CN109143149A - 一种基于水下信标阵列的快速定位装置及方法 - Google Patents

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朱明�
潘进豪
马艳华
李丁义
覃振权
王雷
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/70—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using electromagnetic waves other than radio waves

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Abstract

本发明提供了一种基于水下信标阵列的快速定位装置及方法，所述装置包括由多个水下信标Ai组成的阵列和可以负载于多种水下漫游器的感光定位设备。所述水下信标Ai内置有LED灯组和微控制器，所述水下信标内置的LED灯组可以通过微处理器发出不同色光，色光的设定根据水下信标的放置位置，感光定位设备内置有微处理器和感光传感器，感光定位设备通过感光传感器将接收到水下信标的光信号转化为数字信号，经微处理器处理通过串口发送到漫游器，漫游器从而得到自身的水下具***置。当漫游器运动到水下信标Ai附近时，其负载的感光定位设备接收到水下信标阵列某个的LED灯光，从而快速得到漫游器的水下位置。

Description

一种基于水下信标阵列的快速定位装置及方法
技术领域
本发明属于水下定位技术领域，特别是一种基于水下信标阵列的定位的装置及方法。
背景技术
随着海洋开发的进一步发展，企业利用水下机器人进行海洋水下探测越来越频繁，在水下工作时一般需要知道水下漫游器的相对位置。由于海水含有大量离子和杂质，卫星定位***是无效的，使用陀螺仪和加速器的无助惯性导航***只能粗略定位。目前主流的水下定位方法主要是采用声呐定位和激光定位，声波是纵波在水下传播比较稳定，但其传播速度相对较慢，在中长距定位时会出现滞后性，无法正确反映漫游器当时的位置，激光定位成本昂贵，且需要漫游器携带提供足够大功率的能源和接收器，极大影响漫游器的性能。
发明内容
为解决技术背景中的问题，本发明提供一种基于水下信标阵列的快速定位装置及方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案：
一种基于水下信标阵列的快速定位装置，主要由多个水下信标Ai组成的阵列1和可负载于多种水下漫游器17的感光定位设备2组成；
所述的水下信标Ai主要由LED灯组3、微控制器4和空心球环型钢化玻璃外壳7组成；所述的空心球环型钢化玻璃外壳7一方面抵抗水下压强，另一方面透光性能好，且由水下信标Ai中心发出的光线从每个角度都能垂直从空心球环型钢化玻璃外壳7的切面射出，而不发生折射；所述的空心球环型钢化玻璃外壳7中间为一条贯通的圆柱通道8，圆柱通道8所在位置对应的空心球环型钢化玻璃外壳7的外壁上设有胶垫9，用于增加摩擦；所述的空心球环型钢化玻璃外壳7上设有螺丝口11，过螺丝口11将空心球环型钢化玻璃外壳7通过螺丝固定于穿过圆柱通道8的支架上；所述的空心球环型钢化玻璃外壳7外壁上有一个ISP接口10，用于程序下载；
所述的感光定位设备2主要由纺锤型钢制双层容器12、感光传感器6和微处理器5组成；所述的纺锤型钢制双层容器12两层之间是凝胶垫13，用于减缓碰撞给感光定位设备2内部带来的伤害，所述的纺锤型钢制双层容器12底部有URAT接口14；
所述LED灯组3由微控制器4产生的PWM波进行控制，从而产生多种色光；所述的LED灯组3为大功率LED灯组，围绕圆柱通道8中间对应位置的空心球环型钢化玻璃外壳7的内壁布置一圈，使水下信标Ai从各个方面发出信号灯光；
所述的微控制器4固定于圆柱通道8下侧对应位置的空心球环型钢化玻璃外壳7的内壁，能产生PWM波对LED灯组3进行调节；
所述的感光传感器6使用COMS图像传感器，镶嵌在纺锤型钢制双层容器12水平放置的前头，COMS图形传感器为低功耗且精度较高的感光仪器，能够进行广角监测。
本发明的有益效果：通过水下信标阵列进行定位，防止信息传递距离过长导致所需定位目标的位置偏差和滞后性，所需定位目标靠近某个水下信标便可快速得到所处位置信息，极大提高定位的准确性和速度，并且感光定位设备个安装于各种所需定位目标，对所需定位目标移动、工作影响极小。
附图说明
图1a为单个水下信标Ai的主视图；
图1b为单个水下信标Ai的仰视图；
图2为感光定位设备的仰视图；
图3为本发明的具体实施过程；a为装置俯视图；b，c为装置正视图；
图中：1多个水下信标Ai组成的阵列；2感光定位设备；3LED灯组；4微控制器；5微处理器；6感光传感器；7空心球环型钢化玻璃外壳；8圆柱通道；9胶垫；10ISP接口；11螺丝口；12纺锤型钢制双层容器；13凝胶垫；14UART接口；15LED灯光范围；16水面；17水下漫游器。
具体实施方式
以下结合技术方案和说明书附图，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种基于水下信标阵列的快速定位方法，步骤如下：
首先对要进行勘探水域的水质进行评估，用来确定设置信标间的距离，本发明使用的大功率LED组在清澈的海水中使用蓝光或绿光能传播10-20m，在相对浑浊的海水中能传播2-3m。按照实际项目需求水下信标阵列规模，本实例以3*3*3的水下信标阵列进行说明，明白项目所需信标数量后通过水下信标Ai的ISP接口10下载程序来调节产生不同PWM波，在PWM波的作用下LED灯组3显示出特定色光，不同水下信标Ai的LED灯组3产生特定色光或特定多种色光，同时更改微处理器5的识别程序，用来识别之前设定好的不同水下信标Ai的LED灯组3发出的光所代表的位置信息，然后将感光定位设备2固定在水下漫游器17上，并且连接UART接口14进行通讯。
如图3的a，b所示，将设定好的水下信标Ai通过重物使其悬浮在海里的固定位置。负载感光定位设备2的水下漫游器17在水下信标阵列1中运动。如图3的c当水下漫游器17运动到水下信标阵列1的某个水下信标Ai的LED灯光范围15内时，感光定位设备2的感光传感器6分析出所接收到的光种，发到微处理器5进行处理得到所在位置信息，处理得到所在位置信息完成后通过UART接口14将数据发送到水下漫游器17的内部处理器，从而进行动作。水下漫游器17可以通过电线或无线信号将位置传送到水面控制室，也可以在水下漫游器17预先设定命令使水下漫游器17到达某个位置后进行相应操作。

Claims (2)

1.一种基于水下信标阵列的快速定位装置，其特征在于，所述的基于水下信标阵列的快速定位装置主要由多个水下信标Ai组成的阵列(1)和可负载于多种水下漫游器17的感光定位设备(2)组成；
所述的水下信标Ai主要由LED灯组(3)、微控制器(4)和空心球环型钢化玻璃外壳(7)组成；所述的空心球环型钢化玻璃外壳(7)一方面抵抗水下压强，另一方面透光性能好，且由水下信标Ai中心发出的光线从每个角度都能垂直从空心球环型钢化玻璃外壳(7)的切面射出，且不发生折射；所述的空心球环型钢化玻璃外壳(7)中间为一条贯通的圆柱通道(8)，圆柱通道(8)所在位置对应的空心球环型钢化玻璃外壳(7)的外壁上设有胶垫(9)，用于增加摩擦；所述的空心球环型钢化玻璃外壳(7)上设有螺丝口11，过螺丝口11将空心球环型钢化玻璃外壳(7)通过螺丝固定于穿过圆柱通道(8)的支架上；所述的空心球环型钢化玻璃外壳(7)外壁上有一个ISP接口10，用于程序下载；
所述的LED灯组(3)由微控制器(4)产生的PWM波进行控制，从而产生多种色光；所述的LED灯组(3)围绕圆柱通道(8)中间对应位置的空心球环型钢化玻璃外壳(7)的内壁布置一圈，使水下信标Ai从各面发出信号灯光；
所述的微控制器(4)固定于圆柱通道(8)下侧对应位置的空心球环型钢化玻璃外壳(7)的内壁，其产生PWM波对LED灯组(3)进行调节；
所述的感光定位设备(2)主要由纺锤型钢制双层容器(12)、感光传感器(6)和微处理器(5)组成；所述的纺锤型钢制双层容器(12)两层之间是凝胶垫(13)，用于减缓碰撞给感光定位设备(2)内部带来的伤害，所述的纺锤型钢制双层容器(12)底部有URAT接口(14)；
所述的感光传感器(6)使用COMS图像传感器，镶嵌在纺锤型钢制双层容器(12)水平放置的前头，COMS图形传感器为低功耗且精度较高的感光仪器，能够进行广角监测。
2.一种基于水下信标阵列的快速定位方法，其特征在于，步骤如下：
(1)首先，确定水下信标Ai组成的阵列(1)，通过水下信标Ai的ISP接口(10)下载程序来调节微控制器(4)产生不同PWM波，在PWM波的作用下LED灯组(3)显示出特定色光，不同水下信标Ai的LED灯组(3)产生特定色光或特定多种色光，同时更改微处理器(5)的识别程序，用来识别设定好的不同水下信标Ai的LED灯组(3)发出的光所代表的位置信息，然后将感光定位设备(2)固定在水下漫游器(17)上，并且连接UART接口(14)进行通讯；
(2)将设定好的水下信标(Ai)通过重物使其悬浮在海里的固定位置；负载感光定位设备(2)的水下漫游器(17)在水下信标Ai组成的阵列(1)中运动；当水下漫游器(17)运动到水下信标Ai组成的阵列(1)的某个水下信标Ai的LED灯光范围(15)内时，感光定位设备(2)的感光传感器(6)分析出所接收到的光种，发到微处理器(5)进行处理得到所在位置信息，处理得到所在位置信息完成后，通过UART接口(14)将数据发送到水下漫游器17的内部处理器，从而进行动作；水下漫游器(17)通过电线或无线信号将位置传送到水面控制室，或在水下漫游器(17)预先设定命令使水下漫游器(17)到达某个位置后进行相应操作。
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