声信标连续精确对时测距方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种声信标轨迹测量精确度的方法，属于水声工程和声呐信号处理领域，主要用于声信标运动过程中的轨迹测量装置。
【背景技术】
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[0002]水下同步信标轨迹和位置指示系统是水下作业重要辅助设备，通过该系统安装于水下平台上的声信标和单台吊放于水下的声信标测量装置的配合使用，可连续跟踪水下平台的运动过程，实时指示出位置，绘制其二维运动轨迹，并具备对静止平台长期的位置指示功能。目的在于改善对水下平台信息匮乏、入水后“两眼一抹黑”的现状，提高水下设备的安全性。
[0003]声信标安装于水下平台无遮挡位置处，入水前由手持式北斗/GPS时钟同步装置同步发射脉冲，并启动声信标信号源工作。产品入水后由声信标自带的压力传感器根据水压启动发射声脉冲信号，水深小于设定深度时，自动关闭声信号发射，以保护发射换能器不受损伤。
【发明内容】
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[0004]要解决的技术问题
[0005]对于水下是高速运动目标，若要实现连续准确定位，必须在其运动过程中能够尽量多的得到更多运动轨迹的样本空间，才能实现轨迹的连续稳定跟踪。
[0006]在大多数情况下，北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平可以有效稳定输出，但如果使用地区北斗/GPS信号不稳定，出现北斗/GPS时钟同步装置输出PPS同步电平不连续的状况。水下平台整个航程周期相对时间短，且运动速度高，如果在使用过程中出现PPS同步电平输出不连续的情况，会导致水下同步信标位置指示系统在测量水下运动平台轨迹时丢失多个周期数据，导致最后测量的运动轨迹不能真实反映出运动平台的实际运动轨迹，测量达不到预期效果。本发明正是针对这种情况，提出一种声信标连续精确对时测距方法，以解决北斗/GPS时钟同步装置输出PPS同步电平不连续情况下测量平台运动轨迹不完整的问题。
[0007]技术方案:
[0008]本发明的技术方案是一种声信标连续精确对时测距方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1、发送工作命令；
[0010]水下同步信标位置指示系统上电后，等待显控系统发送工作指令后开始正式工作；
[0011]在显控系统未发出的工作命令时继续步骤I ;
[0012]若系统上电后首次接收到工作命令进行步骤2 ;
[0013]若系统上电后非首次接收到工作命令进行步骤3 ；
[0014]步骤2、等待北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平；
[0015]该方法采用北斗/GPS时钟同步装置输出PPS同步电平作为两个不同地方使用的系统的统一时间标准，因此在开始周期工作前，北斗/GPS时钟同步装置至少有一次准确的PPS同步电平输出；
[0016]在未输出PPS同步电平时继续步骤2 ；
[0017]接收到输出PPS同步电平信号后进行步骤3 ；
[0018]步骤3、DSP时钟计数器清零；
[0019]由于水下同步信标轨迹和位置指示系统使用环境和条件未知，如果由于建筑遮挡或者天气等条件影响，会导致北斗/GPS时钟同步装置接收到的北斗/GPS信号不稳定，此时北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS脉冲信号将会出现不连续状况。如果在北斗/GPS信号不稳定的情况下，单独采用北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平信号作为水下同步信标轨迹和位置指示系统周期开始标志将会导致工作周期不连续的情况出现。
[0020]水下接收装置湿端采用DSP对接收信号进行处理，DSP中有自带的时钟系统，本方法利用DSP自带高精度时钟系统对信号接收周期计时，并与北斗/GPS时钟同步装置输出PPS同步电平实时同步后，保证了时钟系统周期计数的精度。将高精度的DSP时钟计数器作为周期开始标志的备用标志信号，从而保证了在北斗/GPS信号不稳定的情况下，水下同步信标轨迹和位置指示系统能够连续按照设定周期工作。
[0021]由于北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平是所有设备的时间基准，因此在DSP判断接收到PPS同步电平后，需要对DSP时钟计数器进行清零操作，并开始新的周期计数，确保DSP时钟计数的周期时间与北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平高度同步；
[0022]若DSP在计数周期完成时没收到PPS同步电平，则说明由于外界环境原因导致该周期北斗/GPS时钟同步装置接收到的北斗/GPS信号强度较弱而未能输出PPS同步电平，DSP时钟信号作为备用周期开始标志信号开始执行任务，此时DSP时钟计数器触发系统开始新周期工作，同时对时钟脉冲计数器进行清零操作，并开始新周期计时；
[0023]步骤4、AD周期数据采集
[0024]DSP在计数器清零后开始进行周期数据采集，接收在该同步接收周期内的水下信号，并对该周期AD数据进行检测。
[0025]步骤5、测量装置对声信标距离的计算
[0026]声信标在入水工作前通过北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平同步音标信号发射时刻，按照工作设定，声信标以固定的周期和脉宽发射音标信号。测量装置同样在开始工作前通过北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平同步触发采样，然后按照工作设定，通过一个周期内检测到音标信号的时刻t来计算目标距离L，计算公式为下式。
[0027]L = tXc
[0028]其中c为声速。
[0029]完成水下运动平台位置定位后开始等待下周期工作命令。
[0030]有益效果:
[0031]该方法在保持硬件不变的前提下，利用北斗/GPS时钟同步装置输出脉冲信号和DSP时钟计数器双重控制，并设定两个控制周期的优先级等条件，保证了北斗/GPS时钟同步装置输出定时脉冲信号的精度，实现了对水下运动平台的长时有效监控。对水下平台运动轨迹能保证有最大采样点数实现长时间内轨迹的曲线拟合。实现了在最差条件下，即北斗/GPS时钟同步装置接收北斗/GPS信号较弱导致输出时钟脉冲信号不连续的状态下、以及工作中暂停后又重新启动的状态，水下同步信标轨迹和位置指示系统能够稳定、连续工作。实现了在各种条件下，对水下运动平台长时间的精确、连续监控，有利于水下运动平台的长期安全工作。
【附图说明】
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[0032]图1是水下同步信标轨迹和位置指示系统组成示意图
[0033]图2是实施例中北斗/GPS时钟同步装置输出PPS同步电平周期示意图
[0034]图3是本发明提出的声信标连续精确对时测距方法流程图
【具体实施方式】
[0035]下面结合具体实施例描述本发明:
[0036]实施例:
[0037]步骤1、发送工作命令
[0038]水下同步信标位置指示系统上电后，等待显控系统发送工作指令后开始正式工作。在显控系统未发出的工作命令时处于等待命令状态。
[0039]步骤2、等待北斗/GPS时钟同步装置输出PPS同步电平
[0040]采用北斗/GPS时钟同步装置输出PPS同步电平作为两个不同地方使用的系统的统一时间标准，保证两个设备均在同一时间基准下工作。利用声波传播距离与时间的关系确定目标的距离，根据检测信息确定目标的方位。在开始周期工作前，北斗/GPS时钟同步装置至少有一次准确的PPS同步电平输出；在系统上电后首次接到工作命令时，必须等待北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平触发后才开始正式周期性工作，若没有接收到PPS同步电平，则一直处于等待同步电平状态。
[0041 ] 步骤3、DSP时钟计数器清零
[0042]若DSP判断接收到PPS同步电平后，对时钟脉冲计数器进行清零操作，并开始计数到周期需要时间。PPS同步电平触发中断优先级高于时钟计数中断优先级，保证在PPS同步电平触发后及时将计数周期清零并重新开始计数，保证时间一致性和精度。
[0043]若DSP在计数周期完成后没收到PPS同步电平，则说明该周期北斗/GPS时钟同步装置未输出PPS同步电平，此时DSP时钟计数器触发系统开始新周期工作，同时对时钟脉冲计数器进行清零操作，并开始新周期计时。
[0044]步骤4、AD周期数据采集
[0045]DSP在计数器清零后开始进行周期数据采集，接收在该同步接收周期内的水下信号。根据接收到的AD数据对该周期进行检测，判断是否有声信标发出的周期脉冲信号。若检测到声信标发出的信号，则对目标信息进行分析确认和解算。
[0046]步骤5、测量装置对声信标距离的计算
[0047]声信标在入水工作前通过北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平同步音标信号发射时刻，按照工作设定，声信标以固定的周期和脉宽发射音标信号。测量装置同样在开始工作前通过北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平同步触发采样，然后按照工作设定，测量装置以5ms为一帧，逐帧进行检测，通过一个周期内检测到音标信号的时刻t来计算目标距离L，计算公式为下式。
[0048]L = t X c
[0049]其中c为声速。
[0050]完成水下运动平台位置定位后开始等待下周期工作命令。
【主权项】
1.一种声信标连续精确对时测距方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、发送工作命令； 水下同步信标位置指示系统上电后，等待显控系统发送工作指令后开始正式工作； 在显控系统未发出的工作命令时继续步骤I ; 若系统上电后首次接收到工作命令进行步骤2 ; 若系统上电后非首次接收到工作命令进行步骤3 ; 步骤2、等待北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平； 在未输出PPS同步电平时继续步骤2 ； 接收到输出PPS同步电平信号后进行步骤3 ; 步骤3、DSP时钟计数器清零； 在DSP判断接收到PPS同步电平后，对DSP时钟计数器进行清零操作，并开始新的周期计数，确保DSP时钟计数的周期时间与北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平高度同步； 若DSP在计数周期完成时没收到PPS同步电平，DSP时钟计数器触发系统开始新周期工作，同时对时钟脉冲计数器进行清零操作，并开始新周期计时； 步骤4、AD周期数据采集 DSP在计数器清零后开始进行周期数据采集，接收在该同步接收周期内的水下信号，并对该周期AD数据进行检测； 步骤5、测量装置对声信标距离的计算 声信标在入水工作前通过北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平同步音标信号发射时刻，按照工作设定，声信标以固定的周期和脉宽发射音标信号；测量装置同样在开始工作前通过北斗/GPS时钟同步装置输出的PPS同步电平同步触发采样，然后按照工作设定，通过一个周期内检测到音标信号的时刻t来计算目标距离L，计算公式为下式: L = tXc 其中C为声速。
【专利摘要】本发明提出了声信标连续精确对时测距方法，在保持硬件不变的前提下，利用北斗/GPS脉冲信号和DSP时钟计数器双重控制，并设定两个控制周期的优先级等条件，保证了北斗/GPS输出定时脉冲信号的精度，实现了对水下运动平台的长时有效监控。对水下平台运动轨迹能保证有最大采样点数实现长时间内轨迹的曲线拟合。实现了在最差条件下，即北斗/GPS信号较弱导致输出时钟脉冲信号不连续的状态下、以及工作中暂停后又重新启动的状态，水下同步信标轨迹和位置指示系统能够稳定、连续工作。实现了在各种条件下，对水下运动平台长时间的精确、连续监控，有利于水下运动平台的长期安全工作。
【IPC分类】G04R20-02, G01S15-08
【公开号】CN104614727
【申请号】CN201510056680
【发明人】周晶, 杨晓亮, 岳玲, 程学峰
【申请人】中国船舶重工集团公司第七〇五研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月4日