一种观测水下潜航器相对位置的装置、方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种观测水下潜航器相对位置的装置、方法和系统。该装置包括声学测量模块，用于检测水下潜航器的位置，并输出第一数据；定位模块，设置在浮标中继上，用于确定浮标中继的位置，并输出第二数据；惯性测量模块，设置在水下潜航器上，用于检测水下潜航器的运动状态，并输出第三数据；控制处理模块，与所述声学测量模块、所述定位模块和所述惯性测量模块的输出端连接，用于接收所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据，并对接收的数据进行处理，得到第一位置信息。解决了水下潜航器在入水之后，操作者不能快速准确获取水下潜航器所处位置和姿态的问题，达到了准确和方便地输出水下潜航器相对位置和姿态信息的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种观测水下潜航器相对位置的装置、方法和系统
本专利技术实施例涉及电子设备定位技术，尤其涉及一种观测水下潜航器相对位置的装置、方法和系统。
技术介绍
水下潜航器在入水之后，操作者无法在水面上直观观察到水下潜航器所处位置和姿态，因此无法有效操作水下潜航器向预期位置运动。由于无线电波信号不能够在海水中传播而声波信号在水中具有很好的传播特性，目前的技术均是在一定工作区域内部署多个声波辅助定位装置，形成定位网络，然后计算目标物体与定位装置间的距离，再将深度数据、角度数据融合进行计算，从而得到目标物体在定位网络中的相对位置。但是，现有技术中，基于声波的得到相对位置的方法需要部署辅助设备、锁定工作区域，集成度低且价格较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种观测水下潜航器相对位置的装置、方法和系统，以实现操作者可以在水面上准确测量和观察水下潜航器的相对位置，同时降低测量设备的价格和提高设备的集成度。第一方面，本专利技术实施例提供了一种观测水下潜航器相对位置的装置，包括声学测量模块、定位模块、惯性测量模块和控制处理模块，其中：所述声学测量模块，用于检测水下潜航器的位置，并输出第一数据；所述定位模块，设置在浮标中继上，用于确定浮标中继的位置，并输出第二数据；所述惯性测量模块，设置在水下潜航器上，用于检测水下潜航器的运动状态，并输出第三数据；所述控制处理模块，与所述声学测量模块、所述惯性测量模块和所述定位模块的输出端连接，用于接收所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据，并对接收的数据进行处理，得到第一位置信息。第二方面，本专利技术实施例提供了一种观测水下潜航器相对位置的系统，包括通信模块、交互控制模块、显示模块和外部输入模块，还包括本专利技术任意实施例所提供的观测水下潜航器相对位置的装置；其中，所述通信模块，与所述控制处理模块输出端连接，用于接收所述水下潜航器的相对位置信息和姿态信息并输出；所述交互控制模块，与所述显示模块输入端连接，用于接收所述通信模块输出的相对位置信息和姿态信息，并传输至所述显示模块对所述水下潜航器的相对位置和/或姿态进行显示；所述交互控制模块，还与所述外部输入模块连接，用于通过所述外部输入模块输入控制指令，并将控制指令传送到通信模块，进一步传送到所述控制处理模块，通过所述控制处理模块控制水下潜航器运动。第三方面，本专利技术实施例提供了一种观测水下潜航器相对位置的方法，应用于本专利技术任意实施例所提供的观测水下潜航器相对位置的装置，所述方法包括：根据所述声学测量模块、所述定位模块和所述惯性测量模块分别获取所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据；所述控制处理模块接收所述第一数据、所述第二和所述第三数据，并通过所述数据融合单元对所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据进行解算、融合校正和滤波处理，得到处理后的第一位置信息；其中，所述第一位置信息包括所述水下潜航器的相对位置信息和姿态信息。本专利技术实施例所提供的观测水下潜航器相对位置的装置，解决了水下潜航器在入水之后，操作者无法在水面上直观观察到水下潜航器所处位置和姿态，无法有效操作水下潜航器向预期位置运动的问题，实现了准确和方便地显示控制水下潜航器相对位置和姿态的效果。附图说明图1是本专利技术实施例一中观测水下潜航器相对位置的装置结构示意图。图2是本专利技术实施例一中观测水下潜航器相对位置的装置的声学测量模块和定位模块结构示意图。图3a是本专利技术实施例一中观测水下潜航器相对位置的装置的惯性测量模块结构示意图。图3b是本专利技术实施例一中观测水下潜航器相对位置的装置的控制处理模块结构示意图。图4是本专利技术实施例二中观测水下潜航器相对位置的系统结构示意图。图5a是本专利技术实施例二中观测水下潜航器相对位置的系统的通信方式结构示意图。图5b是本专利技术实施例二中观测水下潜航器相对位置的系统的通信方式结构示意图。图5c是本专利技术实施例二中观测水下潜航器相对位置的系统的通信方式结构示意图。图6a是本专利技术实施例二中观测水下潜航器相对位置的系统的2D图形显示相对位置的结构示意图。图6b是本专利技术实施例二中观测水下潜航器相对位置的系统的2D图形显示相对位置的结构示意图。图7a是本专利技术实施例二中观测水下潜航器相对位置的系统的3D图形显示相对位置的结构示意图。图7b是本专利技术实施例二中观测水下潜航器相对位置的系统的3D图形显示姿态的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的观测水下潜航器相对位置的装置结构示意图，本实施例的观测水下潜航器相对位置的装置可适用于存在对水下潜航器直观观察相对位置和姿态的情况。如图1所示，观测水下潜航器相对位置的装置包括：声学测量模块110、定位模块120、惯性测量模块130和控制处理模块140，其中：声学测量模块110，用于检测水下潜航器的位置，并输出第一数据；定位模块120，设置在浮标中继上，用于确定浮标中继的位置，并输出第二数据；惯性测量模块130，设置在水下潜航器上，用于检测水下潜航器的运动状态，并输出第三数据；控制处理模块140，与所述声学测量模块110、所述定位模块120和所述惯性测量模块130的输出端连接，用于接收所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据，并对接收的数据进行处理，得到第一位置信息。具体的，水下潜航器通过声学测量模块110检测到所述水下潜航器的位置，并输出第一数据至控制处理模块140。例如所述水下潜航器的位置可以是水下潜航器与浮标中继之间的距离和方位角度等。定位模块120设置在一个浮标中继上，可以通过定位模块120的定位功能对浮标中继的位置进行确定，进而获取该浮标中继的位置信息，并输出第二数据至控制处理模块140。例如浮标中继的位置信息可以是浮标中继的运动距离信息和速度信息等。当确定了浮标中继的位置信息时，设置在浮标中继上的其它单元、模块和部件等的位置信息同时也可以确定，进而浮标中继可以作为一个参考位置。同时水下潜航器还可以通过惯性测量模块130检测水下潜航器的运动状态，获取水下潜航器的运动信息，并输出第三数据至控制处理模块140。例如水下潜航器的运动信息可以是水下潜航器的线运动信息、角运动信息、下潜深度信息和航向信息等，具体可以是三维加速度、三维角速度、下潜深度和航行方向等。控制处理模块140可以是微控制处理器，例如STM32系列的微控制处理器芯片等，用于接收第一数据、第二数据和第三数据进行处理，并输出第一位置信息。例如第一位置信息可以是水下潜航器相对于水下潜航器初始位置的相对位置信息和姿态信息，进一步地可以具体包括水下潜航器与水下潜航器初始位置的距离、角度、下潜深度、航向和姿态等。同时所述水下潜航器的初始位置可以为浮标中继的初始位置。本实施例提供的观测水下潜航器相对位置的装置，能够通过该装置输出水下潜航器的相对位置信息和姿态信息，解决了水下潜航器在入水之后，操作者不能快速准确获取水下潜航器所处位置和姿态的问题，达到了准确和方便地输出水下潜航器相对位置和姿态信息的效果。优选地，在上述技术方案的基础上，如图2所示，声学测量模块110包括应答单元211和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种观测水下潜航器相对位置的装置，其特征在于，包括声学测量模块、定位模块、惯性测量模块和控制处理模块，其中：所述声学测量模块，用于检测水下潜航器的位置，并输出第一数据；所述定位模块，设置在浮标中继上，用于确定浮标中继的位置，并输出第二数据；所述惯性测量模块，设置在水下潜航器上，用于检测水下潜航器的运动状态，并输出第三数据；所述控制处理模块，与所述声学测量模块、所述定位模块和所述惯性测量模块的输出端连接，用于接收所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据，并对接收的数据进行处理，得到第一位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种观测水下潜航器相对位置的装置，其特征在于，包括声学测量模块、定位模块、惯性测量模块和控制处理模块，其中：所述声学测量模块，用于检测水下潜航器的位置，并输出第一数据；所述定位模块，设置在浮标中继上，用于确定浮标中继的位置，并输出第二数据；所述惯性测量模块，设置在水下潜航器上，用于检测水下潜航器的运动状态，并输出第三数据；所述控制处理模块，与所述声学测量模块、所述定位模块和所述惯性测量模块的输出端连接，用于接收所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据，并对接收的数据进行处理，得到第一位置信息。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声学测量模块包括应答单元和基阵单元，其中：所述基阵单元，包括至少三个换能器，设置在水下潜航器上，用于发射询问信号和接收所述应答单元发射的应答信号；所述应答单元，设置在浮标中继上，用于接收所述询问信号和发射所述应答信号；其中，所述不同换能器接收所述应答信号之间的相位差和所述基阵单元发射所述询问信号并接收所述应答信号的时间作为所述第一数据。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述定位模块可以是GPS定位模块，同时与所述应答单元设置在所述浮标中继上；其中，所述浮标中继的初始位置为所述水下潜航器的初始位置，所述浮标中继的位置信息和速度信息作为所述第二数据。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惯性测量模块包括加速度检测单元、角速度检测单元、深度检测单元和航向检测单元，其中：所述加速度检测单元，包括至少一个三轴加速度传感器，用于获取所述水下潜航器的线运动信息；所述角速度检测单元，包括至少一个三轴角速度传感器，用于获取所述水下潜航器的角运动信息；所述深度检测单元，包括至少一个深度检测传感器，用于获取所述水下潜航器的下潜深度信息；所述航向检测单元，包括至少一个磁罗盘，用于获取所述水下潜航器的航向信息，并校正所述角运动信息；其中，所述加速度检测单元还可以用于校正所述水下潜航器的角运动信息，所述线运动信息、角运动信息、下潜深度信息、航向信息、校正后的角运动信息作为所述第三数据；相应的，所述控制处理模块用于根据所述线运动信息、角运动信息、下潜深度信息、航向信息、校正后的角运动信息进行处理，确定所述水下潜航器的线运动状态、角运动状态、下潜状态和航向状态。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制处理模块包括数据融合单元和控制单元，其中：所述数据融合单元，用于对所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据进行解算、融合校正和滤波处理，得到第一位置信息；所述控制单元，用于控制所述数据融合单元接收所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据，并输出所述数据融合单元处理后的第一位置信息。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据融合单元的处理用于：根据所述第一数据中不同换能器接收所述应答信号之间的相位差计算所述水下潜航器与所述应答单元的方位角度信息，根据所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洵，习志平，李英灿，杨洋，周长根，
申请(专利权)人：深圳潜行创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44