[发明专利]用于水下探测器的定位系统及其定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种用于水下探测器的定位系统及其定位方法。

背景技术

由于GPS信号属于短波信号，短波无线信号在水中衰减极快，因此无法通过水下设备自带的GPS模块进行水下定位。但对于带有动力推进装置的水下探测器而言，其所在的位置并非位于释放设备所对应的水面正下方位置，因此设备在水下的位置信息对于水面以上的工作人员来说是非常重要的。

超声波是指频率在20000Hz以上，不能引起正常人听觉反应的机械振动波，将超声波作用于水下能够极大提高传播距离且不会产生明显衰减。水下探测器发射超声波，利用超声波的反射原理可以准确知道水下设备与超声波接收换能器之间的距离。

虽然利用超声波能够测量水下探测器的距离，但是对于岸上的人依然需要知道水下探测器的具体位置坐标，因此，除了使用超声波测距定位以外，还需要借助水面上漂浮的GPS定位模块进行物理坐标采集。

目前市面上主要采用以下两种方式：

第一种：采用水面GPS物理定位和水下超声波定位两者相结合的方式。位于水面的接收换能器内置GPS模块，可以通过卫星定位确定自身所在水面的物理位置信息。同时，接收换能器自带超声波收发器，每个接收换能器均能够通过超声波测量自身与水下探测器之间的距离，进行水下位置的确定。这样，水下探测器就可以通过超声波+GPS系统进行水下坐标定位了。这种方式存在以下缺陷：

1.按照传统方式，接收换能器需要放置于水面或者安装于大型水面船只下方，对于普通水下探索太过复杂。

2.水面接收换能器自由放置于水面会随水流逐渐偏离较远的位置，不易回收。

3.这个定位系统中，利用超声波测距需要水下探测器和接收换能器双向接收并发射超声波，系统通过于复杂。

4.多个接收换能器要保持在水下探测器合适的范围内，就需要动力随水下探测器移动，驱动方式设计复杂。如果固定在大型水面船只下方，则需要船只在水面随水下探测器移动，对普通水下探测而言大型船只使用成本过高。

第二种是采用水下探测器自身所携带的陀螺仪，根据陀螺仪的姿态，速度和加速度值，计算出水下探测器的位移，跟初始位置比较，可以推算出此时所在的位置坐标。这种存在以下缺陷：

1.定位误差随时间而增大，长期精度差。

2.每次使用之前需要较长的初始对准时间。

3.设备价格较昂贵。

发明内容

针对上述中存在的不足之处，本发明提供一种用于水下探测器的定位系统及其定位方法，位于水下的水下探测器只需发射超声波，水面上的接收换能器只需接收超声波即可，不用两端双向收发。

为实现上述目的，本发明提供一种用于水下探测器的定位系统，包括位于在水下的水下探测器及对外发出固定频率的超声波的超声波发生器和位于水面上的三个接收换能器及自动收放线轮浮标；

所述超声波发生器安装在水下探测器的表面上，且水下探测器通过数据线缆连接到自动收放线轮浮标上，所述自动收放线轮浮标内置有GPS定位器和中央处理器，所述超声波发生器发出的超声波信号在水中直接进行传播，且所述超声波发生器发出的时钟信号通过数据线缆向上传输；

所述三个接收换能器呈三角结构固定在自动收放线轮浮标外，所述三个接收换能器分别接收超声波发生器发出的超声波信号，且三个接收换能器均与中央处理器连接；由三个接收换能器各自接收超声波信号，且将接收到的超声波信号传至位于中央的自动收放线轮浮标的中央处理器，并由中央处理器计算每个接收换能器距离水下探测器的距离，进而确定水下探测器的位置，并结合GPS定位器的定位确定水下探测器的物理坐标。

其中，每个接收换能器均通过三根安装固定件连接至自动收放线轮浮标上，且每相邻两个接收换能器共用一根安装固定件。

其中，每根安装固定件均由塑料材质制成塑料桶的结构，不需使用时卷成卷状结构存放；需要使用时，通过充气方式将该塑料桶充满气体后饱胀舒展成为一个中空的直桶。

其中，所述自动收放线轮浮标包括浮标壳体、浮标绕线轮、绕线电机和绕线轴，每根安装固定件的一端固定在对应的接收换能器上，每根安装固定件的另一端均固定在浮标壳体的边缘处；所述浮标壳体的上方固定有两个挡板，所述绕线轴安装在两个挡板之间且与绕线电机驱动连接；所述数据线缆的一端绕在浮标绕线轮上再缠绕在绕线轴后另一端延伸进水下，数据线缆的长度可进行自由收放线调节。