[发明专利]基于声学多普勒计程仪的水下地形匹配导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及水下航行器的水下导航应用技术领域，具体为一种基于声学多普勒计程仪的水下地形匹配导航系统。

背景技术

自主水下航行器是世界各国大力发展的海洋运载器，在海洋保护、海洋资源开发等领域具有极大的应用价值，如水下搜索、海底绘图、海底监控、管道铺设、海底作业等。导航问题是水下航行器应用所面临的主要技术挑战之一，导航能力是水下航行器有效工作与安全回收的重要要求，水下航行器导航方法的研究一直是国内外的研究热点。

由于水下环境的局限，目前水下航行器导航的主要方法是航位推算、INS(惯性导航系统)、水下声学计程仪导航等。而以上的种种导航手段在没有修正信息的情况下，误差会随着航行时间或航行距离的增加而积累或发散，难以满足长时间导航定位的要求。并且传统的声学多普勒计程仪也有诸多限制，如只有一种工作方式、发射波束少、测点少、不够精确、效率低等。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高精度、高效率的基于声学多普勒计程仪的水下地形匹配导航系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一、多波束综合多普勒计程仪，包括：

声学基阵、GPS模块、INS模块、声速剖面仪、处理系统、多路收发转换模块和多通道相控功率放大装置，声学基阵、多路收发转换模块、多通道相控功率放大装置、处理系统依次相连，另外，处理系统还与GPS模块、INS模块、声速剖面仪相连；

其中，声学基阵是由484个第一压电基元和484个第二压电基元间隔排列而成的圆形平面基阵，第一压电基元和第二压电基元规格相同；圆形平面基阵排列成32行32列，各行和各列的压电基元数均为偶数，相邻压电基元中心间距为发射波波长的一半；分别将声学基阵各行的第一压电基元的独立抽头并联，获得X方向的32个子阵；分别将声学基阵各列的第二压电基元的独立抽头并联，获得Y方向的32个子阵。

上述第一压电基元和第二压电基元均为正方形。

上述多路收发转换单元包括64路发射机和64路接收机，各路发射机分别驱动各子阵，各路接收机分别接收各子阵接收的回波信号。

二、基于声学多普勒计程仪的水下地形匹配导航系统，包括：

多波束综合多普勒计程仪、差分全球定位系统、平台罗经、数据采集模块和海底地形匹配模块，多波束综合多普勒计程仪、差分全球定位系统、平台罗经、海底地形匹配模块均与数据采集模块相连；其中：

多波束综合多普勒计程仪用来获得多测点的水深数据以及水下航行器的纵向速度和横向速度；差分全球定位系统用来获得水下航行器的经纬度信息和航向信息；平台罗经用来获得水下航行器在航行状态下的姿态信息；数据采集模块用来采集和存储多波束综合多普勒计程仪、差分全球定位系统、平台罗经获得的数据；海底地形匹配模块用来基于数据采集模块采集的数据进行海底地形匹配。

和现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

本发明对传统声学多普勒计程仪进行改造，设计出多波束综合多普勒计程仪，多波束综合多普勒计程仪不影响水下航行器本身的湿端结构，也不会影响水下航行器本身的结构强度。传统声学多普勒计程仪只能发射四波束，而多波束综合计程仪声呐可发射多波束，同时还具有测速和测深的功能。

本发明多波束综合多普勒计程仪具有更多测点、全覆盖、高精度的优点，能更准确全面地反映水下地形的起伏变化情况。将多波束综合多普勒计程仪与海底地形匹配模块结合，形成本发明基于声学多普勒计程仪的水下地形匹配导航系统。相比于传统的水下地形导航系统，本发明不受时间限制，在长时间航行过程中也可保证实时导航信息的精确性。

附图说明

图1是本发明水下地形匹配导航系统的结构示意图；

图2是海底地形匹配模块的工作流程图；

图3是声学多普勒计程仪测深工作原理示意图；

图4是本发明多波束综合多普勒计程仪的具体结构示意图；

图5是本发明声学基阵的具体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细描述。