一种新型超短基线定位系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109856598A(43)申请公布日2019.06.07(21)申请号201910142394.7(51)Int.Cl.(22)申请日2019.02.26G01S5/20(2006.01)G01S5/22(2006.01)(71)申请人黑龙江迈普斯企业管理中心（有限合伙）地址150000黑龙江省哈尔滨市高新技术产业开发区科技创新城创新创业广场14号楼（明月街236号）火炬电子商务大厦510-37室(72)发明人黄杰刘文智周翰文刘汉强王顺礼(74)专利代理机构北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11465代理人李冉权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种新型超短基线定位系统和方法(57)摘要本发明公开了一种新型超短基线定位系统和方法，提前在海底同一水平面固定四个不同频率的声源，且四个声源分别位于矩形的顶点处，在水下机器人载体上按照正方形的方式布放四个水听器，组成水听器阵，水听器阵保持水平姿态，监听四个声源的水平方位角，然后根据三角关系计算出水听器阵距离四个声源的水平距离，从而得到水下机器人的水平定位信息。本发明提供的定位系统和定位方法，通过被动定位的方式解决了大量潜器同时定位的问题。且本发明提供的定位方法计算简单，耗时短，能够很好的满足市场的需求。CN109856598ACN109856598A权利要求书1/2页1.一种新型超短基线定位系统，其特征在于，包括：四个不同频率的声源、四个水听器、四路程控放大器、四路带通滤波器、四路固定增益放大器、四路模数信号转换器、信号采集器和信号处理器；四个所述声源在海底以矩形方式布设在同一水平面上；且四个所述声源的频率预先设定好；四个所述水听器以正方形布设在水下机器人上，组成水听器阵；每个所述水听器依次连接所述程控放大器、所述带通滤波器、所述固定增益放大器、所述模数信号转换器；各个所述模数转换器均与所述信号采集器相连；所述信号采集器与所述信号处理器相连；各个所述水听器同时接收各个所述声源发出的不同频率的信号；所述信号经过所述程控放大器、所述带通滤波器、所述固定增益放大器和所述模数转换器后被所述信号采集器采集，并传输至所述信号处理器，所述信号处理器对采集到的信号进行处理，得到水平定位信息。2.根据权利要求1所述的一种新型超短基线定位系统，其特征在于，还包括：通过RS232通信接口与所述信号处理器相连的上位机。3.根据权利要求1所述的一种新型超短基线定位系统，其特征在于，所述信号采集器包括：FPGA信号处理单元。4.根据权利要求1所述的一种新型超短基线定位系统，其特征在于，所述信号处理器包括：DSP信号处理单元。5.一种新型超短基线定位方法，其特征在于，适用于权利要求1～4任意一项所述的一种新型超短基线定位系统，所述新型超短基线定位方法包括：水听器同时接收各个声源发出的不同频率的信号，其中，所述水听器预先按照正方形布设在水下机器人上，组成水听器阵；四个所述声源在海底以矩形方式预先布设在同一水平面上，且四个所述声源按照不同的预设频率进行发声；所述信号经过程控放大器、带通滤波器、固定增益放大器和模数转换器后被信号采集器采集，并传输至所述信号处理器；所述信号处理器对采集到的信号进行处理，得到水平定位信息；其中，所述信号处理器对采集到的信号进行处理的具体步骤包括：S1：对采集到的其中一个水听器的信号按照时间顺序依次取N个数据作为一个数据片段D1；S2：对数据片段D1进行FFT运算，取出预设频率的能量值E1和相位值S3：判断E1是否为极大值，若是，则进行步骤S4，否则取出下一数据片段，并返回执行步骤S2；S4：判断E1是否超过设定的能量大小阈值，若是，则进入步骤S5，否则取出下一数据片段，并返回执行步骤S2；S5：判断E1是否离上次的极大值的时间间隔大于设定的时间间隔阈值，若是，则进入步骤S6，否则，取出下一数据片段，并返回执行步骤S2；S6：判定E1为有用信号，并取出与该数据片段D1对应时刻点的其他水听器的数据片段D2、D3和D4；2CN109856598A权利要求书2/2页S7：分别对数据片段D2、D3和D4进行FFT运算，并对应取出预设频率的能量值E2、E3和E4和相位值和得到四组复数据；S8：基于四组复数据，解算出相应的相位角θ13、θ24，根据公式计算出水平方位角αx；基于上述方法，计算出了四个声源的水平方位角α1、α2、α3、α4；S9：基于水平方位角α1、α2、α3、α4和三角关系，计算出L1～L4，从而得到水平距离，即得到水下机器人的水平定位信息；其中，其中，a和b分别为矩形的长和宽，L1～L4为水听器阵到各个声源的水平距离。6.根据权利要求5所述的一种新型超短基线定位方法，其特征在于，还包括