一种主被动兼容水声定位系统技术方案

本发明专利技术提供一种主被动兼容水声定位系统，包括4个潜标组网设备和1个潜标定位终端；所述潜标组网设备与潜标定位终端均包括潜标、电池组，所述潜标与电池组固定连接；所述潜标包括电子舱以及分别位于电子舱两端的收发合置水声换能器和深度计，收发合置水声换能器配置为发送与接收7～11kHz水声信号，深度计配置为获取潜标的深度信息；所述潜标组网设备还包括浮标。本发明专利技术在一套系统中同时满足水下目标自主发声时的主动定位需求和隐蔽不发声时的被动定位需求，采用多种通信方式，能满足系统跟岸基系统的连通性、经济性等多种需求，部署在近海时，可采用经济的无线通信方式与岸基进行通信；部署在中远海时，可采用卫星通信方式与岸基进行通信。

An active passive compatible underwater acoustic positioning system

【技术实现步骤摘要】
一种主被动兼容水声定位系统
本专利技术涉及水声定位
，具体涉及一种主被动兼容水声定位系统。
技术介绍
为了响应国家“深海进入、深海探测、深海开发”战略，解决水下UUV等目标主动定位需求和己方水下特定目标被动定位导航需求，需要研制水下通信导航主被动定位系统，构建深海百平方公里级水下定位、导航和通信一体化组网系统。
技术实现思路
为了满足多场景的定位需求，以及不同场景下岸基系统可靠获取水下目标位置信息的需求，本专利技术提供了一种主被动兼容水声定位系统，首次在单套系统中同时解决水下目标自主发声时的主动定位需求和隐蔽不发声时的被动定位需求，综合运用水声通信、水声组网、卫星通信、无线通信等多种通信手段。所采用的技术方案如下：一种主被动兼容水声定位系统，包括4个潜标组网设备和1个潜标定位终端；所述潜标组网设备与潜标定位终端均包括潜标、电池组，所述潜标与电池组固定连接；所述潜标包括电子舱以及分别位于电子舱两端的收发合置水声换能器和深度计，收发合置水声换能器配置为发送与接收7～11kHz水声信号，深度计配置为获取潜标的深度信息；所述电子舱内设置数字信号处理单元以及连接到数字信号处理单元的协议处理板、模拟接收单元、功率发射板；所述收发合置水声换能器通过收发转换及匹配板与模拟接收单元及功率发射板连接；模拟接收单元配置为对接收到的7～11kHz水声信号进行模拟调理；功率发射板配置为对收发合置水声换能器的发射电路进行功率驱动；收发转换及匹配板配置为对收发合置水声换能器的接收、发射电路进行隔离和切换，并对功率发射板与发射电路进行阻抗匹配；所述潜标组网设备还包括浮标，浮标挂载到所述潜标上，配置为提供GPS位置信息和无线通信功能；所述浮标、深度计均通过协议处理板与数字信号处理单元连接；协议处理板配置为对浮标的GPS位置信息、潜标的深度信息按照协议进行打包处理；数字信号单元配置为对7～11kHz水声信号进行解码处理和对协议处理板打包处理信息进行编码。具体地，所述系统工作在主动定位模式和被动定位模式；主动定位模式时，潜标组网设备处于低功耗监听状态；被动定位模式时，潜标定位终端处于隐蔽式接收状态。主动定位模式时，目标上安装的潜标定位终端主动发射脉冲信号，周边水域布放的潜标组网设备将收到的脉冲信号转发给岸基系统，由服务器解算出目标位置，再通过指控系统把目标位置通过水声发送给目标，完成主动定位。被动定位模式时，己方水下特定目标航行过程中，周边水域布放的潜标组网设备向己方水下特定目标发射脉冲信号，己方水下特定目标上的潜标定位终端在收到发射脉冲信号后，通过终端嵌入式系统解算自身位置，完成被动定位。具体地，当系统部署在近海时，采用无线通信方式与岸基系统进行通信；当系统部署在中远海时，采用卫星通信方式与岸基系统进行通信。可选的，所述系统还包括电源管理模块，用于对外部电池组24V供电电压进行电压转换。具体地，潜标与电池组通过安装架实现固定连接，所述安装架上设置挂载点，用于挂载所述浮标。具体地，服务器通过以下公式解算出目标位置：其中，x0、y0、z0为目标位置坐标，xn、yn、zn为潜标组网设备的位置坐标，dn为潜标组网设备与目标的距离，T0为主动定位模式下目标上的潜标定位终端脉冲信号发出的时刻，Tn为潜标组网设备收到脉冲信号的时刻，Δt为脉冲传输时间误差，v为当前水域的水下声速，n＝1、2、3、4。具体地，终端嵌入式系统通过以下公式解算自身位置：其中，x0、y0、z0为己方水下特定目标位置坐标，xn、yn、zn为潜标组网设备的位置坐标，dn为潜标组网设备与己方水下特定目标的距离，T0为被动定位模式下潜标组网设备脉冲信号发出的时刻，Tn为己方水下特定目标上的潜标定位终端收到脉冲信号的时刻，Δt为脉冲传输时间误差，v为当前水域的水下声速，n＝1、2、3、4。可选的，所述目标为UUV。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的主被动兼容水声定位系统，能够在一套系统中同时满足水下目标自主发声时的主动定位需求和隐蔽不发声时的被动定位需求，主动定位模式时，潜标组网设备处于低功耗监听状态，能够保证系统的长时间续航服务；被动定位模式时，潜标定位终端处于隐蔽式接收状态，能够保证己方水下特定目标在隐蔽状态下完成自身定位导航；采用多种通信方式，能满足系统跟岸基系统的连通性、经济性等多种需求，当系统部署在近海时，可采用经济的无线通信方式与岸基进行通信；当系统部署在中远海时，可采用卫星通信方式与岸基进行通信。附图说明图1为本专利技术提供的潜标组网设备结构框图；图2为本专利技术提供的潜标组网设备的潜标外观图；图3为主动定位模式工作示意图；图4为被动定位模式工作示意图。具体实施方式本专利技术实施例提供的一种主被动兼容水声定位系统，包括4个潜标组网设备和1个潜标定位终端(参见图3、图4)。5个所述潜标组网设备与潜标定位终端均包括潜标、电池组、电源管理模块，所述潜标通过安装架与电池组固定连接(参见图2)。所述潜标包括电子舱以及分别位于电子舱两端的收发合置水声换能器和深度计，收发合置水声换能器配置为发送与接收7～11kHz水声信号，深度计配置为获取潜标的深度信息。参见图1，所述电子舱内设置数字信号处理单元以及连接到数字信号处理单元的协议处理板、模拟接收单元、功率发射板；所述收发合置水声换能器通过收发转换及匹配板与模拟接收单元及功率发射板连接；模拟接收单元配置为对接收到的7～11kHz水声信号进行模拟调理；功率发射板配置为对收发合置水声换能器的发射电路进行功率驱动；收发转换及匹配板配置为对收发合置水声换能器的接收、发射电路进行隔离和切换，并对功率发射板与发射电路进行阻抗匹配。所述电源管理模块用于对外部电池组24V供电电压进行电压转换，提供接收协议处理板及数字信号处理单元工作电源和电源使能。参见图1，所述潜标组网设备还包括浮标，浮标通过挂载点挂载到所述潜标上实现重力承载，浮标与潜标之间通过电缆进线通信，浮标配置为提供GPS位置信息和无线通信功能。所述浮标、深度计均通过协议处理板与数字信号处理单元连接。协议处理板配置为对浮标的GPS位置信息、潜标的深度信息按照协议进行打包处理，并能够接收和发送用户的控制指令。数字信号单元配置为对7～11kHz水声信号进行解码处理和对协议处理板打包处理信息进行编码。所述系统工作在主动定位模式和被动定位模式。主动定位模式下，系统通过测量水下目标终端设备发射的脉冲信号达到潜标组网设备的传播时延或时延差，采用水声网络定位方法得到信号发射时刻水下目标的相对或绝对坐标；被动定位模式下，己方水下特定目标通过测量系统发射的脉冲信号达到己方水下特定目标的传播时延或时延差，采用球面或双曲面交汇的方法得到信号发射时刻己方水下特定目标的相对或绝对坐标。主被动定位模式可通过指控信号的命令进行切换。参见图3，本专利技术实施例提供了主被动兼容水声定位系统的主动定位方法，包括如下步骤：a.UUV等目标上的潜标定位终端将水声信号发送时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主被动兼容水声定位系统，其特征在于，包括4个潜标组网设备和1个潜标定位终端；所述潜标组网设备与潜标定位终端均包括潜标、电池组，所述潜标与电池组固定连接；所述潜标包括电子舱以及分别位于电子舱两端的收发合置水声换能器和深度计，收发合置水声换能器配置为发送与接收7～11kHz水声信号，深度计配置为获取潜标的深度信息；所述电子舱内设置数字信号处理单元以及连接到数字信号处理单元的协议处理板、模拟接收单元、功率发射板；所述收发合置水声换能器通过收发转换及匹配板与模拟接收单元及功率发射板连接；模拟接收单元配置为对接收到的7～11kHz水声信号进行模拟调理；功率发射板配置为对收发合置水声换能器的发射电路进行功率驱动；收发转换及匹配板配置为对收发合置水声换能器的接收、发射电路进行隔离和切换，并对功率发射板与发射电路进行阻抗匹配；所述潜标组网设备还包括浮标，浮标挂载到所述潜标上，配置为提供GPS位置信息和无线通信功能；所述浮标、深度计均通过协议处理板与数字信号处理单元连接；协议处理板配置为对浮标的GPS位置信息、潜标的深度信息按照协议进行打包处理；数字信号单元配置为对7～11kHz水声信号进行解码处理和对协议处理板打包处理信息进行编码。/n...

【技术特征摘要】
1.一种主被动兼容水声定位系统，其特征在于，包括4个潜标组网设备和1个潜标定位终端；所述潜标组网设备与潜标定位终端均包括潜标、电池组，所述潜标与电池组固定连接；所述潜标包括电子舱以及分别位于电子舱两端的收发合置水声换能器和深度计，收发合置水声换能器配置为发送与接收7～11kHz水声信号，深度计配置为获取潜标的深度信息；所述电子舱内设置数字信号处理单元以及连接到数字信号处理单元的协议处理板、模拟接收单元、功率发射板；所述收发合置水声换能器通过收发转换及匹配板与模拟接收单元及功率发射板连接；模拟接收单元配置为对接收到的7～11kHz水声信号进行模拟调理；功率发射板配置为对收发合置水声换能器的发射电路进行功率驱动；收发转换及匹配板配置为对收发合置水声换能器的接收、发射电路进行隔离和切换，并对功率发射板与发射电路进行阻抗匹配；所述潜标组网设备还包括浮标，浮标挂载到所述潜标上，配置为提供GPS位置信息和无线通信功能；所述浮标、深度计均通过协议处理板与数字信号处理单元连接；协议处理板配置为对浮标的GPS位置信息、潜标的深度信息按照协议进行打包处理；数字信号单元配置为对7～11kHz水声信号进行解码处理和对协议处理板打包处理信息进行编码。


2.根据权利要求1所述的一种主被动兼容水声定位系统，其特征在于，所述系统工作在主动定位模式和被动定位模式；主动定位模式时，潜标组网设备处于低功耗监听状态；被动定位模式时，潜标定位终端处于隐蔽式接收状态。


3.根据权利要求2所述的一种主被动兼容水声定位系统，其特征在于，主动定位模式时，目标上安装的潜标定位终端主动发射脉冲信号，周边水域布放的潜标组网设备将收到的脉冲信号转发给岸基系统，由服务器解算出目标位置，再通过指控系统把目标位置通过水声发送给目标，完成主动定位。


4.根据权利要求2所述的一种主被动兼容水声定位系统，其特征在于，被动定位模式时，己方水下特定目标航行过程中，周边水域...

【专利技术属性】
技术研发人员：石刘，张宏滔，陈鹏，朱小辉，潘笑，潘舟，李怀瑜，江伟明，程远，郭锐，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七研究院，中国船舶重工集团公司第七一五研究所，武汉环达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11