[发明专利]一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统及方法无效
申请号: | 201410418626.4 | 申请日: | 2014-08-22 |
公开(公告)号: | CN104181538A | 公开(公告)日: | 2014-12-03 |
发明(设计)人: | 罗清华;王少军;彭喜元;彭宇;宋佳;张玉杰 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | G01S15/08 | 分类号: | G01S15/08 |
代理公司: | 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 | 代理人: | 张利明 |
地址: | 150001 黑龙*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 水下 声呐 信号 传输 异步 精密 静态 距离 估计 系统 方法 | ||
技术领域
本发明涉及高精度水下距离估计和定位技术。
背景技术
高精度的水下定位技术为诸多海洋应用提供重要位置信息,而水下定位的精度很大程度上取决于距离估计的精度。而目前的距离估计方法分为同步估计的方法或者异步估计方法;同步方法中要求收、发节点之间具有高精度的时间同步,其实现的成本和难度都很大。而目前异步的估计方法忽略了节点处理通信数据包的时间,因此计时精度较低,从而导致距离估计误差较大。
发明内容
本发明是为了解决现有水下距离异步估计方法计时精度低、误差大的问题,现提供一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统与方法。
一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统,它包括以下单元:
发送节点将“距离估计请求”数据包以声呐信号的形式发送至接收节点的单元;
发送节点利用基于时间戳的精密计时装置采集发送节点发送“距离估计请求”数据包的时间数据戳信息T0的单元;
接收节点利用基于时间戳的精密计时装置采集接收节点接收“距离估计请求”数据包的时间数据戳信息T1的单元;
接收节点判断所接收到的信号是否为“距离估计请求”数据包的单元;
接收节点将含有时间数据戳信息T1的“回复”数据包以声呐信号的形式发送至发送节点的单元;
接收节点利用基于时间戳的精密计时装置采集接收节点发送“回复”数据包的时间数据戳信息T2的单元;
发送节点利用基于时间戳的精密计时装置采集发送节点接收“回复”数据包的时间数据戳信息T3的单元;
接收节点将含有时间数据戳信息T2的“跟随”数据包以声呐信号的形式发送至发送节点的单元;
发送节点利用时间数据戳信息T0、时间数据戳信息T1、时间数据戳信息T2、时间数据戳信息T3和水下声呐的传输速度v,获得发送节点和接收节点间的距离d的单元;
所述基于时间戳的精密计时装置包括:
微控制器和FPGA,所述微控制器与FPGA之间通过MII接口连接,所述的微控制器包括声呐传输物理层、介质访问层、网络层、传输层和应用层,所述声呐传输物理层与介质访问层之间设置有MII接口,所述的FPGA内嵌入有固件实现的配置&控制模块、信号捕捉单元、精密计时单元和高频率时钟源;
所述的声呐传输物理层:用于发送或接收声呐信号,并将该声呐信号对应的电信号通过MII接口发送给信号捕捉单元;
应用层:用于向配置&控制模块发送配置命令和控制信息,该配置命令和控制信息用于对信号捕捉单元和精密计时单元进行初始化、清零和使能操作;接收配置&控制模块发来的时间戳信息,并对该时间戳信息进行存储和索引,对不同的时间戳进行相减运算,以得到两个时间戳之间的时间长度;
高频率时钟源:用于为信号捕捉单元和精密计时单元持续提供1GHz或更高频率的时钟信号;
信号捕捉单元:用于在时钟信号的驱动下,捕捉MII接口发来的信号的起始位,并向精密计时单元发送捕捉指示信号;
精密计时单元:用于在时钟信号的驱动下,进行计时,并在接收到捕捉指示信号后,将当前精密计时的结果暂存并形成时间戳信息,并将该时间戳信息发送给配置&控制模块;
配置&控制模块:用于将接收到的时间戳信息发送给应用层。
一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一:发送节点将“距离估计请求”数据包以声呐信号的形式发送至接收节点;
步骤二:发送节点利用基于时间戳的精密计时方法采集发送节点发送“距离估计请求”数据包的时间数据戳信息T0;
步骤三:接收节点利用基于时间戳的精密计时方法采集接收节点接收“距离估计请求”数据包的时间数据戳信息T1;
步骤四:接收节点判断所接受到的信号是否为“距离估计请求”数据包,若是,则执行步骤五,否则返回步骤一;
步骤五:接收节点将含有时间数据戳信息T1的“回复”数据包以声呐信号的形式发送至发送节点;
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