[發明專利]一種水下運動目標與水流的三維速度聯合測定方法及裝置

有效

• 申請號: 201410342589.3
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104133217B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 寧更新;周長庫;劉云磊;張軍;馮義志;季飛;韋崗
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01S15/58
• 分類號: G01S15/58;G06F19/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及速度測量領域，特別涉及一種水下運動目標與水流的三維速度聯合測定方法及裝置。

背景技術

測量速度的方法有很多，針對不同的目標、不同環境下有不同的測量方法。在陸地上，對車輛一般采用雷達測速儀來測量速度。雷達測速儀主要利用了多普勒效應原理。多普勒效應是一種當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到波的頻率與波源發出的頻率并不一致的現象，具體表現為當觀察者相對于聲源做靠近運動時，觀察者接收的頻率會比聲波本身的頻率高；反之，當觀察者相對于聲源做遠離運動時，觀察者接收的頻率會比聲波本身的頻率低。雷達測速儀根據接收到的反射電磁波的頻率偏移量來計算移動物體的運動速度。

對水下物體進行運動速度測量時，由于電磁波在水下衰減嚴重，所以一般采用聲波來測量運動目標的速度。目前主要有三種方法：一、通過機械裝置來測量運動目標的速度，一般利用運動物體的輪軸旋轉信息進行測量，這一類測速方法包括機械式速度測量、測速發電機型速度測量、霍爾數字式轉速測量、磁感式車速測量、脈沖式轉速傳感器速度測量等；二、利用圖像處理技術來進行的速度測量，一般通過對運動目標進行多次拍照，根據計算單位時間內物體運動的距離來測量出物體的運動速度；三、利用聲波的多普勒效應進行速度測量，在水下，發送特定頻率的聲波，當聲波遇到運動物體時反射回來，通過接收器檢測接收，接收聲波的頻率會隨著運動物體運動速度的變化而變化，通過檢測聲波頻率的變化而測量出運動物體的速度。

現有利用機械裝置來測量運動目標的速度，測量目標上需要安裝測量裝置，使用不便；利用圖像技術來測量速度，在光線不好的環境下(如水下或者夜晚等)不能正常工作。

現在大多數利用多普勒測量水下物體運動速度的方法，是在沒有考慮水流速度的情況下測量的，因為水流的影響，也會使聲波產生一定的頻移，因此測量會有誤差。

因此，人們需要一種新的測量水下物體運動速度的方法來滿足需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種水下運動目標與水流的三維速度聯合測定方法。

本發明的另一目的在于提供一種水下運動目標與水流的三維速度聯合測定裝置。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種水下運動目標與水流的三維速度聯合測定方法，包含以下順序的步驟：

S1.選取地面為參考系，以超聲發射位置為坐標原點，以垂直水平面向下為Z方向，計算出水下物體的三維坐標位置(x,y,z)；

S2.構建頻率為f_s的單頻信號作為速度測量信號并發射出去；

S3.超聲接收模塊接收到N個接收探頭接收的信號，并將其傳輸至處理模塊，其中第i個接收探頭的位置為(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1,2,3......N；對接收到的N路信號分別進行頻率估計，得到接收信號的頻率為其中i＝1,2,3......N，并利用水下目標的三維位置(x,y,z)計算出水流速度和水下物體運動速度,其中N≥6。

所述的水下運動目標與水流的三維速度聯合測定方法，具體包含以下步驟：

A、由多普勒效應可知，在信號發射點靜止時，接收點接收的頻率f'與發射頻率f之間關系為：

f′=(c+vw+voc+vw)f;---(1)]]>