专利名称：一种基于gps系统实现水下定位的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种基于GPS系统实现水下定位的 方法及系统。
背景技术：
全球定位系统(Global Positioning System, GPS )对人们来说是再熟悉不过 的一个概念了，汽车、轮船、飞机等与定位和导航有关的交通工具，只要配备 GPS导航装置，就可以自由行驶要目的地。但是由于GPS采用的是无线电波，其 无法穿透到水下，即便是一毫米的水层也无法穿透，因此对于广阔的海洋、江 河、湖泊等区域，卫星定位技术无法不能得到直接使用而在以往的水下定位技术中，是采用雷达来探测声音，然后根据声音的延 迟计算水下目标的相对位置。由于不同水域的密度、深度、温度等都会对声音传播造成一定的影响，因此该方式在定位方面极易存在误差，不够精确。因此需要一种新的实现水下定位的方法，P争低误差，提高定位的准确性。发明内容本发明的目的在于提供一种实现水下定位的系统，旨在解决现有技术在水 下定位方面存在的准确性低的问题。本发明的目的还在于提供一种实现水下定位的方法，以更好地解决现有技 术中存在的上述问题。为了实现发明目的，所述系统包括控制中心，获取自身定位数据的GPS主机， 及与控制中心进行彰:据交互的水下接收^凡，所述系统还包括声纳装置；所述声纳装置与GPS主机相连，用于接收水下接收机发送的信号，并发送声 纳信号至GPS主机，由后者将其转发至控制中心；所述控制中心根据GPS主机获取的自身定位数据及声纳信号，进行数据融合 处理，得到水下目标的位置信息。优选地，所述GPS主机进一步包括GPS定位单元、数据处理单元、信息收发单元；所述GPS定位单元用于接收GPS卫星信号，获取自身定位数据并转发至数据 处理单元；所述数据处理单元用于^^艮据声纳信号计算水下目标相对位置，并将其与GPS 主机的自身定位数据一并送入信息收发单元；所述信息收发单元与数据处理单元进行数据交互，用于将数据处理单元处 理后的数据发送给控制中心。优选地，所述声纳装置与GPS主机通过硬件接口相连。为了更好地实现发明目的，所述方法包括以下步骤A. 水下接收机触动声纳装置发送声纳信号至GPS主机；B. GPS主机获取自身定位数据，根据声纳信号计算水下目标的相对位置，并 将所述自身定位凄t据及相对位置数据发送给控制中心；C. 控制中心对所述自身定位数据及相对位置数据进行数据融合处理，得到水 下目标在测量体系中的位置。优选地，所述方法是跟踪水下目标的方法，则步骤A进一步包括Al .水下接收机将控制中心发送的定位请求信号转发至声纳装置，触动声纳装置发送声纳信号至GPS主机。优选地，所述方法是对水下目标进行导航的方法，则步骤A进一步包括 Al，.水下接收机发送导航请求信号至控制中心，同时触动声纳装置发送声纳信号至GPS主机。优选地，所述步骤B中GPS主机根据声纳信号的时间延迟计算水下目标相对位置。优选地，所述步骤C中的数据融合处理是指根据所述自身定位数据及相对 位置数据，利用差分算法计算水下目标在测量体系中的位置。本发明通过GPS主机将获取的自身定位数据及根据声纳信号得到的相对位 置数据发送给控制中心，最后由控制中心进行数据融合处理，得到水下目标的 位置，提高了的定位的准确性。
图l是本发明中实现水下定位的系统结构图； 图2是本发明中实现水下定位的方法流程图；图3是本发明的一个实施例中跟踪水下目标的方法时序图；图4是本发明的另 一实施例中对水下目标进行导航的方法时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明通过将声纳装置与水上的GPS主机绑定，而水下接收机根据情况(跟 踪or导航)触动声纳装置发送声纳信号，由GPS主机将获取的"自身定位数据" 及根据声纳信号得到的"相对位置数据"发送给控制中心，最后由控制中心进 行数据融合处理，得到水下目标的精确位置。这种方式相对于传统的依靠声音 进行定位的方法而言，准确性得到了提高。图1示出了本发明中实现水下定位的系统结构，该系统包括控制中心100、 水下接收机200、声纳装置300和GPS主机400。应当说明的是，本发明所有图示 中各设备之间的连接关系是为了清楚阐释其信息交互及控制过程的需要，因此 应当视为逻辑上的连接关系，而不应仅限于物理连接。其中(1 )控制中心IOO与水下接收机200和GPS主机400分别进行数据交互，用于 接收GPS主机400发送的自身定位数据及所述水下目标相对位置，并进行数据融 合处理，从而得到水下目标在测量系统中的精确位置。(2)水下接收机200安装在水下目标上，其与控制中心100进行数据交互， 包括接收控制中心100发送的指令，例如在跟踪情况下，控制中心100向水下 目标主动发送的"定位请求信号"；上发信息给控制中心IOO,例如，在导航情 况下，水下接收机200发送"导航请求信号"至控制中心IOO。(3 )声纳装置300与GPS主机400连接，用于接收水下接收机200发送的信号， 并发送声纳信号给GPS主机400。(4) GPS主机400与声纳装置300进行数据交互，其位于水面上方，数量可 为多个，视具体情况而定。在一个实施例中，GPS主机400上具有外部硬件接口 ， 可以和声纳装置300直接相连。该GPS主机400可进一步包括GPS定位单元401 、 数据处理单元402、信息收发单元403,其中GPS定位单元401用于接收GPS卫 星信号，获取自身定位数据并转发至数据处理单元402;数据处理单元402用于根据声纳信号计算水下目标相对位置，并将其与GPS主机400的自身定位数据一 并送入信息收发单元403;信息收发单元403与数据处理单元402进行数据交互， 用于将数据处理单元处理后的数据发送给控制中心IOO。图2示出了本发明中实现水下定位的方法流程，该方法流程基于图……所示 的系统结构，具体过程如下在步骤S201中，水下接收机200触动声纳装置300发送声纳信号至GPS主机 400。上述步骤的启动有多种情况。在一个示例方案中，若对水下目标进行主动的跟踪定位，则该步骤的执行 过程是控制中心100发送的定位请求信号至水下接收机200,水下接收机200将 该定位请求信号转发至声纳装置300，从而触动声纳装置300发送声纳信号至GPS 主机400。在另一示例方案中，若对水下目标进行导航，则该步骤的执行过程是水 下接收机200发送导航请求信号至控制中心IOO，同时触动声纳装置300发送声纳 信号至GPS主机400。在步骤S202中，GPS主机400获取自身定位数据，根据声纳信号计算水下目 标的相对位置，并将所述自身定位数据及相对位置数据发送给控制中心100。在 一个示例方案中，该步骤的执行过程包括GPS主对几400利用其内部的GPS定位 单元401接收GPS卫星信号，并算出自身的经绰度以及海拔高度，实现自身的定 位；水上的多个GPS主机400分别在接收到水下目标发给声纳装置300的信号后， 将自身定位数据和声纳装置300接收到的信号发送到控制中心100。在步骤S203中，控制中心IOO对所述自身定位数据及相对位置数据进行数据 融合处理，得到水下目标在测量体系中的位置。在一个示例方案中，该步骤的 执行过程包括控制中心100接收到水上多个GPS主机400发过来的数据后，由于 水下接收机200发送的信号到达每个声纳装置300的时间不一样，因此根据差分 算法结合GPS主机400的自身定位数据，就可以算出水下目标的位置信息。图3示出了本发明的一个实施例，即在跟踪水下目标的情况下的定位过程， 包括1. 控制中心IOO发送"定位请求信号"至水下接收片几200。2. 水下接收机200转发该"定位请求信号"至声纳装置300。3. 声纳装置300发送声纳信号至GPS主机400。4. GPS主机400接收GPS卫星信号从而获取自身定位数据，并根据声纳信号 计算水下目标的相对位置。5. GPS主机400发送自身定位数据及水下目标相对位置数据至控制中心100。6. 控制中心100进行数据融合，得出水下目标的精确位置。图4是本发明的另一实施例，即在对水下目标进行导航的情况下的定位过 程，包括1 .水下接收机200发送导航请求信号至声纳装置300。2. 声纳装置300发送声纳信号至GPS主机400。3. GPS主机400接收GPS卫星信号从而获取自身定位数据，并根据声纳信号 计算水下目标的相对位置。4. GPS主机400发送自身定位数据及水下目标相对位置数据至控制中心IOO。5. 控制中心100进行数据融合，得出水下目标的精确位置。6. 控制中心100将精确位置发送给水下目标，从而实现导航。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1、一种基于GPS系统实现水下定位的系统，包括控制中心，获取自身定位数据的GPS主机，及与控制中心进行数据交互的水下接收机，其特征在于，所述系统还包括与GPS主机相连的声纳装置，用于发送声纳信号至GPS主机；所述GPS主机根据声纳信号计算水下目标相对位置，所述控制中心对GPS主机发送的自身定位数据及所述水下目标相对位置进行数据融合处理，得到水下目标的位置信息。
2、 根据权利要求1所述的基于GPS系统实现水下定位的系统，其特征在于， 所述GPS主机进一步包括GPS定位单元、数据处理单元、信息收发单元；所述GPS定位单元用于接收GPS卫星信号，获取自身定位数据并转发至数据 处理单元；所述数据处理单元用于根据声纳信号计算水下目标相对位置，并将其与GPS 主机的自身定位数据一并送入信息收发单元；所述信息收发单元与数据处理单元进行数据交互，用于将数据处理单元处 理后的数据发送给控制中心。
3、 根据权利要求1或2所述的基于GPS系统实现水下定位的系统，其特征在 于，所述声纳装置与GPS主机通过硬件接口相连。
4、 一种根据权利要求l所述系统实现水下定位的方法，其特征在于，所述 方法包括以下步骤A. 水下接收机触动声纳装置发送声纳信号至GPS主机；B. GPS主机获取自身定位数据，根据声纳信号计算水下目标的相对位置，并 将所述自身定位数据及相对位置数据发送给控制中心；C. 控制中心对所述自身定位数据及相对位置数据进行数据融合处理，得到 水下目标在测量体系中的位置。
5、 根据权利要求4所述的实现水下定位的方法，其特征在于，所述方法是 跟踪水下目标的方法，则步骤A进一步包括Al.水下接收机将控制中心发送的定位请求信号转发至声纳装置，触动声纳 装置发送声纳信号至GPS主机。
6、 根据权利要求4所述的实现水下定位的方法，其特征在于，所述方法是 对水下目标进行导航的方法，则步骤A进一步包括Al，.水下接收机发送导航请求信号至控制中心，同时触动声纳装置发送声纳信号至GPS主机。
7、 根据权利要求4至6中任一权利要求所述的实现水下定位的方法，其特征 在于，所述步骤B中GPS主机根据声纳信号的时间延迟计算水下目标相对位置。
8、 才艮据权利要求4至6中任一权利要求所述的实现水下定位的方法，其特征 在于，所述步骤C中的数据融合处理是指根据所述自身定位数据及相对位置数 据，利用差分算法计算水下目标在测量体系中的位置。
全文摘要
本发明涉及通信领域，提供了一种基于GPS系统实现水下定位的方法及系统。所述方法包括以下步骤A.水下接收机触动声纳装置发送声纳信号至GPS主机；B.GPS主机获取自身定位数据，根据声纳信号计算水下目标的相对位置，并将所述自身定位数据及相对位置数据发送给控制中心；C.控制中心对所述自身定位数据及相对位置数据进行数据融合处理，得到水下目标在测量体系中的位置。本发明通过GPS主机将获取的自身定位数据及根据声纳信号得到的相对位置数据发送给控制中心，最后由控制中心进行数据融合处理，得到水下目标的位置，提高了定位的准确性。
文档编号G01S15/00GK101246215SQ20081006575
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者冠 杨 申请人:深圳市赛格导航科技股份有限公司