[发明专利]确定水下节点的位置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定一个或多个水下节点的位置的方法和设备。

背景技术

U5119341描述了已知的用于确定水下节点的位置的方法和设备。多个浮标根据全球定位系统(GPS)导航卫星确定所述多个浮标的位置，且发射声学的水下数据信息，该数据信息包含所述位置。水下航行器接收该信息，并根据此信息确定其位置。通过扩频编码使所有浮标使用单一信标载波频率。可选的，可以为每个浮标分配单独的和本地唯一的信标载波频率。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种确定水下节点的位置的方法，所述方法包括：

a)确定三个或者三个以上发射器的位置；

b)从每个发射器发射至少4个脉冲，其中，每个脉冲和该脉冲的前一个脉冲之间的时间差与各自的发射器的位置坐标成比例；

c)在水下节点接收脉冲；

d)通过测量脉冲间的时延，对水下节点接收的脉冲进行解码，进而确定所述发射器的坐标；

e)确定每个发射器相对于水下节点的距离；

f)根据步骤d)中确定的坐标和步骤e)中确定的距离，通过例如多边定位法确定水下节点的位置。

本发明的另一方面提供了一种确定水下节点位置的设备，所述设备包括：三个或三个以上发射器，每个发射器包括：用于确定发射器位置的装置；和用于使发射器发射至少4个脉冲的处理器，其中，每个脉冲和该脉冲的前一个脉冲之间的时间差与所述各自的发射器的位置坐标成比例；且节点包括：用于接收所述脉冲的接收器；以及处理器，所述处理器通过测量脉冲间的时延，对水下节点接收的脉冲进行解码，进而确定发射器的坐标；处理节点接收的脉冲以确定所述发射器相对于所述节点的距离；以及根据所述发射器的位置和距离，确定所述节点的位置。

本发明通过脉冲位置调制，对发射器的位置进行编码，其中，每个脉冲和该脉冲的前一个脉冲之间的时间差与所述各自的发射器的位置坐标成比例。由于时延与坐标值之间的比例关系，在脉冲之间的时延的测量过程中的任何误差仅转化为所述确定的位置中的小误差。因此，如果信噪比逐渐减小，那么，位置估计的精度也逐渐降低。而且，采用脉冲位置调制使得编码和解码计算开销降低。

所述节点可能是静止的。然而，优选的，所述方法进一步包括：确定所述节点的速度，其中，根据所述确定的节点的速度，确定所述水下节点的位置。这使得该方法需要考虑到如下事实，即在接收到第一脉冲和最后一个脉冲之间，该水下节点可能已经移动了，因此，步骤f)能够例如在接收到其中一个脉冲(例如，第一脉冲或者最后一个脉冲)的时候，确定该位置。

通常的，在步骤e)中，通过测量至少一个脉冲(例如，第一个脉冲)从所述发射器传输到所述水下节点的时间，确定所述每个发射器的距离；例如，可以通过检测脉冲到达时间和确定所述脉冲到达时间和已知的脉冲传输时间的时间差进行确定。

优选的，根据公式c＝kt，其中,k是比例系数，每个脉冲和该脉冲的前一个脉冲之间的时间差Δt正比于该各自的发射器节点的位置坐标(c)(co-ordinate(c))。

优选的，来自每个发射器的至少第二脉冲，第三脉冲和第四脉冲是线性调频信号(chirp)，所述线性调频信号在所述脉冲开始的第一频率和在脉冲结束的第二频率之间是单调变化。所述频率或周期可以以恒定的速率变化或非恒定的速率变化。

可选的，根据预设功能，至少所述第二脉冲，第三脉冲和第四脉冲的频率随着时间变化，该变化可能是也可能不是单调的变化

该发射器发射的脉冲可以是时分多路复用的，但是，更优选的，来自发射器的脉冲具有不同的频率或编码，且根据他们的编码或者频率，在水下节点被解复用。通常的，从发射器发射的脉冲占据非重叠频带，其中，所述非重叠频带优选的是非相邻的频带。

该方法可以仅通过单个节点执行，但更通常它是由两个或更多个节点，最优选的是大于10个并且可能100个或更多个节点同时执行。

在步骤d)，可以通过直接测量相对的到达时间，测量脉冲间的时延。然而，更优选的，在步骤d)中，还可以通过下列方式测量脉冲间的时延：根据所述接收的脉冲生成信号；将该信号与脉冲函数进行互相关，以生成互相关信号；测量在所述互相关信号中的峰值之间的时延。

优选的，向所述互相关信号施加随时间变化的增益，直到检测到所述第一峰值；然后，检测在那个点的增益值；且所述检测到的增益值被施加到所述互相关信号的后续部分上。

这些节点可以是传感器，例如地震传感器，或者，需要精确地知道它的位置的任何其他节点。

该脉冲可以是声脉冲或电磁脉冲。

附图说明