[发明专利]基于主动式目标探测原理的超短基线水下定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及定位技术，尤其涉及一种基于主动式目标探测原理的超短基线水下定位方法及系统。

背景技术

随着科学技术的发展，人类对资源的开发与认知不仅局限于陆地资源，而逐步向海洋开始拓展。因此水下的定位与检测技术越来越受到人们的重视。早期的长基线定位、短基线定位技术得到广泛的应用，但是两种方法都存在着很大得弊端，此后超短基线的测量方法应运而生。不过传统的超短基线测量方法都需要在水中放置应答器，这样对测量增加了很大的局限性，而且在信号源方面只是采用传统的超声信号，给多系统多目标的测量增加了很大的干扰与难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于主动式目标探测原理的超短基线水下定位方法及系统，可以实现多系统多目标检测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于主动式目标探测原理的超短基线水下定位方法，包括：

采用微控制器产生GOLD序列；

根据所述GOLD序列采用调制器对正弦信号调制，形成调制信号；

采用匹配放大器将所述调制信号匹配放大；

根据匹配放大后的调制信号采用换能器发出超声入射波；

采用接收基阵接收所述超声入射波接触到待定位物体后反射的超声回波；

采用滤波放大器将所述超声回波进行滤波放大；

采用所述微控制器采集和解调经滤波放大的超声回波，得到回波序列信号；

利用FFT算法计算所述回波序列信号的周期与相位；

根据所述周期和相位采用物理定律与立体几何之间的关系得到所述待定位物体的三维坐标。

其中，所述采用接收基阵接收所述超声入射波接触到待定位物体后反射的超声回波，具体包括：

采用接收基阵的四个水听器分别接收所述超声入射波接触到待定位物体后反射的四组超声回波，其中，所述接收基阵为四个以所述换能器为圆心放置的4个垂直正交的水听器，所述4个垂直正交的水听器构成平面正交阵。

其中，所述根据所述周期和相位采用物理定律与立体几何之间的关系得到所述待定位物体的三维坐标，具体包括：

根据所述周期和相位得出所述待定位物体的垂直反射最短距离，

其中，l_min为垂直反射最短距离，T为回波的周期，为相位，v_声为超声波在海水中的声速；

根据四组回波序列信号的相角差得到所述待定位物体的方位角；

根据所述待定位物体的垂直反射最短距离和所述方位角计算得到所述待定位物体的三维坐标。

其中，所述采用滤波放大器将所述超声回波进行滤波放大，具体包括：

采用型号为CX20106A的芯片对所述超声回波进行初级放大，之后采用带通滤波电路进行滤波。

其中，所述微控制器为TI公司生产的型号为msp430f149的单片机，利用所述单片机内部的定时器配以GOLD序列生成算法产生GOLD序列；所述调制器为型号为AD9854的芯片；所述匹配放大器为型号为MJE2955的芯片。

本发明还提供了一种基于主动式目标探测原理的超短基线水下定位系统，包括：

微控制器，用于产生GOLD序列；

调制器，用于根据所述GOLD序列对正弦信号调制，形成调制信号；

匹配放大器，用于匹配放大所述调制信号；

换能器，用于根据匹配放大后的调制信号发出超声入射波；

接收基阵，用于接收所述超声入射波接触到待定位物体后反射的超声回波；

滤波放大器，用于将所述超声回波进行滤波放大；

所述微控制器还用于采集和解调经滤波放大的超声回波，得到回波序列信号；

信号处理器，用于利用FFT算法计算所述回波序列信号的周期与相位，并根据所述周期和相位采用物理定律与立体几何之间的关系得到所述待定位物体的三维坐标。具体的，所述信号处理器为DSP信号处理器。

其中，所述接收基阵为四个以所述换能器为圆心放置的4个垂直正交的水听器，所述4个垂直正交的水听器构成平面正交阵，分别用于接收所述超声入射波接触到待定位物体后反射的四组超声回波。

其中，所述信号处理器具体包括：

FFT单元，用于利用FFT算法计算所述回波序列信号的周期与相位；

距离计算单元，用于根据所述周期和相位得出所述待定位物体的垂直反射最短距离，其中，l_min为垂直反射最短距离，T为回波的周期，为相位，v_声为超声波在海水中的声速；