[發明專利]大壩深水環境一體化精準定位裝置與方法

有效

• 申請號: 202210560550.3
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114966754B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 向衍;徐洪;張凱;楊鑫;孫偉;孟穎;張昊;陳凝
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院;南京瑞迪水利信息科技有限公司
• 主分類號: G01S19/14
• 分類號: G01S19/14;G01S19/41;G01S19/43;B63B35/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常虹

本發明公開了一種大壩深水環境一體化精準定位裝置和方法。定位裝置包括：相互垂直的橫向支撐部件和縱向支撐部件，橫向支撐部件上設置有GPS天線、RTK電臺天線、傳感器箱；傳感器箱內置GPS定位模塊、差分信號處理模塊和目標獨立坐標計算模塊；縱向支撐部件下部設置有浮體，浮體內部設置姿態儀；浮體下部設置水聲換能器陣列，用于獲取水下目標的相對坐標；目標獨立坐標計算模塊用于根據GPS定位模塊解析的第一全球坐標、差分信號處理模塊獲取的坐標修正數據、姿態變化參數、GPS天線與水聲換能器陣列的相對位置、水下目標的相對坐標來計算水下目標的地方獨立坐標。該裝置能夠在大壩環境下精確定位水下目標的位置。

技術領域

本發明屬于水下目標定位技術領域，具體涉及一種在大壩深水環境下實現精準定位的裝置與方法。

背景技術

目前大壩深水環境的定位主要依靠超短基線和GPS定位設備完成。超短基線主要應用于海洋環境，通常將超短基線定位陣列搭載在測量船上，通過收發聲學信號來測量水下目標的位置；而在大壩環境下船舶的使用受限。如果將超短基線定位陣列安裝在岸邊，除去水體內常見干擾外，大壩兩岸水工建筑、壩體離水下潛器或目標物距離較近，會出現聲學多次反射，干擾信號更多，很難精準的定位水下潛器或目標物，嚴重影響定位精度。同時，傳統超短基線內置的GPS定位設備精度以米為單位，且誤差較大，導致定位精度低。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種大壩深水環境一體化精準定位裝置，該裝置能夠在大壩環境下精確定位水下目標的位置。

技術方案：本發明一方面公開了一種大壩深水環境一體化精準定位裝置，包括：

橫向支撐部件和縱向支撐部件，所述橫向支撐部件與縱向支撐部件相互垂直構成T型結構，所述橫向支撐部件上設置有GPS天線、RTK電臺天線、傳感器箱；所述傳感器箱內置GPS定位模塊、差分信號處理模塊和目標獨立坐標計算模塊；所述GPS定位模塊與GPS天線和目標獨立坐標計算模塊連接，所述差分信號處理模塊與RTK電臺天線和目標獨立坐標計算模塊連接；所述GPS定位模塊用于從GPS天線接收的信號中解析得到第一全球坐標；所述差分信號處理模塊用于從RTK電臺天線接收的差分信號中解析得到坐標修正數據；

所述縱向支撐部件下部設置有浮體，所述浮體內部設置姿態儀，所述姿態儀用于獲取姿態變化參數；所述姿態儀與目標獨立坐標計算模塊連接；

所述浮體下部設置水聲換能器陣列，所述水聲換能器陣列與目標獨立坐標計算模塊連接；所述水聲換能器陣列用于獲取水下目標的相對坐標；

所述目標獨立坐標計算模塊用于根據第一全球坐標、坐標修正數據、姿態變化參數、GPS天線與水聲換能器陣列的相對位置、水下目標的相對坐標來計算水下目標的地方獨立坐標。

進一步地，還包括錨系系統，所述錨系系統包括沉塊和拉繩，所述沉塊設置于海底，所述拉繩的兩端分別連接沉塊和浮體。

進一步地，所述GPS天線為雙天線設計，分別用于接收包含定位信息的信號和方向基準信息的信號；所述GPS定位模塊從定位信息中解析得到第一全球坐標，從方向基準信息中解析得到方向基準值；

所述目標獨立坐標計算模塊根據所述方向基準值從水下目標的地方獨立坐標中獲取水下目標的實際方向值。

進一步地，所述水聲換能器陣列為三角位置關系換能器陣列，所述陣列中的陣元間距為15-25cm。

進一步地，所述水聲換能器陣列中陣元的信號頻率為65-75kHz。

進一步地，所述傳感器箱中還包括時間同步模塊，所述時間同步模塊用于從GPS天線接收的信號中解析得到基準時間；所述姿態儀、水聲換能器陣列根據所述基準時間校正本地時間。