利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2019102741928
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于按需收发的水下异步定位方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)将不少于3个浮标节点部署在监测海域内海面上,目标节点在水下未知位置;目标节点准备就绪后,向各个浮标节点发送定位请求,浮标节点收到请求后,随后转入监听状态;

2)在起始时刻,目标节点向外广播信号,记下此刻时间戳,随后立即进入监听状态,等待各个浮标节点的应答;

3)所有浮标节点接收到目标节点发送的信号,分别记下此刻的时间戳,其中一个浮标节点退出监听状态,向外广播信号,记下时间戳,随后进入等待模式;其余浮标节点继续保持监听状态;

4)目标节点和监听状态的浮标节点接收到进入等待模式的浮标节点发送的信号,分别记下此刻时间戳,监听状态的浮标节点中的一个退出监听状态,向外广播信号,记下时间戳,进入等待模式,其余浮标节点继续保持监听状态;

5)重复步骤(4),直到所有浮标节点进入等待模式;

6)目标节点收到最后一个进入等待模式的浮标节点发送的信号,记下此刻时间戳,退出监听状态;

7)目标节点内数据处理模块处理数据,获知每个浮标节点与目标节点之间的距离,通过多点定位技术得到目标节点坐标,实现自定位;

其中,所述信号包括时间戳信息和自身的身份及位置信息。

2.根据权利要求1所述一种基于按需收发的水下异步定位方法,其特征在于:所述浮标节点通过基站获取自身位置信息,所述基站为4个。

3.根据权利要求1所述一种基于按需收发的水下异步定位方法,其特征在于:所述浮标节点为3个。

4.根据权利要求3所述一种基于按需收发的水下异步定位方法,其特征在于:在目标节点内数据处理模块处理数据的过程如下:目标节点发送信号的时间戳记为TS,S,接收信号的时间戳记为T1,S、T2,S、T3,S;浮标节点1发送信号的时间戳记为T1,1,接收信号的时间戳记为T1,S;浮标节点2发送信号的时间戳记为T2,2,接收信号的时间戳记为TS,2、T1,2;浮标节点3发送信号的时间戳记为T3,3,接收信号的时间戳记为TS,3、T1,3、T2,3;根据以上信号按需收发的过程,可得其中,t1、t2、t3代表信号从目标节点到3个浮标节点的时间,由此可以得到目标节点与3个浮标节点的距离分别为:其中,c为水下声速;

令目标节点节点的坐标为(x,y,z),3个浮标节点的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x1,y1,z1)、(x1,y1,z1),可以得到如下方程:进一步化简变形可得到:

即:

Aζ=ψ                           (5)根据最小二乘原理可得:

ζ=(ATA)-1ATψ                        (6)深度z可由节点携带的深度传感器测得,这样就实现了目标节点的自定位。

5.一种基于按需收发的水下异步定位系统,其特征在于:包括基站和浮标节点;所述基站设立在陆地上,所述浮标节点锚定在海面上;所述浮标节点与水下的目标节点进行水声通信;所述浮标节点与基站进行无线通信,任意两个浮标节点间进行无线通信,所述基站带有GPS接收器。

6.根据权利要求5所述一种基于按需收发的水下异步定位系统,其特征在于:所述浮标节点为3个,所述基站为4个。

7.根据权利要求5所述一种基于按需收发的水下异步定位系统,其特征在于:所述浮标节点与目标节点进行水声通信时使用水声调制解调器;所述水声调制解调器包括数据处理单元、单片机、发射器、电池和接收器;所述单片机控制发射器发射信号,所述单片机控制接收器接收信号,所述单片机将需要处理的数据输送到数据处理单元进行处理并提取数据,所述电池为水声调制解调器提供电能;所述发射器、接收器与单片机采用RS485协议连接。

8.根据权利要求7所述一种基于按需收发的水下异步定位系统,其特征在于:所述单片机为STM32单片机。

9.根据权利要求7所述一种基于按需收发的水下异步定位系统,其特征在于,所述发射器中,UWB脉冲发生器由时钟触发,输入信号经过UWB脉冲发生器变为纳秒或皮秒级以下的极窄脉冲,再进入放大器进行放大,接着进入滤波器滤波,以去除信号发生器以及线路产生的不符合要求的杂波,然后进入到发送换能器转换成水声信号发出;所述接收器中,水声信号通过接收换能器转换为电信号,进入放大器放大后分为两路输出:一路经过二极管解调器和滤波器后再放大,再经过电容后输出;另一路输入到直流稳压器并再次分为两路:一路经过放大器和电容后输出,一路通过电感后输出,经过电容后的电信号与经过电感后的电信号进行合成输出。

10.根据权利要求5所述一种基于按需收发的水下异步定位系统,其特征在于:整个系统中通讯的信号包括时间戳信息和自身的身份及位置信息。