一種水準(zhǔn)式水下探測定位方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于水下搜索定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水準(zhǔn)式水下探測定位方法，具體包括設(shè)備安裝、水下搜索、水下測距、角度測量和水下定位等步驟，其通過距離測量模塊和角度測量模塊的配合以獲取待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的距離參數(shù)和角度參數(shù)，從而準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)定位探測；不僅能夠適用于水下大范圍內(nèi)的物體、結(jié)構(gòu)搜尋，而且對搜尋到的結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)進(jìn)行距離和角度的定位，準(zhǔn)確度、精度較高的同時(shí)操作簡便、成本節(jié)約；其探測工藝簡單，原理可靠，所用裝置結(jié)構(gòu)簡單，移動(dòng)方便，測定效果好，測定效率高，應(yīng)用環(huán)境友好。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

：本專利技術(shù)屬于水下搜索定位
，具體涉及一種水準(zhǔn)式水下探測定位方法，利用包括水準(zhǔn)器在內(nèi)的距離和角度測量儀器綜合配合，實(shí)現(xiàn)對水下物體或結(jié)構(gòu)的搜索定位。
技術(shù)介紹
：水下探測搜索技術(shù)是海洋觀測技術(shù)的重要內(nèi)容，也是海洋立體監(jiān)測網(wǎng)的組成部分，其主要用于水聲技術(shù)、水下電視和照相技術(shù)、潛水器和水下機(jī)器人技術(shù)等。目前潛水員在水下搜索探測、定位所采用的方法中，一方面是直接采取人工目視的方法進(jìn)行搜索，并借用鋼尺、皮尺等輔助設(shè)備進(jìn)行定位，此種方法由于采用人眼識(shí)別因此能見度和準(zhǔn)確度都存在局限性，特別是在污濁的水質(zhì)環(huán)境下更是難以進(jìn)行搜索；另一方面則采用水下視頻器、潛水器、水下機(jī)器人等大中型高端設(shè)備，此類設(shè)備不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高昂，而且均存在難以測量角度的技術(shù)難題，例如現(xiàn)有技術(shù)中的中國專利ZL201520304882.0公開的一種水下探測裝置，中國專利ZL201410193989.2公開的一種水下探測器，中國專利ZL201510447965.X公開的一種擺動(dòng)式水下探測裝置及其顯示方法，中國專利ZL201520215267.2公開的一種用于淺水探測的同步探測裝置等，雖然解決了可直觀查看水下情況、提高探測準(zhǔn)確度等技術(shù)問題，但均無法實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的角度測量和確定；因此本專利技術(shù)研究設(shè)計(jì)一種用于水下搜索定位的探測方法，能夠在污濁的水質(zhì)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對物體的搜索探測，并根據(jù)距離和角度的測量計(jì)算實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
：本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種水準(zhǔn)式水下探測定位方法，解決了目前各類水下探測設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)角度測量計(jì)算的技術(shù)難題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)涉及的水準(zhǔn)式水下探測定位方法在水下探測定位裝置中實(shí)現(xiàn)，其具體工藝包括以下步驟：(1)設(shè)備安裝：分別檢查安裝水下探測定位裝置的水上部分和水下部分，由潛水員將水下部分帶入待測水域中并將底盤固定安裝在水中固定物上，再分別對距離測量模塊和角度測量模塊中的儀器進(jìn)行安裝、調(diào)平和旋轉(zhuǎn)預(yù)處理，完成設(shè)備的調(diào)整與安裝。(2)水下搜索：潛水員通過操縱Ⅰ號支架旋轉(zhuǎn)以控制換能器進(jìn)行搜索，工作人員實(shí)時(shí)查看顯示屏進(jìn)行判斷，當(dāng)顯示屏所顯示的數(shù)值突然變大或變小時(shí)，工作人員通知潛水員固定換能器的位置，然后讀取方位的角度參數(shù)并結(jié)合顯示屏上的距離參數(shù)計(jì)算出待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的坐標(biāo)值，通過對計(jì)算出的坐標(biāo)值與理論坐標(biāo)值相比較以判斷是否為被搜索的待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)；(3)水下測距：潛水員將水下探測定位裝置的水下部分中換能器對準(zhǔn)待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)，工作人員通過觀看顯示屏實(shí)時(shí)向潛水員發(fā)出相應(yīng)指令使其在水下輕微調(diào)整換能器，當(dāng)顯示屏的數(shù)值穩(wěn)定在一個(gè)最小值時(shí)，該最小值為待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的距離參數(shù)；(4)角度測量：潛水員通過調(diào)整圓水準(zhǔn)器中的氣泡居中實(shí)現(xiàn)對水平刻度盤的調(diào)平，同時(shí)通過南北方向指針、位置鎖定裝置和微傾螺旋進(jìn)行輔助測量，然后采用水平刻度盤讀取與正北方向的夾角、采用傾角儀讀取與水平方向的夾角，以完成角度測量得到角度參數(shù)；(5)水下定位：根據(jù)步驟(2)中測定的坐標(biāo)值得出是否為待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)，根據(jù)步驟(3)中測定的距離參數(shù)和步驟(4)中測定的角度參數(shù)，再結(jié)合水下探測定位裝置自身的底盤的坐標(biāo)值，按照常規(guī)的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)運(yùn)算方法得出待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，實(shí)現(xiàn)水下待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的探測定位。進(jìn)一步的，所述步驟(2)中換能器發(fā)射的超聲波頻率為200-2000kHz；步驟(3)中測距誤差為±1cm±0.1％；步驟(4)中測角誤差為：方位角水平精度0.05度，仰俯精度0.005度。本專利技術(shù)涉及的水下探測定位裝置按功能分為水上部分和水下部分兩部分，水上部分為顯示模塊，水下部分包括距離測量模塊、角度測量模塊和支撐模塊，距離測量模塊和角度測量模塊通過支撐模塊連接固定，顯示模塊通過電纜分別與距離測量模塊和角度測量模塊連接；所述距離測量模塊主體結(jié)構(gòu)為換能器，其采用單波束超聲波測量方法，利用換能器發(fā)射單波束超聲波至遠(yuǎn)方，并接收經(jīng)待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)反射回來的超聲波，通過計(jì)算超聲波的傳播時(shí)間和傳播速度得出待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的距離；所述角度測量模塊主體結(jié)構(gòu)包括傾角儀、水平刻度盤、圓水準(zhǔn)器、南北方向指針和位置鎖定裝置，傾角儀通過支撐模塊中Ⅰ號支架安置于南北方向指針的中央上方，水平刻度盤通過支撐模塊中Ⅱ號支架安置于南北方向指針的下方，水平刻度盤上設(shè)置有圓水準(zhǔn)器用于調(diào)平，位置鎖定裝置用于鎖定調(diào)平后的傾角儀和水平刻度盤的位置，通過讀取水平刻度盤與南北方向指針正北方向的夾角，以及傾角儀與水平方向的夾角得出待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的角度；所述顯示模塊主體結(jié)構(gòu)為設(shè)置在陸地上的顯示屏，其通過電纜與換能器和傾角儀電連接，能夠顯示換能器發(fā)射出的超聲波經(jīng)待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)反射回來的路徑最小值以及傾角儀與水平方向的夾角讀數(shù)；所述支撐模塊主體結(jié)構(gòu)包括Ⅰ號支架、Ⅱ號支架、微傾螺旋和底盤，底盤上設(shè)置有三個(gè)固定結(jié)構(gòu)的Ⅱ號支架，底盤中央的Ⅱ號支架自下而上依次套接有水平刻度盤和南北方向指針，水平刻度盤通過底盤左右兩邊的Ⅱ號支架依托，每個(gè)Ⅱ號支架上設(shè)置有微傾螺旋用于調(diào)平，底盤中央的Ⅱ號支架頂端安裝有可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的Ⅰ號支架，用于支撐連接換能器和傾角儀。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，解決了在水渾、光線暗的條件下水下搜尋、定位的難題，通過距離測量模塊和角度測量模塊的配合以獲取待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的距離參數(shù)和角度參數(shù)，從而準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)定位探測；不僅能夠適用于水下大范圍內(nèi)的物體、結(jié)構(gòu)搜尋，而且對搜尋到的結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)進(jìn)行距離和角度的定位，準(zhǔn)確度、精度較高的同時(shí)操作簡便、成本節(jié)約；其探測工藝簡單，原理可靠，所用裝置結(jié)構(gòu)簡單，移動(dòng)方便，測定效果好，測定效率高，應(yīng)用環(huán)境友好。附圖說明：圖1為本專利技術(shù)涉及的水準(zhǔn)式水下探測定位方法的流程示意圖。圖2為本專利技術(shù)中涉及的水下探測定位裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3為本專利技術(shù)中涉及的水下探測定位裝置的水下部分的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施方式。實(shí)施例1：本實(shí)施例涉及的水準(zhǔn)式水下探測定位方法在水下探測定位裝置中實(shí)現(xiàn)，其具體工藝包括以下步驟：(1)設(shè)備安裝：分別檢查安裝水下探測定位裝置的水上部分和水下部分，由潛水員將水下部分帶入待測水域中并將底盤11固定安裝在水中固定物上，再分別對距離測量模塊和角度測量模塊中的儀器進(jìn)行安裝、調(diào)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水準(zhǔn)式水下探測定位方法，其特征在于具體工藝包括以下步驟：(1)設(shè)備安裝：分別檢查安裝水下探測定位裝置的水上部分和水下部分，由潛水員將水下部分帶入待測水域中并將底盤固定安裝在水中固定物上，再分別對距離測量模塊和角度測量模塊中的儀器進(jìn)行安裝、調(diào)平和旋轉(zhuǎn)預(yù)處理，完成設(shè)備的調(diào)整與安裝。(2)水下搜索：潛水員通過操縱Ⅰ號支架旋轉(zhuǎn)以控制換能器進(jìn)行搜索，工作人員實(shí)時(shí)查看顯示屏進(jìn)行判斷，當(dāng)顯示屏所顯示的數(shù)值突然變大或變小時(shí)，工作人員通知潛水員固定換能器的位置，然后讀取方位的角度參數(shù)并結(jié)合顯示屏上的距離參數(shù)計(jì)算出待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的坐標(biāo)值，通過對計(jì)算出的坐標(biāo)值與理論坐標(biāo)值相比較以判斷是否為被搜索的待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)；(3)水下測距：潛水員將水下探測定位裝置的水下部分中換能器對準(zhǔn)待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)，工作人員通過觀看顯示屏實(shí)時(shí)向潛水員發(fā)出相應(yīng)指令使其在水下輕微調(diào)整換能器，當(dāng)顯示屏的數(shù)值穩(wěn)定在一個(gè)最小值時(shí)，該最小值為待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的距離參數(shù)；(4)角度測量：潛水員通過調(diào)整圓水準(zhǔn)器中的氣泡居中實(shí)現(xiàn)對水平刻度盤的調(diào)平，同時(shí)通過南北方向指針、位置鎖定裝置和微傾螺旋進(jìn)行輔助測量，然后采用水平刻度盤讀取與正北方向的夾角、采用傾角儀讀取與水平方向的夾角，以完成角度測量得到角度參數(shù)；(5)水下定位：根據(jù)步驟(2)中測定的坐標(biāo)值得出是否為待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)，根據(jù)步驟(3)中測定的距離參數(shù)和步驟(4)中測定的角度參數(shù)，再結(jié)合水下探測定位裝置自身的底盤的坐標(biāo)值，按照常規(guī)的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)運(yùn)算方法得出待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，實(shí)現(xiàn)水下待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的探測定位。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水準(zhǔn)式水下探測定位方法，其特征在于具體工藝包括以
下步驟：
(1)設(shè)備安裝：分別檢查安裝水下探測定位裝置的水上部分和
水下部分，由潛水員將水下部分帶入待測水域中并將底盤固定安裝在
水中固定物上，再分別對距離測量模塊和角度測量模塊中的儀器進(jìn)行
安裝、調(diào)平和旋轉(zhuǎn)預(yù)處理，完成設(shè)備的調(diào)整與安裝。
(2)水下搜索：潛水員通過操縱Ⅰ號支架旋轉(zhuǎn)以控制換能器進(jìn)
行搜索，工作人員實(shí)時(shí)查看顯示屏進(jìn)行判斷，當(dāng)顯示屏所顯示的數(shù)值
突然變大或變小時(shí)，工作人員通知潛水員固定換能器的位置，然后讀
取方位的角度參數(shù)并結(jié)合顯示屏上的距離參數(shù)計(jì)算出待測結(jié)構(gòu)物或
測點(diǎn)的坐標(biāo)值，通過對計(jì)算出的坐標(biāo)值與理論坐標(biāo)值相比較以判斷是
否為被搜索的待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)；
(3)水下測距：潛水員將水下探測定位裝置的水下部分中換能
器對準(zhǔn)待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)，工作人員通過觀看顯示屏實(shí)時(shí)向潛水員發(fā)
出相應(yīng)指令使其在水下輕微調(diào)整換能器，當(dāng)顯示屏的數(shù)值穩(wěn)定在一個(gè)
最小值時(shí)，該最小值為待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的距離參數(shù)；
(4)角度測量：潛水員通過調(diào)整圓水準(zhǔn)器中的氣泡居中實(shí)現(xiàn)對
水平刻度盤的調(diào)平，同時(shí)通過南北方向指針、位置鎖定裝置和微傾螺
旋進(jìn)行輔助測量，然后采用水平刻度盤讀取與正北方向的夾角、采用
傾角儀讀取與水平方向的夾角，以完成角度測量得到角度參數(shù)；
(5)水下定位：根據(jù)步驟(2)中測定的坐標(biāo)值得出是否為待測
結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)，根據(jù)步驟(3)中測定的距離參數(shù)和步驟(4)中測定
的角度參數(shù)，再結(jié)合水下探測定位裝置自身的底盤的坐標(biāo)值，按照常
規(guī)的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)運(yùn)算方法得出待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，實(shí)現(xiàn)水下
待測結(jié)構(gòu)物或測點(diǎn)的探測定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水準(zhǔn)式水下探測定位方法，其特征在
于步驟(2)中換能器發(fā)射的超聲波頻率為200-2000kHz；步驟(3)
中測距誤差為...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于希萌，蔡冬，馬文靜，韓晨，邱悅，王曉琳，
申請(專利權(quán))人：青島海澄知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37