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基于TDOA水下三维坐标追踪系统方案

方案概述


其高科技水声信号采集分析解决方案采用成熟的软硬件,方便实现对水声信号的采集处理,并能够准确分析水下特定目标的声频特性。本解决方案主要用于水声探测中的移动目标轨迹定位。

 

系统架构


对水下目标进行探测和测量时,根据阵列定位基线的长度分为三类:长基线、短基线和超短基线定位系统,这三类系统各有利弊。长基线阵列可以独立于水深实现高精度定位。本系统采用长基线实现水下声源的三维坐标位置追踪,系统总体结构示意图如下所示:

 

方案选项使用 NI cRIO 数据采集平台构建,NI cRIO-9033型号嵌入式控制器,配合 NI 9223 4通道1MS/s 高速率信号采集模块采集水听器信号,通过 NI 9467 GPS 模块实现 GPS 位置与 GPS 绝对时钟同步,实现多个分布式终端之间的时钟信号同步采集,进而实现多水下三维追踪运算。
其中,多个 Target 分布式实现数据采集与存储,追踪运算在上级系统的坚固型服务器上进行,坚固型计算机与各个终端之间通过无线网络实现数据通信。

 

 

软件系统工作逻辑定义


依据需求,定制软件系统,实现水下目标的三维轨迹定位。由于分布式采集站点距离较远,虽然可以建立 wifi 网络,实现各个终端之间以及终端与服务器之间的互通互联;但由于信号衰减,wifi网络无法实现所有通道数据的实时上传。这种情况下,可以设计以下离线定位模式,先采集数据,然后再离线上传计算运动轨迹,系统大致运行逻辑如下:

 

 

希望实现实时定位,可以组建有线网络,或者设法增强无线网络带宽即可。有线网络的解决方案一般有光纤网络可以选择,除了必要的通信部件之外,在网络接口部分需要做相应的防护。增加无线网络带宽的方式是使用定向天线或者增加网络中继、或者增加无线发射器的功率,具体情况考虑项目实施的各个因素,选择最优方式即可。