一种水下声学定位信标机制造技术

本实用新型专利技术公开一种水下声学定位信标机，属于水下定位、水工程领域。具体来说该信标机由水密外壳、外壳浮力材料、收发合置电声换能器、声速测量单元、压力测量单元、磁力释放单元、电池以及控制处理电路组成。由于该信标机配置了声速测量单元和压力测量单元，因此可以实时测量水下声速剖面，从而实现声速实时修正。该信标机功能强大、具有多种工作模式，可广泛应用于长基线、短基线、超短基线水声定位系统，也可应用于声学遥控释放领域。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是水下声学定位、水下工程领域，更确切地说，涉及一种水下声学定位信标机，可广泛应用于长基线、短基线、超短基线水声定位系统，也可应用于声学遥控释放领域。
技术介绍
水下施工、AUV定位、海洋考察等过程中经常遇到对水下目标的定位。由于水中无线电信号衰减严重很难远距离传播，因此，基于无线电的陆上定位技术不能应用于水下定位。为了解决水下目标定位问题，多年来各国科研人员相继提出了多种基于声学的水下声学定位技术，按照定位基阵形式可分为长基线水声定位系统、短基线水声定位系统和超短基线水声定位系统；按照被定位目标来分，可分为合作式水声定位模式和非合作式水声定位模式，其中非合作式水声定位主要利用目标的辐射噪声特征进行定位，而当前大部分水下工程、海洋考察领域多采用合作式水声定位模式。对于合作式水声定位技术而言，水下声信标是所有定位系统中都必不可少的，按照信标的工作模式又可分为自主式和应答式两种，为此，针对不同的应用各国科研人员设计了各种各样的水下声信标以适应不同的应用领域。
技术实现思路
本技术公开了一种水下声学定位信标机，该信标机整体为一个耐压密封舱101，密封舱外为固体浮力材料103用于遥控释放时提供正浮力，密封舱内分为三个空间，自下而上分别放置磁力释放装置108、电池107和电子系统103，密封舱顶部装有收发合置电声换能器104、声速测量模块105和水密插座109，侧面装有压力测量模块106。本技术所公开的一种水下声学定位信标机，其电子系统103由依次相连的充电与系统配置接口模块201、电池209、微控制器202、逻辑控制器203、发射驱动电路204、功率放大电路205、收发转换电路206、接收信号调理电路207、数据采集电路208，以及直接与微控制器相连的水压力测量电路210、声速测量电路211、自动释放控制单元212组成，其中收发转换电路206直接与换能器相连，充电与系统配置接口模块201与水密插座109相连。本技术所公开的一种水下声学定位信标机，磁力释放装置108外壳为两块导磁体302，中间用不导磁的铜板304隔开，内部有一个可以旋转的直径方向为N、S极的永磁体303，永磁铁的旋转由步进电机完成。本技术所公开的一种水下声学定位信标机，通过声速测量模块105和压力测量模块106实时测量水中声速和深度，并将测量值通过声学方式上传，实现声速剖面的实时测量。本技术所公开的一种水下声学定位信标机，其发射信号由同步定位脉冲信号401、保护时间间隔402和测量数据帧信号403三部分组成。其中同步定位脉冲信号401采用具有良好自相关特性的型号，例如线性调频信号或伪随机序列信号，利用其尖锐的相关风实现水声测距和对后续测量数据的同步，测量数据可以采用MFSK或QPSK的调制方式进行调制。本技术所公开的一种水下声学定位信标机，其优点在于第一,多种工作模式适用于不同的水下声学定位系统。第二，实时测量声速剖面，实现定位系统的声线跟踪，提高定位精度。第三，磁力释放装置结构简单，可靠。由此可见，本技术设计新颖、技术含量高、易于实现且成本较低，非常适合于各类需要进行释放操作的长基线、短基线、超短基线水声定位应用中。附图说明为了使本技术的内容更利于相关专业技术人员理解，下面对附图进行简单说明。图1为本技术所述的大型水下吊装结构物位置姿态实时测量装置的组成框图。图2为本技术所述的水下声学定位信标机的电子系统组成框图。图3为本技术所述的水下声学定位信标机的磁力释放装置结构图。图4为本技术所述的水下声学定位信标机发射信号示意图。具体实施方案以下结合附图和本技术一种较佳的具体实施例对本技术作进一步说明。作为本技术的一种较佳施例，水下声信标外壳密封舱采用316不锈钢制成，密封舱外侧包裹固体浮力材料使整个水下声信标呈现正浮力，所有电子部分都置于密封舱内，密封舱顶部安装收发合置电声换能器104和声速测量单元105，侧面安装水压力测量单元106，压力测量采用半导体压阻压力传感器来完成，密封舱内由下向上依次放置磁力释放单元(108)和电池107和电子部分103，结构如图1所示。电子部分中微控制器202采用STM32系列通过并行总线与逻辑控制器203相连，逻辑控制器203选用Cyclone III系列FPGA产生PWM信号通过发射驱动电路204驱动功率放大电路205产生发射信号，考虑到发射效率，本实施例中选用D类功率放大器，接收信号调理电路207包括固定增益前置放大电路、滤波电路和可控增益放大电路组成，数据采集电路208选用ADI公司的AD7643模数转换器来实现，AD7643由FPGA控制完成数据采集和后续处理。作为本技术的一种较佳施例，磁力释放装置108外壳为两块导磁体302可采用电工软铁加工成型，中间间隔用的不导磁铜板304采用黄铜加工，永磁铁的旋转由步进电机完成。作为本技术的一种较佳施例，定位同步信号与测量数据帧信号之间的保护间隔主要由水声多途信道最大有效时延扩展决定浅海多途信道最大时延扩展一般在数十毫秒的量级，因此拟定帧保护间隔为50ms。以上所述仅为本技术的一种较佳可行施例，所述实施例并非用以限制本技术的专利保护范围，因此凡是运用本技术的说明书及附图内容所做的等同结构变化，同理均应包含在技术的保护范围内。权利要求1.一种水下声学定位信标机，其特征在于该信标机整体为一个耐压密封舱(101)，密封舱外为固体浮力材料(103)用于遥控释放时提供正浮力，密封舱内分为三个空间，自下而上分别放置磁力释放装置(108)、电池(107)和电子系统(103)，密封舱顶部装有收发合置电声换能器(104)、声速测量模块(105)和水密插座(109)，侧面装有压力测量模块(106)。2.如权利要求1所述的水下声学定位信标机，其特征在于电子系统(103)由依次相连的充电与系统配置接口模块(201)、电池(209)、微控制器(202)、逻辑控制器(203)、发射驱动电路(204)、功率放大电路(205)、收发转换电路(206)、接收信号调理电路(207)、数据采集电路(208)，以及直接与微控制器相连的水压力测量电路(210)、声速测量电路(211)、自动释放控制单元(212)组成，其中收发转换电路(206)直接与换能器相连(104)，充电与系统配置接口模块(201)与水密插座(109)相连。3.如权利要求1所述的水下声学定位信标机，其特征在于磁力释放装置(108)外壳为两块导磁体(302)，中间用不导磁的铜板(304)隔开，内部有一个可以旋转的直径方向为N、S极的永磁体(303)，永磁铁的旋转由步进电机完成。4.如权利要求1所述的水下声学定位信标机，其特征在于信标机通过声速测量模块(105)和压力测量模块(106)实时测量水中声速和深度，并将测量值通过声学方式上传，实现声速剖面的实时测量。5.如权利要求1所述的水下声学定位信标机，其特征在于信标机发射信号由同步定位脉冲信号(401)、保护时间间隔(402)和测量数据帧信号(403)三部分组成。专利摘要本技术公开一种水下声学定位信标机，属于水下定位、水工程领域。具体来说该信标机由水密外壳、外壳浮力材料、收发合置电声换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下声学定位信标机，其特征在于该信标机整体为一个耐压密封舱(101)，密封舱外为固体浮力材料(103)用于遥控释放时提供正浮力，密封舱内分为三个空间，自下而上分别放置磁力释放装置(108)、电池(107)和电子系统(103)，密封舱顶部装有收发合置电声换能器(104)、声速测量模块(105)和水密插座(109)，侧面装有压力测量模块(106)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：么彬，梁小龙，张耀辉，
申请(专利权)人：北京引创科技有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：