为其地址，当发生集装箱落水事故后，水面探测节点依次发送落水集装箱的ID号，这样，当水声信标在接收到探测节点的定位信号时，首先匹配ID号，如果定位信号的ID号与自己的ID号相匹配，才能发送定位响应水声信号。同时考虑到大规模集装箱水路运输需要大量的水声信标，因此对水声信标的价格成本非常敏感，应寻求一种使用低成本水声通信模块的技术来完成通信工作；同时申请人发现可以利用非相干频率调制技术来实现在水声信标编址技术，非相干频率调制技术是低成本水声通信单元常用的调制方法，其能够基于非相干频率调制，利用频分多址技术为不同的水声信标分配通信频率，将该分配的频率值作为水声信标的ID号，水面探测节点发射不同频率的水声信号来探测各个水声信标，从而可避免不同水声信标之间的干扰。但是需要说明的是由于水声信道带宽及低成本水声换能器工作带宽均很窄，并考虑到不同通信频率间的保护间隔，通过频分多址技术得到的可供水声信标使用的通信频率个数较少，尚不能满足对大量危险品集装箱进行编址的需求，因此需要进一步解决上述基于水声信号处理的落水危险品集装箱探测定位技术在水声信标编址技术中存在的不足以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是要提供一种基于时频编址的落水集装箱探测定位方法，本方法能够有效解决多个落水集装箱探测定位过程中水声信标信号间的干扰问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案:—种基于时频编址的落水集装箱探测定位方法，所述方法适用于对多个安装有水声信标的落水集装箱进行探测定位，其特征在于:包括如下步骤S1、在待探测区域的水面上投放能够与各落水集装箱上的水声信标进行通信的水面探测节点；S2、确定当前所要进行探测定位的落水集装箱的地址码，所述水面探测节点按照所述落水集装箱的地址以相匹配的脉冲时间间隔生成对应的第一脉冲信号及第二脉冲信号，发送第一脉冲信号并延迟所述脉冲时间间隔后发送第二脉冲信号；所述地址码是通过预先对每一集装箱赋予一个与该集装箱唯一对应的通信地址所获得的地址码，所述地址码包括两个频率均处于所述水面探测节点与水声信标的水声换能器的工作频带内的调频脉冲信号和两个调频脉冲信号间所对应的时间间隔，将两个调频脉冲信号分别称为第一脉冲信号及第二脉冲信号；S3、各落水集装箱上的水声信标分别按照各自对应的地址码进行寻址，判断当前接收到的第一脉冲信号、第二脉冲信号及两个脉冲信号间的时间间隔是否与各自对应的地址码匹配;是则确认寻址成功，发送定位响应水声信号，所述定位响应水声信号为一调频脉冲水声信号，否则确认寻址失败，执行休眠程序；S4、所述水面探测节点接收所述定位响应水声信号并基于该定位响应水声信号完成确认寻址成功的落水集装箱的探测定位；S5、重复S2-S4直至完成所有落水集装箱的探测定位。进一步的，所述S3中所发送的定位响应水声信号的调制频率为第一脉冲信号及第二脉冲信号所对应频率值的平均值，以提高对当前匹配成功的落水集装箱进行探测定位的效率及准确性。进一步的，所述S3包括如下步骤:S31、各落水集装箱上的水声信标分别通过各自对应的水声换能器持续监听信道，如果监听到所述水面探测节点所发送的第一脉冲信号，立即执行S32;S32、各所述水声信标分别启动各自对应的计时器开始计时，并对接收到的第一脉冲信号进行频率测量，获得对应的频率值；S33、各所述水声信标分别判断S32所获得频率值是否与各水声信标所对应的地址码中的第一脉冲信号的频率值一致，是则控制计时器继续计时，并执行S34，否则，控制计时器停止计时并休眠一定时间，休眠结束后返回S31;S34、继续监听信道，等待所对应的地址码中的第二脉冲信号；S35、若在上述地址码对应的时间间隔内没有收到第二脉冲信号，确认匹配失败，则控制计时器停止计时并休眠一定时间，休眠结束后返回S31;S36、若在上述地址码对应的时间间隔内接收到第二脉冲信号，则进行如下操作:(I)控制计时器停止计时，并记录计时时间，(2)测量所接收到第二脉冲信号的频率值并执行 S37;S37、判断S36所获得计时时间与频率值是否分别与所对应的地址码中的时间间隔和第二脉冲信号的频率值一致，是则，确认寻址成功，发送定位响应水声信号，否则确认寻址失败，休眠一定时间，休眠结束后返回S31。进一步的，所述水声信标包括能够按照对应的地址码进行寻址，判断当前接收到的第一脉冲信号、第二脉冲信号及第一脉冲信号和第二脉冲信号所对应的时间间隔是否与所对应的地址码匹配的编址处理电路，所述编址处理电路包括放大滤波电路、脉冲整形电路、计时模块以及鉴频模块;所述放大滤波电路用于对接收到的第一脉冲信号或者第二脉冲信号进行放大滤波处理，以滤除信号带外干扰与噪声;所述脉冲整形电路将经放大滤波处理的第一脉冲信号或者第二脉冲信号转化为对应的具有一定占空比的方波信号;所述计时模块用于监测脉冲整形电路输出的方波信号，并在监测到方波信号的第一个上升沿时控制计时器开始计时;所述鉴频模块用于测量脉冲整形电路输出的方波信号的频率，并根据方波信号的频率测量值以及所对应的地址码中的第一脉冲信号或者第二脉冲信号的频率值的比较结果，控制计时模块的计时器是否继续计时或确认是否寻址成功。基于上述基于时频编址的落水集装箱探测定位方法，本专利技术还要提供一种基于时频编址的落水集装箱探测定位系统，其特征在于:包括投放于待探测区域的水面上，能够与各落水集装箱上的水声信标进行通信的水面探测节点，该水面探测节点用于按照所述落水集装箱的地址以相匹配的脉冲时间间隔生成对应的第一脉冲信号及第二脉冲信号，发送第一脉冲信号并延迟所述脉冲时间间隔后发送第二脉冲信号；以及接收确认寻址成功的落水集装箱上的水声信标所发送定位响应水声信号并基于该定位响应水声信号完成该落水集装箱的探测定位;其中，所述地址码是通过预先对每一集装箱赋予一个与该集装箱唯一对应的通信地址所获得的地址码，所述地址码包括两个频率均处于所述水面探测节点与水声信标的水声换能器的工作频带内的调频脉冲信号，及两个调频脉冲信号间的时间间隔，将两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时频编址的落水集装箱探测定位方法，所述方法适用于对多个安装有水声信标的落水集装箱进行探测定位，其特征在于：包括如下步骤S1、在待探测区域的水面上投放能够与各落水集装箱上的水声信标进行通信的水面探测节点；S2、确定当前所要进行探测定位的落水集装箱的地址码，所述水面探测节点按照所述落水集装箱的地址，以相匹配的脉冲时间间隔生成对应的第一脉冲信号及第二脉冲信号，发送第一脉冲信号并延迟所述脉冲时间间隔后发送第二脉冲信号；所述地址码是通过预先对每一集装箱赋予一个与该集装箱唯一对应的通信地址所获得的地址码，所述地址码包括两个频率均处于所述水面探测节点与水声信标的水声换能器的工作频带内的调频脉冲信号及两个调频脉冲信号间所对应的时间间隔，将两个调频脉冲信号分别称为第一脉冲信号及第二脉冲信号；S3、各落水集装箱上的水声信标分别按照各自对应的地址码进行寻址，判断当前接收到的第一脉冲信号、第二脉冲信号及两个脉冲信号间的时间间隔是否与各自对应的地址码匹配；是则确认寻址成功，发送定位响应水声信号，否则确认寻址失败，执行休眠程序；S4、所述水面探测节点接收所述定位响应水声信号并基于该定位响应水声信号完成确认寻址成功的落水集装箱的探测定位；S5、重复S2‑S4直至完成所有落水集装箱的探测定位。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹，刘小艳，熊木地，乌旭，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21