[發明專利]一種基于北斗定位的水下魚類跟蹤系統及方法

在審

• 申請號: 201810329420.2
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108562907A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 陳亞楠;張旭輝;賈悅;蔣柳鵬
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01S15/96
• 分類號: G01S15/96;G01S19/45;G01S19/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張麗;董建林

1.一種基于北斗定位的水下魚類跟蹤系統，其特征在于：包括聲納發射器、聲納接收器和數據處理器，所述聲納發射器設置在魚類脊背上，用于向聲納接收器發射聲波，聲納接收器用于接收聲波并記錄接收時間，數據處理器用于接收聲納接收器發送的聲納信息，并根據接收時間建立方程求出聲納發射器位置。

2.根據權利要求1所述的基于北斗定位的水下魚類跟蹤系統，其特征在于：所述聲納發射器包括聲波發生裝置、電池、電磁鐵和微型永磁體，所述聲波發生裝置用于向聲納接收器發射聲波，所述微型永磁體置于魚類身體內部，所述電池用于向聲波發生裝置和電磁鐵供電，所述電磁鐵通過與置于魚類身體內的微型永磁體之間吸引力將聲納發射器固定在魚類身上。

3.根據權利要求2所述的基于北斗定位的水下魚類跟蹤系統，其特征在于：所述聲納發射器還包括壓力傳感器、溫度傳感器和閃存器，所述壓力傳感器和溫度傳感器用于采集魚類所在位置處的壓力和溫度信息儲存在閃存器內。

4.根據權利要求2所述的基于北斗定位的水下魚類跟蹤系統，其特征在于：所述聲納發射器的電路為555延時電路。

5.根據權利要求1所述的基于北斗定位的水下魚類跟蹤系統，其特征在于：所述聲納接收器包括北斗定位模塊、聲波發射器、聲波接收器和時鐘；所述北斗定位模塊用于實時接收北斗衛星信號，獲得聲納接收器所在的位置和根據北斗衛星的授時功能校準時鐘；所述聲波發射器用于確定聲納接收器之間的相對位置關系；所述聲波接收器用于接收聲納發射器發出的聲波。

6.根據權利要求1所述的基于北斗定位的水下魚類跟蹤系統，其特征在于：數據處理器包括嵌入式微處理器、存儲器和無線通訊模塊，所述微處理器用于接收聲納接收器發送的聲波信息及聲納接收器之間的相對位置關系信息，計算出聲納發射器即魚類的具體位置后存儲在存儲器內，同時通過無線通訊模塊發送給上位機。

7.利用權利要求1-6任一項所述基于北斗定位的水下魚類跟蹤系統的定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，安裝設備：首先將微型永磁體置入魚類體內，再將聲納發射器安裝魚類表面，打開聲納發射器進行吸附力監測，無誤后放生魚類；在船底四角處分別通過吸盤安裝一個聲納接收器，四個聲納接收器分別為Q₁、Q₂、Q₃和Q₄；

步驟二，數據處理：以聲納接收器Q₁為原點，以經度線和緯度線為x軸和y軸，豎直向上為z軸，建立空間直角坐標系；聲納接收器Q₁的聲波發射器向其余三個聲納接收器發送聲波，由其余三個聲納接收器接收聲波后記錄發送和接收的時間差，計算得出聲納接收器Q₂、Q₃和Q4與聲納接收器Q₁之間的距離L₁₂、L₁₃和L₁₄，然后將計算結果發送給微處理器，由微處理器計算得到魚類的絕對位置；

假設聲納接收器Q₂、Q₃和Q₄的位置坐標分別為(x₂，y₂，z₂)，(x₃，y₃，z₃)，(x₄，y₄，z₄)，則有：

聲納接收器接收到聲納發射器發出的聲波的時間分別為t₁，t₂，t₃，t₄，聲納接收器接收聲納發射器發出的聲波的時間差為ΔT₁₂＝|t₁-t₂|，ΔT₂₃＝|t₂-t₃|，ΔT₃₄＝|t₃-t₄|，水中聲波的傳播速度為V，聲納發射器距離四個聲納接收器的距離分別為S₁，S₂，S₃，S₄，聲納發射器的位置為(x，y，z)，則有：

x²+y²+z²＝S₁²

(x-x₂)²+(y-y₂)²+(z-z₂)²＝S₂²

(x-x₃)²+(y-y₃)²+(z-z₃)²＝S₃²

(x-x₄)²+(y-y₄)²+(z-z₄)²＝S₄²

|S₂-S₁|＝V*ΔT₁₂

|S₃-S₃|＝V*ΔT₂₃

|S₄-S₃|＝V*ΔT₃₄

根據上述方程式即可得到聲納發射器即魚類的實時位置(x，y，z)，再由北斗定位模塊定位聲納接收器Q1的經緯坐標，從而計算出魚類的絕對位置信息；

步驟四，定位結束后啟動555延時電路，聲納發射器從魚類身上脫離，由北斗定位模塊定位聲納發射器坐在位置，并進行打撈，獲取閃存器上存儲數據，獲得魚類游動路徑、溫度和所處水深信息；

步驟五，微處理器將上述數據通過無線通訊模塊發送給上位機。