[實用新型]集成GPS定位的雙頻超聲波水下地形測量儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920024862.2
• 申請日: 2009-05-12
• 公開（公告）號: CN201397137Y
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 艾長勝;張輝;周玉;靖衛(wèi)星;顏廷萌;何光偉;鞠洪德
• 申請（專利權(quán)）人: 濟南大學(xué)
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01S15/08
• 代理公司: 濟南圣達專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張 勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種水下地形測量儀，尤其涉及一種集成GPS定位的雙頻超聲波水下地形測量儀。

背景技術(shù)

在航道測量、水上運輸、江河湖泊的水文調(diào)查以及港口、碼頭、大橋等的建設(shè)中都需要對水深及水下地形進行準(zhǔn)確的測量，但是水下的地形是起伏看不見的，不能像陸地上測圖那樣根據(jù)地形特征逐點進行測繪。現(xiàn)代的測深方法主要靠超聲波測深儀進行。利用水聲換能器垂直向下發(fā)射聲波并接收水底回波，根據(jù)回波時間和聲速來確定被測點的水深，通過水深的變化就可以了解水下地形的情況。20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了側(cè)掃聲納，可探測船一側(cè)(或兩側(cè))一定面積海域內(nèi)的水下障礙物和水底地貌，可以取得類似于航攝效果的水底表面聲學(xué)圖像。20世紀(jì)70年代，又出現(xiàn)了多波束測深系統(tǒng)，它能一次給出與航線垂直的平面內(nèi)幾十個甚至幾百個海底被測點的水深值，形成一定寬度的全覆蓋的水深條帶，可以比較可靠的反映出水下地形的細微起伏，比單一測點的水深測量確定水下地形更真實。目前，多波束水深測量系統(tǒng)正向小型化發(fā)展，適用淺水海域和簡單船只的新產(chǎn)品已經(jīng)有售。20世紀(jì)80年代以后，又推出了高效率的機載激光測深系統(tǒng)，激光光束的高分辨率能獲得海底傳真圖像，從而可以詳細調(diào)查海底地質(zhì)和底質(zhì)。美國國防制圖局于1990年研制ABS機載水深測量系統(tǒng)，除包括一臺激光測深儀外，還有一臺多普掃描儀和一臺電磁剖面儀，能夠在各種環(huán)境下，在飛機上利用激光，光譜和電磁測量幾種方法互補快速測繪沿海的水下地形圖，這些手段一般可以測深30~50米左右，精度在0.3米左右。目前還可以利用衛(wèi)星上安裝合成孔徑雷達等設(shè)備對海面遙感攝影，通過對照片處理確定水深。國外少數(shù)國家，在水下工程施工前，還利用潛水器攜帶水下立體攝影機獲取水下地形的立體相片，或者利用高分辨率聲學(xué)系統(tǒng)采取全息攝影技術(shù)測量水下地形。在特殊地區(qū)還可利用水下經(jīng)緯儀、水下激光測距儀、水下氣壓水準(zhǔn)儀和水下液體比重水準(zhǔn)儀、水下電視攝影系統(tǒng)測量水下地形。目前，水下地形測量過程已逐步實現(xiàn)自動化，數(shù)字產(chǎn)品也已多見。

在水深測量領(lǐng)域，人類已經(jīng)取得了長足的進步，但是很多高精尖的設(shè)備十分復(fù)雜。例如水下地形自動測量系統(tǒng)，它的測量系統(tǒng)的組成包括：調(diào)制解調(diào)器及電臺，超聲波回聲測深儀，專用計算機及測量控制軟件，內(nèi)置自動成像軟件。這種設(shè)備操作復(fù)雜，價格較高，不利于大規(guī)模推廣使用，尤其是在中小船只上更是不利于普及。

將GPS技術(shù)與超聲波測深技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于水下地形測量，必會使人們認識水下世界變得更簡便、直觀。隨著換能器技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)及軟件技術(shù)的發(fā)展，超聲波儀器設(shè)備的實時信號處理能力、測量精度、分辨率、作用距離及智能化方面都取得了很大進展，超聲波測深技術(shù)正在從模擬向數(shù)字化方向發(fā)展。GPS技術(shù)可獨立確定待求點的絕對坐標(biāo)。將GPS定位技術(shù)和超聲波水深測量技術(shù)相結(jié)合，使所測得的數(shù)據(jù)不但包含水深信息，而且還包含有定位信息。集成GPS定位的雙頻超聲波水下地形測量儀是一種水下地形測量經(jīng)濟有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的針對目前水深測量設(shè)備存在的不足，提供一種集成GPS定位的雙頻超聲波水下地形測量儀，此測量儀具有計算控制簡單、元器件成本低等特點及足夠的響應(yīng)速度和控制精度，具有應(yīng)用靈活、安全可靠、維修簡單及使用方便等諸多優(yōu)點，可適應(yīng)中小型船舶的廣泛需要。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種集成GPS定位的雙頻超聲波水下地形測量儀，它包括一個控制電路，該電路與超聲波收發(fā)電路連接，超聲波收發(fā)電路與超聲波換能器連接；控制電路通過接口電路分別與上位機和GPS模塊連接；控制電路還分別與鍵盤輸入端口、顯示裝置、打印輸出端口、水溫測量裝置、報警裝置和電源連接。

所述控制電路為C8051F020微處理器。

所述超聲波收發(fā)電路由高頻超聲波收發(fā)電路和低頻超聲波收發(fā)電路組成。

所述顯示裝置為LCD顯示模塊。

所述接口電路為RS-422和RS-232C輸出端口，RS-422輸出端口與上位機連接，RS-232C輸出端口與GPS模塊連接。

本實用新型的集成GPS定位的雙頻超聲波水下地形測量儀以C8051F020微處理器為核心，由超聲波收發(fā)電路、電源、接口電路和LCD顯示、鍵盤輸入等部分組成。當(dāng)微處理器啟動測量后，超聲波收發(fā)電路發(fā)出一定脈沖寬度的50KHz或200KHz的超聲波，同時啟動計時程序和時變增益控制，開啟高速定時數(shù)模轉(zhuǎn)化，并由微處理芯片對其進行AD轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)AD轉(zhuǎn)換值和超聲波發(fā)射控制信號與回波的時間差計算出水深值來，然后將水深信息送到LCD顯示。本實用新型中各部分的功能如下：