声呐生命定位装置及声呐定位方法与流程

本发明是在船事故中可以确认幸存者位置的定位装置及声呐定位方法。

背景技术：

目前，在翻船事故中，船舱内的幸存人员通过呼喊和敲击向外界发出求救信号，而传统方法是通过贴近船壳聆听和听诊器接收这种求救信号，从而来确认幸存者的位置。显而易见，这种搜救方式存在很大的缺点，其一不能快速的定位，而在事故中，时间无疑是宝贵的；其二是不能精准的定位，给搜救工作增加难度。

技术实现要素：

为了克服传统搜救方法定位难，不能快速的实施搜救措施的缺点，本发明设计了一种声呐生命定位装置及声呐定位方法，能快速有效的对生命求援位置定位，确认幸存者的位置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种声呐生命定位装置，其特征在于：它包括用于设置在翻船外壳上的至少3个探测器，每个探测器包括一个被动声呐；被动声呐的输出端分别与数据处理器连接；数据处理器用于根据探测器坐标及被动声呐接收到生命求援信号的时间差，利用几何算法获得生命求援位置坐标。

按上述方案，所述的每个探测器包括壳体，所述的被动声呐设置在壳体内，壳体上设有用于吸附在翻船外壳的吸盘，壳体外设有减震结构。

按上述方案，每个探测器中还包括用于探测器之间发射信号的声呐信号发射装置。

利用上述声呐生命定位装置实现的声呐生命定位方法，其特征在于：所述的探测器包括S0、S1和S2共3个，每个探测器上都有一个时钟，时钟时间都相同，，且具有一个向其它探测器发射一种可为其它探测器接收和识别的声呐信号的声呐信号发射装置，从S0在t0时间发射一个声呐信号到S1在t1时间接收此信号得到时间差Δt，从而得到S0到S1的距离，同理得到S0到S2的距离与S1到S2的距离，以此来构建坐标系S0(x0,y0)＝(0,0)，S1(x1,y1)，S2(x2,y2)，声波在介质中传播速度是C，均已知；设生命求援位置坐标S(x,y)；

通过探测器测量到生命求援信号，计算S0与S1、S0与S2接收到生命求援信号的时差分别是Δt1、Δt2，利用任意三角形算法，得到生命求援位置坐标S(x,y)。

按上述方法，所述的探测器还包括S3，S3的坐标确立的方位：从S0在t0时间发射声呐信号到S3在t3时间接收此声呐信号得到时间差Δt3，从而得到S0到S3的距离，同理得到S1到S3的距离，以此来确定S3的坐标为(x3,y3)；计算S0与S3接收到生命求援信号的时差是Δt3；设声波传播速度的范围(C-ΔC，C+ΔC)，给定速度步长δ，每种速度C+nδ，均由任意三角形算法得到一个生命求援位置坐标(xn，yn)，n＝±1，±2，…且满足nδ≤ΔC；在这些侯选位置中，根据以下公式选取其中一个候选位置作为最佳生命求援位置坐标，认定为真实生命求援位置S真：

按上述方法，所述的探测器发射的声呐信号的波形为锯齿波、方波或正弦波中的一种。

本发明的有益效果为：

1、本发明装置和方法利用声音传输的时间差，进行几何计算对生命求援位置定位，从而快速有效的对生命求援位置定位，确认幸存者的位置，装置结构简单，直接吸附在翻船壳体上即可，便于操作和探测；方法简单，处理时间短。

2、选用任意三角形算法为基础，再利用一个探测器的采集数据，并补入声波传播速度的变化，对任意三角形算法进行修正，提高定位精度。

3、首先探测器之间通过声呐信号发射装置获得探测器之间的距离，再进行生命求援位置坐标的探测，免去了探测器之间距离的测量，更加便捷。

附图说明

图1为本发明一实施例的整体结构框图。

图2为探测器的结构示意图。

图3为生命求援位置计算坐标图。

图中：1-探测器，2-翻船外壳，3-数据处理器，1-1-壳体，1-2-被动声呐，1-3-吸盘，1-4-减震结构，1-5-声呐信号发射装置。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步说明。

本发明提供一种声呐生命定位装置，如图1和图2所示，它包括用于设置在翻船外壳2上的至少3个探测器1，每个探测器1包括一个被动声呐1-2；被动声呐1-2的输出端分别与数据处理器3连接；数据处理器3用于根据探测器坐标及被动声呐1-2接收到生命求援信号的时间差，利用几何算法获得生命求援位置坐标。

本实施例中，所述的每个探测器包括壳体1-1，所述的被动声呐1-2设置在壳体1-1内，壳体1-1上设有用于吸附在翻船外壳2的吸盘1-3，壳体1-1外设有减震结构1-4。

优选的，每个探测器1中还包括用于探测器1之间发射信号的声呐信号发射装置1-5。这样，就可以根据声呐信号发射装置1-5来确定探测器1之间的距离，无需在固定好探测器1后对探测器之间的距离进行测量，尤其适用于翻船外壳形状不规则、或者翻船外壳受环境影响不够平稳等原因下探测器1之间的距离测量困难时。

可以根据翻船的长短和面积，在翻船外壳2上设置几组本装置。

利用上述一种声呐生命定位装置实现的声呐生命定位方法，所述的探测器包括S0、S1和S2共3个，3个探测器吸附在翻船外壳任意的三个点上，探测器上都有一个时钟，时钟时间都相同，且具有一个向其它探测器发射一种可为其它探测器接收和识别的声呐信号的声呐信号发射装置1-5，发射的声呐信号的波形可以为锯齿波、方波或正弦波等。首先利用声呐信号发射装置1-5，从S0在t0时间发射一个信号到S1在t1时间接收此信号得到时间差Δt，从而得到S0到S1的距离，同理得到S0到S2的距离与S1到S2的距离，以此来构建坐标系S0(x0,y0)＝(0,0)，S1(x1,y1)，S2(x2,y2)，声波传播速度是C，均已知；设生命求援位置坐标S(x,y)；通过探测器测量到生命求援信号，计算S0与S1、S0与S2接收到生命求援信号的时差分别是Δt1、Δt2，利用任意三角形算法，得到生命求援位置坐标S(x,y)。

如图3所示，令Δ1＝CΔt1，Δ2＝CΔt2，

A＝x2(x1²+y1²-Δ1²)-x1(x2²+y2²-Δ2²)，

B＝y2(x1²+y1²-Δ1²)-y1(x2²+y2²-Δ2²)，

D＝Δ1(x2²+y2²-Δ2²)-Δ2(x1²+y1²-Δ1²)，

Φ＝tg^-1B/A，

这时生命求援位置由极坐标(r，θ)的形式给出：

ABDΦ是计算过程中简化代替，r为生命求援位置与S0之间的距离，θ为r和S0与S1之间距离的夹角，如图3所示。

优选的，所述的探测器还包括S3，坐标为S3(x3,y3)，计算S0与S3接收到生命求援信号的时差是Δt3；设声波传播速度的范围(C-ΔC，C+ΔC)，给定速度步长δ，每种速度C+nδ，均由任意三角形算法得到一个生命求援坐标(xn，yn)，n＝±1，±2，…且满足nδ≤ΔC；在这些侯选位置中，根据以下公式选取其中一个候选位置作为最佳生命求援位置坐标，认定为真实生命求援位置S真：

由此，不仅可以确定最佳的生命求援位置，而且可以获得信号的传播速度解。