[发明专利]一种无线海洋声场监听定位装置

权利要求书

1.一种无线海洋声场监听定位装置，其特征在于，包括太阳能电池板(1)，旋转摄像头或单波束激光(2)，北斗及通讯天线(3)，控制器及蓄电池(4)，海洋水听器(5)，横向推进器(6)，纵向推进器(7)，上壳体(8)，螺栓螺母套件(9)，密封圈(10)，下壳体(11)，舵机(12)；所述上壳体(8)和下壳体(11)通过螺栓螺母套件(9)法兰连接，中间通过密封圈(10)密封；在上壳体(8)顶部内安装有旋转摄像头或单波束激光(2)，上壳体(8)侧边外侧安装有北斗及通讯天线(3)，通过塑料防水接头接到壳体内控制器及蓄电池(4)的通讯模块上；在上下壳体法兰处安装有一块太阳能电池板(1)；在下壳体(11)中央安装有控制器及蓄电池(4)，底部侧边安装有海洋水听器(5)，海洋水听器(5)连接到控制器及蓄电池(4)上，下壳体(11)中的舵机(12)连接到壳体外下方的横向推进器(6)，控制横向推进器(6)的转动角度，横向推进器(6)下方安装有控制整个装置沉浮的纵向推进器(7)；

在海平面任意布置4个监听定位装置，通过北斗卫星定位，4个监听定位装置的坐标位置为：点1(x₁,y₁,z₁)，点2(x₂,y₂,z₂)，点3(x₃,y₃,z₃)，点4(x₄,y₄,z₄)；设某时刻t₀海中未知点(x_a,y_a,z_a)发出声音，则4个监听定位装置收到此声音的时刻t₁,t₂,t₃,t₄为已知；设定海洋中声音传播速度为常数C，则可得方程为：

(x₁-x_a)²+(y₁-y_a)²+(z₁-z_a)²＝[C*(t₁-t₀)]² (1)

(x₂-x_a)²+(y₂-y_a)²+(z₂-z_a)²＝[C*(t₂-t₀)]² (2)

(x₃-x_a)²+(y₃-y_a)²+(z₃-z_a)²＝[C*(t₃-t₀)]² (3)

(x₄-x_a)²+(y₄-y_a)²+(z₄-z_a)²＝[C*(t₄-t₀)]² (4)

上式中把海平面看成水平面，这样z₁,z₂,z₃,z₄在海平面上的值为0，如果发声体在海面下，则z_a的数值小于0，解该方程得：

2(x₂-x₁)x_a+2(y₂-y₁)y_a+x₂²+y₂²-x₁²-y₁²＝C²(t₂²-t₁²)-2C²(t₂-t₁)t₀ (5)

2(x₃-x₁)x_a+2(y₃-y₁)y_a+x₃²+y₃²-x₁²-y₁²＝C²(t₃²-t₁²)-2C²(t₃-t₁)t₀ (6)

2(x₄-x₁)x_a+2(y₄-y₁)y_a+x₄²+y₄²-x₁²-y₁²＝C²(t₃²-t₁²)-2C²(t₃-t₁)t₀ (7)

此方程组中未知数为(x_a,y_a,t₀)，可得唯一解；再将解得的(x_a,y_a,t₀)及z_a0代入方程(1)得到Z_a的值，到此发声体的坐标(x_a,y_a,z_a)得解；

所述无线海洋声场监听定位装置有两种工作模式，即正常工作模式及异常工作模式：

正常工作模式任务：

无线海洋声场监听定位装置与岸基母船可通过北斗卫星或者4G网络双向通讯，监听定位装置报告自己的位置信息及监听的声场信息，由监听内部程序控制；如果某监听定位装置离母船较近，母船可发指令观看监听定位装置顶部摄像头实时传输的自身周边的视频信息；监听定位装置不间断采集自身周围范围内的声场信息，并对信息进行存储，处理，初步判定是否为有价值的信号，再传递到岸基及母船中央处理器；如果完成监听任务，母船可发出返航指令，监听定位装置通过横向叶片主动向母船靠拢回收；或者不回收，转为长期监听模式；监听定位装置如果发现自身位置与原位置离开较多，可主动通过横向推进器6归位；

异常工作模式任务：

监听定位装置遇到不明情况时，控制器会做出判断，是移动避开，还是主动下沉隐藏；监听定位装置如果不幸被坏人打捞，监听自毁装置启动；监听定位装置如电力不够，会进入休眠等待太阳能或者海流充电。