專利名稱：一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是水下聲學(xué)定位、水下工程領(lǐng)域，更確切地說，涉及一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，可廣泛應(yīng)用于長基線、短基線、超短基線水聲定位系統(tǒng)，也可應(yīng)用于聲學(xué)遙控釋放領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水下施工、AUV定位、海洋考察等過程中經(jīng)常遇到對水下目標(biāo)的定位。由于水中無線電信號衰減嚴重很難遠距離傳播，因此，基于無線電的陸上定位技術(shù)不能應(yīng)用于水下定位。為了解決水下目標(biāo)定位問題，多年來各國科研人員相繼提出了多種基于聲學(xué)的水下聲學(xué)定位技術(shù)，按照定位基陣形式可分為長基線水聲定位系統(tǒng)、短基線水聲定位系統(tǒng)和超短基線水聲定位系統(tǒng)；按照被定位目標(biāo)來分，可分為合作式水聲定位模式和非合作式水聲定位模式，其中非合作式水聲定位主要利用目標(biāo)的輻射噪聲特征進行定位，而當(dāng)前大部分水下工程、海洋考察領(lǐng)域多采用合作式水聲定位模式。對于合作式水聲定位技術(shù)而言，水下聲信標(biāo)是所有定位系統(tǒng)中都必不可少的，按照信標(biāo)的工作模式又可分為自主式和應(yīng)答式兩種，為此，針對不同的應(yīng)用各國科研人員設(shè)計了各種各樣的水下聲信標(biāo)以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型公開了一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，該信標(biāo)機整體為一個耐壓密封艙101，密封艙外為固體浮力材料103用于遙控釋放時提供正浮力，密封艙內(nèi)分為三個空間，自下而上分別放置磁力釋放裝置108、電池107和電子系統(tǒng)103，密封艙頂部裝有收發(fā)合置電聲換能器104、聲速測量模塊105和水密插座109，側(cè)面裝有壓力測量模塊106。本實用新型所公開的一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，其電子系統(tǒng)103由依次相連的充電與系統(tǒng)配置接口模塊201、電池209、微控制器202、邏輯控制器203、發(fā)射驅(qū)動電路204、功率放大電路205、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路206、接收信號調(diào)理電路207、數(shù)據(jù)采集電路208，以及直接與微控制器相連的水壓力測量電路210、聲速測量電路211、自動釋放控制單元212組成，其中收發(fā)轉(zhuǎn)換電路206直接與換能器相連，充電與系統(tǒng)配置接口模塊201與水密插座109相連。本實用新型所公開的一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，磁力釋放裝置108外殼為兩塊導(dǎo)磁體302，中間用不導(dǎo)磁的銅板304隔開，內(nèi)部有一個可以旋轉(zhuǎn)的直徑方向為N、S極的永磁體303，永磁鐵的旋轉(zhuǎn)由步進電機完成。本實用新型所公開的一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，通過聲速測量模塊105和壓力測量模塊106實時測量水中聲速和深度，并將測量值通過聲學(xué)方式上傳，實現(xiàn)聲速剖面的實時測量。本實用新型所公開的一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，其發(fā)射信號由同步定位脈沖信號401、保護時間間隔402和測量數(shù)據(jù)幀信號403三部分組成。其中同步定位脈沖信號401采用具有良好自相關(guān)特性的型號，例如線性調(diào)頻信號或偽隨機序列信號，利用其尖銳的相關(guān)風(fēng)實現(xiàn)水聲測距和對后續(xù)測量數(shù)據(jù)的同步，測量數(shù)據(jù)可以采用MFSK或QPSK的調(diào)制方式進行調(diào)制。本實用新型所公開的一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，其優(yōu)點在于第一,多種工作模式適用于不同的水下聲學(xué)定位系統(tǒng)。第二，實時測量聲速剖面，實現(xiàn)定位系統(tǒng)的聲線跟蹤，提高定位精度。第三，磁力釋放裝置結(jié)構(gòu)簡單，可靠。由此可見，本實用新型設(shè)計新穎、技術(shù)含量高、易于實現(xiàn)且成本較低，非常適合于各類需要進行釋放操作的長基線、短基線、超短基線水聲定位應(yīng)用中。

為了使本實用新型的內(nèi)容更利于相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員理解，下面對附圖進行簡單說明。圖1為本實用新型所述的大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置的組成框圖。圖2為本實用新型所述的水下聲學(xué)定位信標(biāo)機的電子系統(tǒng)組成框圖。圖3為本實用新型所述的水下聲學(xué)定位信標(biāo)機的磁力釋放裝置結(jié)構(gòu)圖。圖4為本實用新型所述的水下聲學(xué)定位信標(biāo)機發(fā)射信號示意圖。
具體實施方案
以下結(jié)合附圖和本實用新型一種較佳的具體實施例對本實用新型作進一步說明。作為本實用新型的一種較佳施例，水下聲信標(biāo)外殼密封艙采用316不銹鋼制成，密封艙外側(cè)包裹固體浮力材料使整個水下聲信標(biāo)呈現(xiàn)正浮力，所有電子部分都置于密封艙內(nèi)，密封艙頂部安裝收發(fā)合置電聲換能器104和聲速測量單元105，側(cè)面安裝水壓力測量單元106，壓力測量采用半導(dǎo)體壓阻壓力傳感器來完成，密封艙內(nèi)由下向上依次放置磁力釋放單元(108)和電池107和電子部分103，結(jié)構(gòu)如圖1所示。電子部分中微控制器202采用STM32系列通過并行總線與邏輯控制器203相連，邏輯控制器203選用Cyclone III系列FPGA產(chǎn)生PWM信號通過發(fā)射驅(qū)動電路204驅(qū)動功率放大電路205產(chǎn)生發(fā)射信號，考慮到發(fā)射效率，本實施例中選用D類功率放大器，接收信號調(diào)理電路207包括固定增益前置放大電路、濾波電路和可控增益放大電路組成，數(shù)據(jù)采集電路208選用ADI公司的AD7643模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)，AD7643由FPGA控制完成數(shù)據(jù)采集和后續(xù)處理。作為本實用新型的一種較佳施例，磁力釋放裝置108外殼為兩塊導(dǎo)磁體302可采用電工軟鐵加工成型，中間間隔用的不導(dǎo)磁銅板304采用黃銅加工，永磁鐵的旋轉(zhuǎn)由步進電機完成。作為本實用新型的一種較佳施例，定位同步信號與測量數(shù)據(jù)幀信號之間的保護間隔主要由水聲多途信道最大有效時延擴展決定淺海多途信道最大時延擴展一般在數(shù)十毫秒的量級，因此擬定幀保護間隔為50ms。以上所述僅為本實用新型的一種較佳可行施例，所述實施例并非用以限制本實用新型的專利保護范圍，因此凡是運用本實用新型的說明書及附圖內(nèi)容所做的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，其特征在于該信標(biāo)機整體為一個耐壓密封艙(101)，密封艙外為固體浮力材料(103)用于遙控釋放時提供正浮力，密封艙內(nèi)分為三個空間，自下而上分別放置磁力釋放裝置(108)、電池(107)和電子系統(tǒng)(103)，密封艙頂部裝有收發(fā)合置電聲換能器(104)、聲速測量模塊(105)和水密插座(109)，側(cè)面裝有壓力測量模塊(106)。
2.如權(quán)利要求1所述的水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，其特征在于電子系統(tǒng)(103)由依次相連的充電與系統(tǒng)配置接口模塊(201)、電池(209)、微控制器(202)、邏輯控制器(203)、發(fā)射驅(qū)動電路(204)、功率放大電路(205)、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路(206)、接收信號調(diào)理電路(207)、數(shù)據(jù)采集電路(208)，以及直接與微控制器相連的水壓力測量電路(210)、聲速測量電路(211)、自動釋放控制單元(212)組成，其中收發(fā)轉(zhuǎn)換電路(206)直接與換能器相連(104)，充電與系統(tǒng)配置接口模塊(201)與水密插座(109)相連。
3.如權(quán)利要求1所述的水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，其特征在于磁力釋放裝置(108)外殼為兩塊導(dǎo)磁體(302)，中間用不導(dǎo)磁的銅板(304)隔開，內(nèi)部有一個可以旋轉(zhuǎn)的直徑方向為N、S極的永磁體(303)，永磁鐵的旋轉(zhuǎn)由步進電機完成。
4.如權(quán)利要求1所述的水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，其特征在于信標(biāo)機通過聲速測量模塊(105)和壓力測量模塊(106)實時測量水中聲速和深度，并將測量值通過聲學(xué)方式上傳，實現(xiàn)聲速剖面的實時測量。
5.如權(quán)利要求1所述的水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，其特征在于信標(biāo)機發(fā)射信號由同步定位脈沖信號(401)、保護時間間隔(402)和測量數(shù)據(jù)幀信號(403)三部分組成。
專利摘要本實用新型公開一種水下聲學(xué)定位信標(biāo)機，屬于水下定位、水工程領(lǐng)域。具體來說該信標(biāo)機由水密外殼、外殼浮力材料、收發(fā)合置電聲換能器、聲速測量單元、壓力測量單元、磁力釋放單元、電池以及控制處理電路組成。由于該信標(biāo)機配置了聲速測量單元和壓力測量單元，因此可以實時測量水下聲速剖面，從而實現(xiàn)聲速實時修正。該信標(biāo)機功能強大、具有多種工作模式，可廣泛應(yīng)用于長基線、短基線、超短基線水聲定位系統(tǒng)，也可應(yīng)用于聲學(xué)遙控釋放領(lǐng)域。
文檔編號G01S1/74GK202837532SQ20122045820
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者么彬, 梁小龍, 張耀輝 申請人:北京引創(chuàng)科技有限責(zé)任公司