本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集，尤其涉及航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、聲吶浮標(biāo)作為一種重要的水下探測(cè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于海洋調(diào)查、軍事偵察以及海洋資源的勘探。傳統(tǒng)的聲吶浮標(biāo)通常通過(guò)船舶或無(wú)人設(shè)備進(jìn)行投放，并依賴單一的聲波發(fā)射和回波接收進(jìn)行定位和數(shù)據(jù)采集。這種系統(tǒng)存在幾個(gè)顯著的技術(shù)瓶頸，限制了其在廣域復(fù)雜水域中的應(yīng)用。

2、首先，傳統(tǒng)的浮標(biāo)投放系統(tǒng)主要依賴船舶平臺(tái)，由于船舶航速和靈活性受限，導(dǎo)致浮標(biāo)布設(shè)的效率較低，難以在短時(shí)間內(nèi)覆蓋大范圍的水域。而且，在風(fēng)浪較大的海域，浮標(biāo)的投放精度大大降低，容易導(dǎo)致浮標(biāo)偏離預(yù)定位置，影響數(shù)據(jù)采集的效果。

3、其次，現(xiàn)有的單浮標(biāo)定位方式在精度和覆蓋范圍上存在明顯局限性，尤其是在多浮標(biāo)協(xié)同定位和多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集方面表現(xiàn)不佳。水下環(huán)境復(fù)雜多變，單浮標(biāo)的定位容易受到噪聲干擾和信號(hào)衰減的影響，難以實(shí)現(xiàn)高精度的目標(biāo)探測(cè)。此外，傳統(tǒng)浮標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通常依賴于低帶寬無(wú)線電或衛(wèi)星通信技術(shù)，傳輸速率低，延遲大，難以滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2、航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括多個(gè)聲吶浮標(biāo)、投放裝置、定位模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊以及控制模塊，各模塊之間相互協(xié)同，具體包括：

3、聲吶浮標(biāo)：所述聲吶浮標(biāo)配備高靈敏度的聲吶探測(cè)設(shè)備，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和收集水下聲波信號(hào)，并基于多點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)定位，聲吶浮標(biāo)通過(guò)與其他浮標(biāo)相互傳遞信號(hào)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化定位，提高多浮標(biāo)系統(tǒng)的精度；

4、投放裝置：所述投放裝置由無(wú)人機(jī)或有人機(jī)平臺(tái)攜帶，通過(guò)預(yù)設(shè)航線將浮標(biāo)精確投放至目標(biāo)區(qū)域，投放裝置與控制模塊相連接，根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整浮標(biāo)投放的速度、角度和深度；

5、定位模塊：定位模塊基于gps/北斗系統(tǒng)進(jìn)行全球定位，并結(jié)合聲波信號(hào)反射回波分析，精確計(jì)算浮標(biāo)的實(shí)時(shí)位置，通過(guò)多浮標(biāo)間的相對(duì)位置計(jì)算，定位模塊還通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)調(diào)整浮標(biāo)的相對(duì)位置；

6、數(shù)據(jù)采集模塊：數(shù)據(jù)采集模塊與聲吶浮標(biāo)中的傳感器相連接，實(shí)時(shí)采集水下環(huán)境數(shù)據(jù)，包括目標(biāo)位置、海洋環(huán)境參數(shù)以及聲波回波特性，數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)環(huán)境變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，選擇最優(yōu)頻段和采樣率以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；

7、通信模塊：通信模塊基于衛(wèi)星通信技術(shù)，浮標(biāo)與指揮中心通過(guò)低延時(shí)的無(wú)線鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，確保實(shí)時(shí)通信，通信模塊采用自適應(yīng)帶寬管理機(jī)制，自動(dòng)分配數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)。

8、控制模塊：控制模塊通過(guò)智能算法實(shí)現(xiàn)多浮標(biāo)協(xié)同調(diào)度，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，優(yōu)化浮標(biāo)的布設(shè)密度和采集策略。

9、可選的，所述投放裝置包括機(jī)載投放系統(tǒng)、穩(wěn)定控制單元和環(huán)境感知模塊，所述機(jī)載投放系統(tǒng)安裝在無(wú)人機(jī)或固定翼飛機(jī)上，穩(wěn)定控制單元通過(guò)自動(dòng)飛行控制算法實(shí)時(shí)調(diào)整飛行姿態(tài)和投放角度，確保浮標(biāo)在投放過(guò)程中始終保持穩(wěn)定，環(huán)境感知模塊內(nèi)置高精度氣壓計(jì)、溫度傳感器、濕度傳感器以及風(fēng)速傳感器，通過(guò)實(shí)時(shí)采集飛行高度、氣壓、溫度和風(fēng)速參數(shù)，結(jié)合浮標(biāo)重量和氣動(dòng)模型，計(jì)算浮標(biāo)投放的最佳角度和速度，以保證浮標(biāo)在復(fù)雜氣象條件下的精確落點(diǎn)。

10、可選的，所述聲吶浮標(biāo)包括浮體、聲吶發(fā)射模塊、聲吶接收模塊、gps定位模塊和電源管理模塊，所述浮體由高強(qiáng)度耐腐蝕復(fù)合材料制成，聲吶發(fā)射模塊采用固定頻率的聲波發(fā)射裝置，發(fā)射頻率為50khz，聲波信號(hào)能夠穿透1000米深度的海水，聲吶接收模塊配備了全方位聲波接收裝置，具備360度全向聲波接收能力，并通過(guò)集成的信號(hào)處理芯片實(shí)時(shí)分析接收到的聲波信號(hào)，gps定位模塊以±1米的精度確定浮標(biāo)位置，電源管理模塊采用高效太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，確保浮標(biāo)在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)中具備持續(xù)電力供應(yīng)。

11、可選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊與聲吶浮標(biāo)的聲吶接收模塊直接連接，采集并處理浮標(biāo)周?chē)虻穆暡ǚ瓷湫盘?hào)，所述數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)部集成多通道信號(hào)分析芯片，支持多頻段聲波信號(hào)的同時(shí)采集與處理，最大采樣頻率為100khz，數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)部還配備有多維數(shù)據(jù)處理單元，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波、降噪。

12、可選的，所述定位模塊通過(guò)結(jié)合gps定位與多浮標(biāo)之間的無(wú)線電測(cè)距技術(shù)，確定每個(gè)聲吶浮標(biāo)的精確三維位置。

13、可選的，所述定位模塊使用基于三角測(cè)量法的多點(diǎn)定位算法，能夠在水下環(huán)境中實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)定位精度，定位模塊還包括自動(dòng)校準(zhǔn)功能，在多浮標(biāo)同時(shí)工作的情況下，通過(guò)實(shí)時(shí)更新相對(duì)位置數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化定位結(jié)果。

14、可選的，所述控制模塊包括浮標(biāo)調(diào)度單元和故障檢測(cè)單元，浮標(biāo)調(diào)度單元通過(guò)優(yōu)化算法，實(shí)時(shí)計(jì)算多浮標(biāo)在不同水域中的最佳分布位置，以確保聲吶探測(cè)的覆蓋范圍最大化，故障檢測(cè)單元采用自診斷技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)浮標(biāo)的工作狀態(tài)，判斷浮標(biāo)是否發(fā)生故障，若檢測(cè)到單個(gè)浮標(biāo)失效，故障檢測(cè)單元立即觸發(fā)備用浮標(biāo)投入工作，并通過(guò)浮標(biāo)調(diào)度單元重新分配任務(wù)，以保證數(shù)據(jù)采集任務(wù)的連續(xù)性和完整性。

15、本發(fā)明的有益效果：

16、本發(fā)明，通過(guò)結(jié)合機(jī)載投放系統(tǒng)、穩(wěn)定控制單元和環(huán)境感知模塊，解決了現(xiàn)有技術(shù)中浮標(biāo)投放精度不足的問(wèn)題，投放裝置不僅能夠在復(fù)雜氣象條件下通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)(如風(fēng)速、氣壓等)調(diào)整投放策略，還能夠結(jié)合浮標(biāo)的氣動(dòng)模型和重量，精確計(jì)算投放的角度與速度，確保了浮標(biāo)能夠準(zhǔn)確到達(dá)預(yù)定位置，無(wú)論是在海洋深處還是在強(qiáng)風(fēng)浪環(huán)境下，均能保證浮標(biāo)穩(wěn)定布設(shè)，為后續(xù)的聲吶定位和數(shù)據(jù)采集提供了可靠保障。

17、本發(fā)明，通過(guò)結(jié)合聲吶浮標(biāo)的多頻段聲波發(fā)射與接收模塊、gps定位模塊以及基于無(wú)線電測(cè)距技術(shù)的多浮標(biāo)協(xié)同定位算法，實(shí)現(xiàn)了亞米級(jí)的三維空間定位，與傳統(tǒng)單浮標(biāo)定位方式相比，本系統(tǒng)的多點(diǎn)協(xié)同定位大幅提高了水下目標(biāo)的探測(cè)精度，尤其是在復(fù)雜水域或海洋環(huán)境下，該技術(shù)能夠通過(guò)多浮標(biāo)間的動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保定位和探測(cè)的精度始終保持在高水平。

18、本發(fā)明，通過(guò)采用基于5g衛(wèi)星通信技術(shù)的通信模塊，解決了傳統(tǒng)聲吶浮標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中延遲過(guò)大、信號(hào)不穩(wěn)定的問(wèn)題，該模塊不僅具備自動(dòng)調(diào)節(jié)傳輸速率功能，在數(shù)據(jù)量大或信號(hào)弱的情況下，仍能保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。

技術(shù)特征：

1.航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)聲吶浮標(biāo)、投放裝置、定位模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊以及控制模塊，各模塊之間相互協(xié)同，具體包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述投放裝置包括機(jī)載投放系統(tǒng)、穩(wěn)定控制單元和環(huán)境感知模塊，所述機(jī)載投放系統(tǒng)安裝在無(wú)人機(jī)或固定翼飛機(jī)上，穩(wěn)定控制單元通過(guò)自動(dòng)飛行控制算法實(shí)時(shí)調(diào)整飛行姿態(tài)和投放角度，確保浮標(biāo)在投放過(guò)程中始終保持穩(wěn)定，環(huán)境感知模塊內(nèi)置高精度氣壓計(jì)、溫度傳感器、濕度傳感器以及風(fēng)速傳感器，通過(guò)實(shí)時(shí)采集飛行高度、氣壓、溫度和風(fēng)速參數(shù)，結(jié)合浮標(biāo)重量和氣動(dòng)模型，計(jì)算浮標(biāo)投放的最佳角度和速度，以保證浮標(biāo)在復(fù)雜氣象條件下的精確落點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述聲吶浮標(biāo)包括浮體、聲吶發(fā)射模塊、聲吶接收模塊、gps定位模塊和電源管理模塊，所述浮體由高強(qiáng)度耐腐蝕復(fù)合材料制成，聲吶發(fā)射模塊采用固定頻率的聲波發(fā)射裝置，發(fā)射頻率為50khz，聲波信號(hào)能夠穿透1000米深度的海水，聲吶接收模塊配備了全方位聲波接收裝置，具備360度全向聲波接收能力，并通過(guò)集成的信號(hào)處理芯片實(shí)時(shí)分析接收到的聲波信號(hào)，gps定位模塊以±1米的精度確定浮標(biāo)位置，電源管理模塊采用高效太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，確保浮標(biāo)在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)中具備持續(xù)電力供應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊與聲吶浮標(biāo)的聲吶接收模塊直接連接，采集并處理浮標(biāo)周?chē)虻穆暡ǚ瓷湫盘?hào)，所述數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)部集成多通道信號(hào)分析芯片，支持多頻段聲波信號(hào)的同時(shí)采集與處理，最大采樣頻率為100khz，數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)部還配備有多維數(shù)據(jù)處理單元，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波、降噪。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述定位模塊通過(guò)結(jié)合gps定位與多浮標(biāo)之間的無(wú)線電測(cè)距技術(shù)，確定每個(gè)聲吶浮標(biāo)的精確三維位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述定位模塊使用基于三角測(cè)量法的多點(diǎn)定位算法，能夠在水下環(huán)境中實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)定位精度，定位模塊還包括自動(dòng)校準(zhǔn)功能，在多浮標(biāo)同時(shí)工作的情況下，通過(guò)實(shí)時(shí)更新相對(duì)位置數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化定位結(jié)果。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括浮標(biāo)調(diào)度單元和故障檢測(cè)單元，浮標(biāo)調(diào)度單元通過(guò)優(yōu)化算法，實(shí)時(shí)計(jì)算多浮標(biāo)在不同水域中的最佳分布位置，以確保聲吶探測(cè)的覆蓋范圍最大化，故障檢測(cè)單元采用自診斷技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)浮標(biāo)的工作狀態(tài)，判斷浮標(biāo)是否發(fā)生故障，若檢測(cè)到單個(gè)浮標(biāo)失效，故障檢測(cè)單元立即觸發(fā)備用浮標(biāo)投入工作，并通過(guò)浮標(biāo)調(diào)度單元重新分配任務(wù)，以保證數(shù)據(jù)采集任務(wù)的連續(xù)性和完整性。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及航空投放式聲吶浮標(biāo)定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括多個(gè)聲吶浮標(biāo)、投放裝置、定位模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊以及控制模塊，各模塊之間相互協(xié)同。本發(fā)明，解決了現(xiàn)有技術(shù)中浮標(biāo)投放精度不足的問(wèn)題，投放裝置不僅能夠在復(fù)雜氣象條件下通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)調(diào)整投放策略，還能夠結(jié)合浮標(biāo)的氣動(dòng)模型和重量，精確計(jì)算投放的角度與速度，確保了浮標(biāo)能夠準(zhǔn)確到達(dá)預(yù)定位置，無(wú)論是在海洋深處還是在強(qiáng)風(fēng)浪環(huán)境下，均能保證浮標(biāo)穩(wěn)定布設(shè)，為后續(xù)的聲吶定位和數(shù)據(jù)采集提供了可靠保障，多點(diǎn)協(xié)同定位大幅提高了水下目標(biāo)的探測(cè)精度。

技術(shù)研發(fā)人員：李斌,陳航,鄭琨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安瑞祥深?？萍加邢薰?br/>技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26