[发明专利]水下导航定位设备及系统

说明书

本申请提供了一种水下导航定位系统，包括水听器、处理器以及声源发生器；声源发生器位于水下设备所在水域内，声源发生器用于发送可编码的声波信号，声波信号中携带有声源发生器的位置信息和发送声波信号的时间信息；水听器设置在水下设备的外表面上，水听器用于探测声波信号；处理器用于根据水听器接收的声波信号中的时间信息确定声源发生器与水听器间的距离，根据声波信号中的位置信息以及声源发生器与水听器间的距离，确定水下设备的水下位置。本申请提供的水下导航定位系统，能够提高水下定位的精度、可靠性和隐蔽性，声源发生器可通过火箭、飞机等投射到水下设备所在水域，尤其适用于各种恶劣环境下的水下导航定位。

技术领域

本申请涉及导航定位技术领域，具体而言，本申请涉及一种水下导航定位系统。

背景技术

随着土地资源的枯竭，人们开始进入深海寻找油气、矿产和其他资源。由于深海环境的恶劣，目前大多依靠水下无人驾驶设备进行深海勘探。水下无人驾驶设备借助大量许多传感器来获取了解其实时位置和周围情况，准确地确定水下无人驾驶设备的绝对位置以及与其他水下物体(例如，其他无人驾驶设备、输油管道、工程结构、地质结构等)的相对位置，以保证水下无人驾驶设备在水下航行路线的准确性，并避免与其他水下物体发生撞击，保证水下无人驾驶设备的安全性以及保护宝贵的水下结构物。

惯性导航(INS)是一种常用的高精度导航技术，在导弹、飞行器、船舶等领域都有广泛的应用，其原理是测量当前航行体的加速度、速度、角速度信息，计算该航行体的实时位置。惯性导航在定位之初需要一个基准坐标值，且在长时间工作后会出现“时漂”现象，导致定位准确度下降。

超短基线水声定位(USBL)是比较常用的水下拖体定位方法，其原理是通过多个基元阵接收同一个反射声波信号的信号，解算出目标的相对位置。单纯的超短基线水声定位方法易受到海洋环境噪声的干扰，单次定位误差较大(以4基元阵超短基线定位系统为例，100m斜距定位绝对误差约为3m)，且定位精度会随着水深的增加而降低，仅适用于浅海海域的探测。

因此，需要提供一种水下导航定位系统，以为水下设备提供精准的位置数据。

发明内容

本申请提供了一种水下导航定位系统，以解决现有水下定位方法精度和可靠性低的问题。本申请采用的技术方案如下：

本申请提供了一种水下导航定位系统，包括：水听器、处理器以及声源发生器；

所述声源发生器位于水下设备所在水域内，所述声源发生器用于发送可编码的声波信号，所述声波信号中携带有所述声源发生器的位置信息和发送所述声波信号的时间信息；

所述水听器设置在所述水下设备的外表面上，所述水听器用于探测所述声波信号；

所述处理器与所述水听器电连接，所述处理器用于根据所述水听器接收的声波信号中的时间信息确定所述声源发生器与所述水听器间的距离，根据所述声波信号中的位置信息以及所述声源发生器与所述水听器间的距离，确定所述水下设备的水下位置。

可选地，所述声源发生器中设置有GPS装置，通过所述GPS装置获取所述声源发生器的位置信息。

可选地，所述系统包括多个所述水听器，多个所述水听器分别通过可伸缩部件固定在所述水下设备的外表面上的不同位置处。

可选地，所述处理器还用于根据各所述水听器探测到的同一声源发生器发出的声波信号中的时间信息，确定各所述水听器与所述同一声源发生器间的距离，根据所述同一声源发生器的位置信息以及每个所述水听器与所述同一声源发生器间的距离，确定所述水下设备的水下位置。

可选地，所述声源发生器通过发射装置发射到水下设备所在水域内。

可选地，所述声波信号中还携带有所述声波信号的频率信息；