[发明专利]一种基于图像声呐的水下定位系统的工作方法

说明书

本发明属于水下定位、坐标获取技术领域，提供一种基于图像声呐的水下定位系统的工作方法，该系统包括图像声呐设备、两台GPS、水下探测支架和计算机，所述水下探测支架包括水平方向的横杆和竖直方向的探测杆，横杆中部设有连接杆，横杆通过连接杆插入探测杆端部，所述横杆两端分别安装GPS1和GPS2，所述探测杆底部安装图像声呐设备。本发明采用基于图像声呐的水下定位技术方法，能够在水下作业过程中，快速的获取一定目标区域内任意点在外部坐标系中的坐标值，操作简单易行，系统造价低。

技术领域

本发明属于水下定位、坐标获取技术领域，具体涉及一种基于图像声呐的水下定位系统的工作方法。

背景技术

现有的水下定位技术主要是水下声学定位技术，是用水声设备确定水下载体或设备的方位、距离的技术。根据从构成基阵的三个以上声应答器接收到的声脉冲信号到达时间或相位进行定位。按应答器基阵基线长度分为长基线定位，短基线定位、超短基线定位。

长基线系统包含两部分，一部分是安装在船只上的收发器或水下机器人，另一个部分是一系列已知位置的固定在海底上的应答器，至少三个以上。应答器之间的距离构成基线，长度在上百米到几千米之间，称为长基线系统。长基线系统是通过测量收发器和应答器之间的距离，采用测量中的前方或后方交会对目标定位，从而获取目标的三维坐标。

短基线定位系统由3个以上换能器组成，换能器的阵形为三角形或四边形，组成声基阵。换能器之间的距离一般超过10m，换能器之间的相互关系精确测定，组成声基阵坐标系，基阵坐标系与船坐标系的相互关系由常规测量方法确定。短基线系统的测量方式是由一个换能器发射，所有换能器接收，得到一个斜距观测值和不同于这个观测值的多个斜距值，系统根据基阵相对船坐标系的固定关系，配以外部传感器观测值，如GPS、MRU、Gyro提供的船的位置、姿态、船艏向值，计算得到目标的大地坐标。

超短基线的所有声单元（≥3）集中安装在一个收发器中，组成声基阵，声单元之间的相互位置精确测定，组成声基阵坐标系，声基阵坐标系与船的坐标系之间的关系要在安装时精确测定，包括位置和姿态。系统通过测定声单元的相位差来确定换能器到目标的方位（垂直和水平角度）；换能器与目标的距离通过测定声波传播的时间，再用声速剖面修正波束线，确定距离，进而通过极坐标确定目标的具体坐标值。

现有的长基线、短基线、超短基线水下定位方法，都是通过在测量船或水底布置应答器和声基阵来实现目标的坐标获取的，而布置水底应答器或者声基阵方法复杂、成本也较高。长基线定位系统整体操作繁琐，且需要详细对海底声基阵进行校准测量；短基线定位系统中，换能器之间的位置关系、换能器与船坐标系的相互关系都需要精确测定，操作复杂且误差源较多；超短基线定位系统需要依赖外围设备（如罗经、姿态传感器等）对系统安装校准后才能得到目标的准确绝对位置。最后，现有的这三种水下定位方法均只能获取单点的坐标信息，难以实现同时获取多点或者某区域内任意点的坐标信息的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于图像声呐的水下定位系统的工作方法，能够在水下作业过程中，快速的获取一定目标区域内任意点在外部坐标系中的坐标值，操作简单易行，系统造价低。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

一种基于图像声呐的水下定位系统，包括图像声呐设备、两台GPS、水下探测支架和计算机，所述水下探测支架包括水平方向的横杆和竖直方向的探测杆，横杆中部设有连接杆，横杆通过连接杆插入探测杆端部，并通过螺丝拧紧固定，所述横杆两端分别安装GPS1和GPS2，所述探测杆底部安装图像声呐设备。

在上述技术方案中，所述探测杆最下端连接有一个用于安装图像声呐设备的探头罩，探头罩与探测杆之间采用刚性连接，相互位置关系确定，图像声呐设备安装时采用抱箍固定，使声呐设备整体不能移动、旋转，以确保其与水下探测支架整体为刚性连接，采集数据时，仅图像声呐设备的声呐探头旋转以实现360°扫测。