專利名稱：一種水下聲學定位信標機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是水下聲學定位、水下工程領域，更確切地說，涉及一種水下聲學定位信標機，可廣泛應用于長基線、短基線、超短基線水聲定位系統，也可應用于聲學遙控釋放領域。
背景技術：
水下施工、AUV定位、海洋考察等過程中經常遇到對水下目標的定位。由于水中無線電信號衰減嚴重很難遠距離傳播，因此，基于無線電的陸上定位技術不能應用于水下定位。為了解決水下目標定位問題，多年來各國科研人員相繼提出了多種基于聲學的水下聲學定位技術，按照定位基陣形式可分為長基線水聲定位系統、短基線水聲定位系統和超短基線水聲定位系統；按照被定位目標來分，可分為合作式水聲定位模式和非合作式水聲定位模式，其中非合作式水聲定位主要利用目標的輻射噪聲特征進行定位，而當前大部分水下工程、海洋考察領域多采用合作式水聲定位模式。對于合作式水聲定位技術而言，水下聲信標是所有定位系統中都必不可少的，按照信標的工作模式又可分為自主式和應答式兩種，為此，針對不同的應用各國科研人員設計了各種各樣的水下聲信標以適應不同的應用領域。
發明內容本實用新型公開了一種水下聲學定位信標機，該信標機整體為一個耐壓密封艙101，密封艙外為固體浮力材料103用于遙控釋放時提供正浮力，密封艙內分為三個空間，自下而上分別放置磁力釋放裝置108、電池107和電子系統103，密封艙頂部裝有收發合置電聲換能器104、聲速測量模塊105和水密插座109，側面裝有壓力測量模塊106。本實用新型所公開的一種水下聲學定位信標機，其電子系統103由依次相連的充電與系統配置接口模塊201、電池209、微控制器202、邏輯控制器203、發射驅動電路204、功率放大電路205、收發轉換電路206、接收信號調理電路207、數據采集電路208，以及直接與微控制器相連的水壓力測量電路210、聲速測量電路211、自動釋放控制單元212組成，其中收發轉換電路206直接與換能器相連，充電與系統配置接口模塊201與水密插座109相連。本實用新型所公開的一種水下聲學定位信標機，磁力釋放裝置108外殼為兩塊導磁體302，中間用不導磁的銅板304隔開，內部有一個可以旋轉的直徑方向為N、S極的永磁體303，永磁鐵的旋轉由步進電機完成。本實用新型所公開的一種水下聲學定位信標機，通過聲速測量模塊105和壓力測量模塊106實時測量水中聲速和深度，并將測量值通過聲學方式上傳，實現聲速剖面的實時測量。本實用新型所公開的一種水下聲學定位信標機，其發射信號由同步定位脈沖信號401、保護時間間隔402和測量數據幀信號403三部分組成。其中同步定位脈沖信號401采用具有良好自相關特性的型號，例如線性調頻信號或偽隨機序列信號，利用其尖銳的相關風實現水聲測距和對后續測量數據的同步，測量數據可以采用MFSK或QPSK的調制方式進行調制。本實用新型所公開的一種水下聲學定位信標機，其優點在于第一,多種工作模式適用于不同的水下聲學定位系統。第二，實時測量聲速剖面，實現定位系統的聲線跟蹤，提高定位精度。第三，磁力釋放裝置結構簡單，可靠。由此可見，本實用新型設計新穎、技術含量高、易于實現且成本較低，非常適合于各類需要進行釋放操作的長基線、短基線、超短基線水聲定位應用中。

為了使本實用新型的內容更利于相關專業技術人員理解，下面對附圖進行簡單說明。圖1為本實用新型所述的大型水下吊裝結構物位置姿態實時測量裝置的組成框圖。圖2為本實用新型所述的水下聲學定位信標機的電子系統組成框圖。圖3為本實用新型所述的水下聲學定位信標機的磁力釋放裝置結構圖。圖4為本實用新型所述的水下聲學定位信標機發射信號示意圖。
具體實施方案
以下結合附圖和本實用新型一種較佳的具體實施例對本實用新型作進一步說明。作為本實用新型的一種較佳施例，水下聲信標外殼密封艙采用316不銹鋼制成，密封艙外側包裹固體浮力材料使整個水下聲信標呈現正浮力，所有電子部分都置于密封艙內，密封艙頂部安裝收發合置電聲換能器104和聲速測量單元105，側面安裝水壓力測量單元106，壓力測量采用半導體壓阻壓力傳感器來完成，密封艙內由下向上依次放置磁力釋放單元(108)和電池107和電子部分103，結構如圖1所示。電子部分中微控制器202采用STM32系列通過并行總線與邏輯控制器203相連，邏輯控制器203選用Cyclone III系列FPGA產生PWM信號通過發射驅動電路204驅動功率放大電路205產生發射信號，考慮到發射效率，本實施例中選用D類功率放大器，接收信號調理電路207包括固定增益前置放大電路、濾波電路和可控增益放大電路組成，數據采集電路208選用ADI公司的AD7643模數轉換器來實現，AD7643由FPGA控制完成數據采集和后續處理。作為本實用新型的一種較佳施例，磁力釋放裝置108外殼為兩塊導磁體302可采用電工軟鐵加工成型，中間間隔用的不導磁銅板304采用黃銅加工，永磁鐵的旋轉由步進電機完成。作為本實用新型的一種較佳施例，定位同步信號與測量數據幀信號之間的保護間隔主要由水聲多途信道最大有效時延擴展決定淺海多途信道最大時延擴展一般在數十毫秒的量級，因此擬定幀保護間隔為50ms。以上所述僅為本實用新型的一種較佳可行施例，所述實施例并非用以限制本實用新型的專利保護范圍，因此凡是運用本實用新型的說明書及附圖內容所做的等同結構變化，同理均應包含在實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種水下聲學定位信標機，其特征在于該信標機整體為一個耐壓密封艙(101)，密封艙外為固體浮力材料(103)用于遙控釋放時提供正浮力，密封艙內分為三個空間，自下而上分別放置磁力釋放裝置(108)、電池(107)和電子系統(103)，密封艙頂部裝有收發合置電聲換能器(104)、聲速測量模塊(105)和水密插座(109)，側面裝有壓力測量模塊(106)。
2.如權利要求1所述的水下聲學定位信標機，其特征在于電子系統(103)由依次相連的充電與系統配置接口模塊(201)、電池(209)、微控制器(202)、邏輯控制器(203)、發射驅動電路(204)、功率放大電路(205)、收發轉換電路(206)、接收信號調理電路(207)、數據采集電路(208)，以及直接與微控制器相連的水壓力測量電路(210)、聲速測量電路(211)、自動釋放控制單元(212)組成，其中收發轉換電路(206)直接與換能器相連(104)，充電與系統配置接口模塊(201)與水密插座(109)相連。
3.如權利要求1所述的水下聲學定位信標機，其特征在于磁力釋放裝置(108)外殼為兩塊導磁體(302)，中間用不導磁的銅板(304)隔開，內部有一個可以旋轉的直徑方向為N、S極的永磁體(303)，永磁鐵的旋轉由步進電機完成。
4.如權利要求1所述的水下聲學定位信標機，其特征在于信標機通過聲速測量模塊(105)和壓力測量模塊(106)實時測量水中聲速和深度，并將測量值通過聲學方式上傳，實現聲速剖面的實時測量。
5.如權利要求1所述的水下聲學定位信標機，其特征在于信標機發射信號由同步定位脈沖信號(401)、保護時間間隔(402)和測量數據幀信號(403)三部分組成。
專利摘要本實用新型公開一種水下聲學定位信標機，屬于水下定位、水工程領域。具體來說該信標機由水密外殼、外殼浮力材料、收發合置電聲換能器、聲速測量單元、壓力測量單元、磁力釋放單元、電池以及控制處理電路組成。由于該信標機配置了聲速測量單元和壓力測量單元，因此可以實時測量水下聲速剖面，從而實現聲速實時修正。該信標機功能強大、具有多種工作模式，可廣泛應用于長基線、短基線、超短基線水聲定位系統，也可應用于聲學遙控釋放領域。
文檔編號G01S1/74GK202837532SQ20122045820
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者么彬, 梁小龍, 張耀輝 申請人:北京引創科技有限責任公司