一种多普勒测速器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多普勒测速器，包括用于产生足够功率的定波长电信号的发射机模块、由压电陶瓷元件组成的用于接收海底漫发射或体积混响返回的回波并将声能转化为电信号的换能器模块、用于放大接收到的回波信号、检出各波束的频率的接收机模块、输出速度信息的信号处理机模块、用于数据滤波的滤波模块、用于负责系统参数信息的显示的显示器模块、用于速度误差补偿的罗经速度补偿变换器模块、陀螺罗经模块、GPS模块、报警模块。本发明通过测量该对脉冲信号的回波脉冲时间间隔变化来解算相对流速，高速航行时，采取相位预调整补偿法解决速度模糊问题，并采用GPS辅助测速，与现有的计程仪相比较具有更高的探测深度和测量精度。
【专利说明】一种多普勒测速器
【技术领域】
[0001] 本发明属于水下作业设备领域，尤其涉及一种多普勒测速器。
【背景技术】
[0002] 目前水下运载器的作业海区越来越广，航行速度越来越高，因此只有大深度、高航 速的多普勒测速器才能满足当前水下运载器的需求。国内目前尚无此类声多普勒测速器， 引进的美国RD公司的30kHZ声多普勒测速器，实际探测深度不到20m，且国外对大深度多普 勒测速器的引进非常敏感，实行技术封锁，因此国内必须自主研发高精度、大深度、高航速 多普勒测速器，为提高水下运载器的智能控制和导航定位精度等方面解决关键技术。因此 高精度多普勒测速器的成功开发不仅可以国产仪器替代进口仪器，还可以满足大深度、高 航速下精确测速的需求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种多普勒测速器，旨在解决现有的水下用多普勒测速器 的性能还不能满足大深度、高航速的水下运载器的需求的问题。
[0004] 本发明是这样实现的，一种多普勒测速器包括发射机模块、换能器模块、接收机模 块、信号处理机模块、显示器模块、罗经速度补偿变换器模块、陀螺罗经模块。
[0005] 用于产生足够功率的定波长电信号，并触发发射换能器模块发射超声波的发射机 模块；
[0006] 与发射机模块相连接，由压电陶瓷元件组成的用于接收海底漫发射或体积混响返 回的回波并将声能转化为电信号送给接收机模块预处理的换能器模块；
[0007] 与换能器模块相连接，用于放大接收到的回波信号，检出各波束的频率，并保持输 出电压的稳定性的接收机模块；
[0008] 与接收机模块相连接，利用检出频率计算各向多普勒频移，结合陀螺罗经的航向 信息，进行坐标变换，输出速度信息的信号处理机模块；
[0009] 与信号处理机模块相连接，用于滤除因为海底大型鱼类或者其他海洋物体遮挡超 声波而导致信号处理机模块输出的错误速度信息的滤波模块；
[0010] 与信号处理机模块相连接，用于利用GPS卫星辅助测量速度，并反馈给信号处理 机模块进行测速参考的GPS模块；
[0011] 与滤波模块相连接，用于负责航速、深度、故障和系统参数等信息的显示的显示器 模块；
[0012] 与滤波模块相连接，用于提示诸如系统故障、速度过快等报警信息的报警模块；
[0013] 与滤波模块相连接，用于速度误差补偿的罗经速度补偿变换器模块；
[0014] 与罗经速度补偿变换器模块和信号处理机模块相连接，用于提供精确的航向数 据，以确定地理坐标系方向基准的陀螺罗经模块。
[0015] 进一步，所述的发射机模块的发射信号为一对宽带编码脉冲信号，通过测量该对 脉冲信号的回波脉冲时间间隔变化来解算相对流速。设多普勒测速器向四个方向同时发射 一对宽带脉冲信号，该对脉冲信号的时间间隔为、t2、t3、t4分别为南、北、东、西四个波 束上的回波脉冲对的时间间隔。则载体相对于海底的速度在南北方向上的分量1?为：
[0016]
【权利要求】
1. 一种多普勒测速器，其特征在于，所述的多普勒测速器包括发射机模块、换能器模 块、接收机模块、信号处理机模块、滤波模块、GPS模块、显示器模块、报警模块、罗经速度补 偿变换器模块、陀螺罗经模块； 用于产生足够功率的定波长电信号，并触发发射换能器模块发射超声波的发射机模 块； 与发射机模块相连接，由压电陶瓷元件组成的用于接收海底漫发射或体积混响返回的 回波并将声能转化为电信号送给接收机模块预处理的换能器模块； 与换能器模块相连接，用于放大接收到的回波信号，检出各波束的频率，并保持输出电 压的稳定性的接收机模块； 与接收机模块相连接，利用检出频率计算各向多普勒频移，结合陀螺罗经的航向信息， 进行坐标变换，输出速度信息的信号处理机模块； 与信号处理机模块相连接，用于滤除因为海底大型鱼类或者其他海洋物体遮挡超声波 而导致信号处理机模块输出的错误速度信息的滤波模块； 与信号处理机模块相连接，用于利用GPS卫星辅助测量速度，并反馈给信号处理机模 块进行测速参考的GPS模块； 与滤波模块相连接，用于负责航速、深度、故障和系统参数等信息的显示的显示器模 块； 与滤波模块相连接，用于提示诸如系统故障、速度过快等报警信息的报警模块； 与滤波模块相连接，用于速度误差补偿的罗经速度补偿变换器模块； 与罗经速度补偿变换器模块和信号处理机模块相连接，用于提供精确的航向数据，以 确定地理坐标系方向基准的陀螺罗经模块。
2. 如权利要求1所述的多普勒测速器，其特征在于，所述的发射机模块的发射信号为 一对宽带编码脉冲信号，通过测量该对脉冲信号的回波脉冲时间间隔变化来解算相对流 速，设多普勒测速器向四个方向同时发射一对宽带脉冲信号，该对脉冲信号的时间间隔为 V V t2、t3、t4分别为南、北、东、西四个波束上的回波脉冲对的时间间隔，则载体相对于海 底的速度在南北方向上的分量11 ;)1;为： u*= (t2_ti) Xc/(4t〇Xsin(C>)) (1) 在东西方向上的分量11$为： u东=(t3_t4) X e/(4t〇X sin (Φ)) (2) 上式中脉冲信号的时间间隔为一个编码信号周期，相位角Φ为周期函数，测出h、t2、 t3、t4，进行相对流速的计算即可。
3. 如权利要求1所述的多普勒测速器，其特征在于，在高速航行时，采取相位预调整补 偿法解决速度模糊问题。
4. 如权利要求1所述的多普勒测速器，其特征在于，所述的GPS模块用于利用GPS卫星 进行辅助测速，并将辅助测速数据传给信号处理机模块进行参考和修正。
5. 如权利要求1所述的多普勒测速器，其特征在于，所述的报警模块用于提示诸如系 统故障、速度过快等报警信息，可以发出声音和LED闪烁进行报警提示。
6. 如权利要求1所述的多普勒测速器，其特征在于，所述的滤波模块能够滤除因为海 底大型鱼类或者其他海洋物体遮挡超声波而导致信号处理机模块输出的错误速度信息。
【文档编号】G01P5/24GK104111349SQ201410331953
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】陈正红 申请人:陈正红