水下目标自动定位方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于水下目标自动定位并能准确反映其在水面投影位置的水下目标自动定位方法，主要包括下列步骤：ａ．从船上通过钢缆将水下探测装置从所需定位目标大致水域沉入水底，并通过图像确定其水下位置；ｂ．声波接收器在水面间隔设置成线状声波接收阵列；ｃ．使水下声波发射头向水面发射声波；ｄ．将声波信号送至计算机中计算时间差；ｅ．由计算机分析时间差和水深信息并计算出水下目标的水面投影位置值，以曲线显示。本发明专利技术还公开了实现本方法的一种系统，具有定位简便、快捷的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下目标自动定位方法，尤其是一种适合于浑水、大流速水体、紊乱流态水体水域中对水下目标进行动态定位并实时给出水下目标在水面投影位置的水下目标自动定位方法及其系统。
技术介绍
水下定位被广泛用于国防、水利建设、水工工程、打捞等领域，其常用的方法是通过声纳系统和水下电视设备等进行定位。但在流速大、水体浑浊且流态紊乱的流动水体，如长江、黄河等大型河流中对水中的目标进行定位时，其测得的实际位置受水流的影响无法准确定位，尤其是其在水面的投影位置往往无法确定，致使实际操作时会产生较大的误差，影响工作效率。如在一种水中护坡铺排时，如果无法确定已铺排的边界，则可能影响待铺排与已铺排的正确搭接，轻则影响工程进度和效益，增加水下探测和补排的工作量，重则产生脱接等质量事故，只有当正确确定好待搭接边的水面投影位置时，才能准确搭接，而现有的水下定位系统均采用声波发射与接收同时位于水底的方法进行，无法方便地找到水下目标并准确反映水下目标在水面的垂直投影位置，且随着水深的不断变化其精度急剧下降。此外，在深水或水文条件恶劣的、蛙人无法到达的危险水域中进行查险堵漏、水下工程、打捞沉物时，也需要先找到确切的水下目标并对其在水面的投影位置进行准确定位。凡此种种，只有对水下目标在水面的投影进行准确定位后，通过计算或误差修正才能对水下目标进行准确的操作。而目前尚无一种简便、快速的可用于确定水下目标在水面垂直投影位置的方法或系统可供使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于水下目标自动定位并能准确反映其在水面投影位置的水下目标自动定位方法及系统。本专利技术的技术方案是一种水下目标自动定位方法，其特征是包括下列步骤a、从船上通过钢缆将与钢缆相连的、由水下电视探头、水下声波发射头和水深探头组成的水下探测装置从所需定位目标大致水域沉入水底，并使探测装置中的各探头与安装在船只上的相应的控制器和主要由计算机组成的控制接收系统相连，通过移动船只和/或钢缆的位置控制探测装置的移动，直至水下电视探头向安装在船只上的、与水下电视探头相连的控制器和计算机显示器输送了满足要求的所需定位目标的图像；同时水深探头将目标所处位置的水深信号通过其控制器送至计算机接收系统中；b、将与水下声波发射头相配套的声波接收器在水面间隔设置成线状声波接收阵列，并将各声波接收器与上述的控制接收装置相连；c、通过控制接收装置启动水下声波发射头工作，向水面发射声波至声波接收阵列中的各声波接收器；d、各声波接收器将各自接收到的声波信号送至控制接收系统中，由控制接收系统中的计算机自动判读并记录下各声波接收器转发来的水下声波发射头发射的声波的时间，并在软件控制下自动计算各声波接收器接收时间差；e、计算机通过分析各声波接收器的接收时间差和水深探头传来的水深信息自动计算出水下目标的水面投影位置值，并在显示屏幕上显示以曲线(曲线的最低点即为投影位置值)显示，从而实现对水下目标的定位。上述方法中所述的在水面设置的线状(可为直线状，也可为曲线状)声波接收阵列中的声波接收器呈等间距布置。呈等间距布置的声波接收器的数量为六个。所述的线状声波接收阵列与所述的船只的相连并与其连动。上述方法可采用以下系统加以实现一种水下目标自动定位系统，主要水下电视装置、水下声波收发装置、水深探测装置、计算机系统组成组成，水下电视装置主要由水下电视探头、视频控制器和显示装置组成，水下声波收发装置由水下声波发射探头、若干声波接收器和声波控制器组成，水深探测装置主要包括水深传感器和水深控制器，计算机系统安装在船只上，其特征是水下电视装置中的水下电视探头、水下声波收发装置中的水下声波发射探头、水深探测装置中的水深传感器同时固定安装在一个沉入水体中的载体(铅鱼)上，该载体通过钢缆与船只上的钢缆传动装置相连，水下电视探头通过视频电缆与安装在船只上的视频控制器及显示装置相连，水深传感器通过水深传输线及水深控制器和计算机系统相连，水下声波发射探头通过控制传输线与其安装在船只上的声波控制器相连；视频电缆、水深传输线、控制传输线均与船只上的电缆传动装置相连，水下声波收发装置中的若干声波接收器间隔安装在与船只刚性相连并与之连动的支架上，支架位于水面或水面以下，从而使相应的声波接收器也位于水面或水面以下，各声波接收器也通过各自的传输线及其安装在船只上的声波控制器和计算机系统相连。本专利技术的系统中还采取了以下技术措施安装在支架上的声波接收器呈等间隔布置，其数量可为六个。支架为直线状刚性结构或曲线状刚性结构。支架与水面平行。本专利技术的有益效果1、采用水下电视方式简便快速寻找并确定水下目标，降低成本和设置难度，满足动态定位要求。2、首次通过收发分置和水面接收固定线阵解决了水下目标在水面投影位置的定位问题。3、通过水深探测数据的引用，减小或消除声波在水体传播中的误差，能更精确反映目标垂直投影位置，定位准确度不受水深变化的影响。4、适用于在各种水体中使用，尤其适合于在流速大、水体浑浊、流态紊乱严重的水体中的动态测量，如长江、黄河等大江大河中使用。5、方法及系统设备结构简单易行。接收线阵与船只连接固定，水下探头动作控制由辅助传动系统完成，定位关系确定后可相应移动船只。附图说明图1是本专利技术的声波定位原理示意图。图2是本专利技术和定位系统结构示意图。图3是本专利技术的软件流程框图。图4是本专利技术的载体的结构示意图。图5是本专利技术的的定位系统中的载体、传动装置连接结构示意图。图6是本专利技术的水下电视工作原理示意图。图7是本专利技术实施例的定位系统的结构框图。图8是本专利技术在水下铰链深排施工中使用时的定位工作原理示意框图。图9是本专利技术的沉排结构示意图。图10是本专利技术实施例的接线原理示意框图。图1～10中1为水下电视探头，2为显示装置，3为水下声波发射探头，4为声波接收器4，5为水深传感器，6为计算机系统，7为安装船只，8为载体(铅鱼)，9为钢缆，10为吊钩，11为支架，12为位移操控架，13为钢缆导轮，14为钢缆绞车，15为尾翼，16为电缆滑轮，17为电缆收放轮毂，18为沉排，19为传输电缆，1′为视频控制器，3′为声波控制器，5′为水深控制器。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1、3、4、5、6所示。一种水下铰链沉排自动定位方法及系统，其定位方法为a、从船上通过钢缆将与钢缆相连的、由水下电视探头、水下声波发射头和水深探头组成的水下探测装置从所需定位目标大致水域沉入水底，并使探测装置中的各探头与安装在船只上的相应的控制器和主要由计算机组成的控制接收系统相连，通过移动船只和/或钢缆的位置控制探测装置的移动，直至水下电视探头向安装在船只上的、与水下电视探头相连的控制器和计算机显示器输送了满足要求的所需定位目标的图像；同时水深探头将目标所处位置的水深信号通过其控制器送至计算机接收系统中；b、将与水下声波发射头相配套的声波接收器在水面间隔设置成线状声波接收阵列，并将各声波接收器与上述的控制接收装置相连；c、通过控制接收装置启动水下声波发射头工作，向水面发射声波至声波接收阵列中的各声波接收器；d、各声波接收器将各自接收到的声波信号送至控制接收系统中，由控制接收系统中的计算机自动判读并记录下各声波接收器转发来的水下声波发射头发射的声波的时间，并在软件控制下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下目标自动定位方法，其特征是包括下列步骤：ａ、从船上通过钢缆将与钢缆相连的、由水下电视探头、水下声波发射头和水深探头组成的水下探测装置从所需定位目标大致水域沉入水底，并使探测装置中的各探头与安装在船只上的相应的控制器和主要由计 算机组成的控制接收系统相连，通过移动船只和／或钢缆的位置控制探测装置的移动，直至水下电视探头向安装在船只上的、与水下电视探头相连的控制器和计算机显示器输送了满足要求的所需定位目标的图像；同时水深探头将目标所处位置的水深信号通过其控制器送至计算机接收系统中；ｂ、将与水下声波发射头相配套的声波接收器在水面间隔设置成线状声波接收阵列，并将各声波接收器与上述的控制接收装置相连；ｃ、通过控制接收装置启动水下声波发射头工作，向水面发射声波至声波接收阵列中的各声波接收器；　 　ｄ、各声波接收器将各自接收到的声波信号送至控制接收系统中，由控制接收系统中的计算机自动判读并记录下各声波接收器转发来的水下声波发射头发射的声波的时间，并自动计算各声波接收器接收时间差；ｅ、计算机通过分析各声波接收器的接收时间差 和水深探头传来的水深信息自动计算出水下目标的水面投影位置值，并在显示屏幕上显示以曲线显示，从而实现对水下目标的定位。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛章，刘雨泉，吴永新，廖小元，陈云武，王建龙，
申请(专利权)人：南京市长江河道管理处，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]