CN105759276B - 一种水下搜索定位探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下探测技术领域，涉及一种水下搜索定位的探测方法，具体包括设备安装、水下搜索、水下测距、角度测量和水下定位等步骤；其采用换能器实现对待测结构物或测点的距离测定，采用电子罗盘直接读取参数方式实现对待测结构物或测点的角度测定；该方法不仅能够适用于水下大范围内的物体、结构搜寻，而且对搜寻到的结构物或测点进行距离和角度的定位；其探测工艺原理简单，科学合理，测量精确度好，所用装置结构简单，移动方便，测定效果好，测定效率高，使用环境友好。

Description

一种水下搜索定位探测方法
技术领域：
本发明属于水下探测技术领域，具体涉及一种水下搜索定位的探测方法，采用单波束超声波测量方法测定距离参数，采用电子罗盘测定角度参数，实现对水下结构物或测点的搜索定位。
背景技术：
水下探测搜索技术是海洋观测技术的重要内容，也是海洋立体监测网的组成部分，其主要用于水声技术、水下电视和照相技术、潜水器和水下机器人技术等。目前潜水员在水下搜索探测、定位所采用的方法中，一方面是直接采取人工目视的方法进行搜索，并借用钢尺、皮尺等辅助设备进行定位，此种方法由于采用人眼识别因此能见度和准确度都存在局限性，特别是在污浊的水质环境下更是难以进行搜索；另一方面则采用水下视频器、潜水器、水下机器人等大中型高端设备，此类设备不仅结构复杂、体积庞大、成本高昂，而且均存在难以测量角度的技术难题，例如现有技术中的中国专利ZL201520304882.0公开的一种水下探测装置，中国专利ZL201410193989.2公开的一种水下探测器，中国专利ZL201510447965.X公开的一种摆动式水下探测装置及其显示方法，中国专利ZL201520215267.2公开的一种用于浅水探测的同步探测装置等，虽然解决了可直观查看水下情况、提高探测准确度等技术问题，但均无法实现对目标物的角度测量和确定；因此本发明研究设计一种用于水下搜索定位探测的方法，能够在污浊的水质环境下实现对物体的搜索探测，并根据距离参数和角度参数结合基础计算实现对待测结构物或测点的准确定位。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种水下搜索定位的探测方法，解决了目前各类水下探测设备不能实现角度测量计算的技术难题。
为了实现上述目的，本发明涉及的水下搜索定位探测方法在水下搜索定位探测装置中实现，其具体工艺包括以下步骤：
(1)设备安装：检查安装水下搜索定位探测装置中显示屏与换能器和电子罗盘的连接，由潜水员将安装有换能器和电子罗盘的底盘带入待测水域中，并将底盘固定安装在水下固定物上，对换能器和电子罗盘进行调平和旋转的预处理后，完成设备的调试与安装；
(2)水下搜索：潜水员通过操纵支架的旋转以控制换能器进行搜索，工作人员实时查看显示屏进行人为判断，当显示屏所显示的数值突然变大或变小时，工作人员通知潜水员通过位置锁定装置固定换能器的位置，读取电子罗盘的角度参数并结合显示屏上的距离参数计算出待测结构物或测点的坐标值，再通过对计算出的坐标值与理论坐标值相比较以判断是否为被搜索的待测结构物或测点，完成水下搜索；
(3)水下测距：潜水员将换能器对准待测结构物或测点，工作人员通过观看显示屏实时向潜水员发出相应指令使其在水下轻微调整换能器，当显示屏的数值稳定在一个最小值时，该最小值为待测结构物或测点的距离参数，实现水下测距；
(4)角度测量：潜水员通过位置锁定装置固定住支架后，直接读取电子罗盘的角度参数以完成角度测量；
(5)水下定位：根据步骤(2)中测定的坐标值得出是否为待测结构物或测点，根据步骤(3)中测定的距离参数和步骤(4)中测定的角度参数，再根据底盘的坐标值按照常规数学运算方法得出待测结构物或测点的准确位置，实现水下搜索定位。
进一步的，所述步骤(2)中换能器发射的超声波频率为200-2000kHz；步骤(3)中测距误差为±1cm；步骤(4)中测角误差为：水平误差0.3度，仰俯精度0.1度。
本发明涉及的水下搜索定位探测装置主体结构包括显示屏、换能器、电子罗盘、支架、位置锁定装置和底盘，显示屏通过电缆分别与换能器和电子罗盘电信息连接，用于显示路径值和角度值，换能器和电子罗盘通过可旋转调节结构的支架安装在底盘上，支架上设有位置锁定装置用于辅助角度测量；换能器发射单波束超声波至1公里以外并接收经待测结构物或测点反射回来的超声波，通过计算超声波的传播时间和传播速度得出待测结构物或测点的距离；通过直接读取电子罗盘上的角度数得出待测结构物或测点的角度。
本发明与现有技术相比，采用换能器实现对待测结构物或测点的距离测定，由于换能器发射的单波束超声波存在一定角度即在远处形成一个圆面，非镜面情况下只要在这个圆形面范围内存在物体或结构，超声波反射回来的路径最小值就会在显示屏上显示出来；采用电子罗盘直接读取参数方式实现对待测结构物或测点的角度测定；该方法不仅能够适用于水下大范围内的物体、结构搜寻，而且对搜寻到的结构物或测点进行距离和角度的定位；其探测工艺原理简单，科学合理，测量精确度好，所用装置结构简单，移动方便，测定效果好，测定效率高，使用环境友好。
附图说明：
图1为本发明的水下搜索定位探测方法的流程示意图。
图2为本发明涉及的水下搜索定位探测装置的主体结构原理示意图。
图3为本发明涉及的水下搜索定位探测装置的底座结构原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于以下实施方式。
实施例：
本实施例涉及的水下搜索定位探测方法在水下搜索定位探测装置中实现，其具体工艺包括以下步骤：
(1)设备安装：检查安装水下搜索定位探测装置中显示屏1与换能器2和电子罗盘3的连接，由潜水员将安装有换能器2和电子罗盘3的底盘6带入待测水域中，并将底盘6固定安装在水下固定物上，对换能器2和电子罗盘3进行调平和旋转的预处理后，完成设备的调试与安装；
(2)水下搜索：潜水员通过操纵支架4的旋转以控制换能器2进行搜索，工作人员实时查看显示屏1进行人为判断，当显示屏1所显示的数值突然变大或变小时，工作人员通知潜水员通过位置锁定装置5固定换能器2的位置，读取电子罗盘3的角度参数并结合显示屏1上的距离参数计算出待测结构物或测点的坐标值，再通过对计算出的坐标值与理论坐标值相比较以判断是否为被搜索的待测结构物或测点，完成水下搜索；
(3)水下测距：潜水员将换能器2对准待测结构物或测点，工作人员通过观看显示屏1实时向潜水员发出相应指令使其在水下轻微调整换能器2，当显示屏1的数值稳定在一个最小值时，该最小值为待测结构物或测点的距离参数，实现水下测距；
(4)角度测量：潜水员通过位置锁定装置5固定住支架4后，直接读取电子罗盘3的角度参数以完成角度测量；
(5)水下定位：根据步骤(2)中测定的坐标值得出是否为待测结构物或测点，根据步骤(3)中测定的距离参数和步骤(4)中测定的角度参数，再根据底盘6的坐标值按照常规数学运算方法得出待测结构物或测点的准确位置，实现水下搜索定位。
本实施例的步骤(1)中若待测水域不方便潜水员抵达，则选用ROV水下机器人、特制轨道和/或机械***配合完成设备安装；步骤(2)中换能器1发射的超声波频率为200-2000kHz；步骤(3)中测距误差为±1cm；步骤(4)中测角误差为：水平误差0.3度，仰俯精度0.1度。
本实施例中所使用的水下搜索定位探测装置主体结构包括显示屏1、换能器2、电子罗盘3、支架4、位置锁定装置5和底盘6，显示屏1通过电缆分别与换能器2和电子罗盘3电信息连接，用于显示路径值和角度值，换能器2和电子罗盘3通过可旋转调节结构的支架4安装在底盘6上，支架4上设有位置锁定装置5用于辅助角度测量；换能器2发射单波束超声波至大于1公里外并接收经待测结构物或测点反射回来的超声波，通过计算超声波的传播时间和传播速度得出待测结构物或测点的距离；通过直接读取电子罗盘3上的角度数得出待测结构物或测点的角度。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所述内容所作的等效变化，皆应纳入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种水下搜索定位探测方法，其特征在于具体工艺包括以下步骤：
(1)设备安装：检查安装水下搜索定位探测装置中显示屏与换能器和电子罗盘的连接，由潜水员将安装有换能器和电子罗盘的底盘带入待测水域中，并将底盘固定安装在水下固定物上，对换能器和电子罗盘进行调平和旋转的预处理后，完成设备的调试与安装；
(2)水下搜索：潜水员通过操纵支架的旋转以控制换能器进行搜索，工作人员实时查看显示屏进行人为判断，当显示屏所显示的数值突然变大或变小时，工作人员通知潜水员通过位置锁定装置固定换能器的位置，读取电子罗盘的角度参数并结合显示屏上的距离参数计算出待测结构物或测点的坐标值，再通过对计算出的坐标值与理论坐标值相比较以判断是否为被搜索的待测结构物或测点，完成水下搜索；
(3)水下测距：潜水员将换能器对准待测结构物或测点，工作人员通过观看显示屏实时向潜水员发出相应指令使其在水下轻微调整换能器，当显示屏的数值稳定在一个最小值时，该最小值为待测结构物或测点的距离参数，实现水下测距；
(4)角度测量：潜水员通过位置锁定装置固定住支架后，直接读取电子罗盘的角度参数以完成角度测量；
(5)水下定位：根据步骤(2)中测定的坐标值得出是否为待测结构物或测点，根据步骤(3)中测定的距离参数和步骤(4)中测定的角度参数，再根据底盘的坐标值按照常规数学运算方法得出待测结构物或测点的准确位置，实现水下搜索定位。
2.根据权利要求1所述的水下搜索定位探测方法，其特征在于步骤(2)中换能器发射的超声波频率为200-2000kHz；步骤(3)中测距误差为±1cm；步骤(4)中测角误差为：水平误差0.3度，仰俯精度0.1度。
3.根据权利要求1所述的水下搜索定位探测方法，其特征在于所述水下搜索定位探测装置主体结构包括显示屏、换能器、电子罗盘、支架、位置锁定装置和底盘，显示屏通过电缆分别与换能器和电子罗盘电信息连接，用于显示路径值和角度值，换能器和电子罗盘通过可旋转调节结构的支架安装在底盘上，支架上设有位置锁定装置用于辅助角度测量；换能器发射单波束超声波至1公里以外并接收经待测结构物或测点反射回来的超声波，通过计算超声波的传播时间和传播速度得出待测结构物或测点的距离；通过直接读取电子罗盘上的角度数得出待测结构物或测点的角度。
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