本发明涉及水深测量领域，尤其是自带验潮的高精度单波束探测模块。
背景技术：
目前主要的水深测量方法为人工验潮水深测量法，成本高且效率低下，同时因为人为因素的干扰，修正误差也会被累计。
发明型内容
本发明提供自带验潮的高精度测深仪，体积小、成本低、使用灵活，且输出频率可调，为了实现上述目的，采用以下技术方案：包括：gps模块、单波束探测模块、姿态传感器、工控机、电源模块、显示模块，所述单波束探测模块用于测量到水底的深度，所述单波束探测模块安装于船舶底部，所述单波束探测模块包括换能器、收发模块和数据处理模块，所述换能器用于波束的发射、接收声波信号，所述收发模块用于将接收的声波信号转换成数字信号，所述数据处理模块与所述收发模块连接，用于对数字信号进行滤波、放大处理，所述数据处理模块还与所述工控机连接，用于将处理后的数据传输至所述工控机；所述姿态传感器安装于船舶的重心位置，所述姿态传感器用于采集船舶姿态的变化，所述姿态传感器与采集电路连接，采集电路的输出端所述工控机连接，用于将船舶姿态信息传输至工控机；所述工控机与所述显示模块连接；所述电源模块用于提供gps模块、工控机、显示模块、单波束探测模块工作电源。
优选的，所述电源模块接入24v外部电压，所述电源模块输出多路不同电压，所述电源模块采用多组dc-dc转换器实现不同电压输出。
优选的，所述dc-dc转换器包括wrb2448d转换器、wra2405s转换器、wra2405zp转换器，24v电压经过滤波电容c1、c2后输入至wrb2448d转换器的vin管脚，wrb2448d转换器的vo管脚输出48v电压，且输出电压通过滤波电容c9、c10实现滤波；24v电压经过滤波电容c3、c4后输入至wra2405s转换器的vin管脚，wra2405s转换器的vo+管脚接电感l1，电感l1的另一端接电容c6，电容c6的另一端接地，wra2405s转换器输出5v电压，且输出电压通过电感l1、电容c6实现滤波；24v电压经过滤波电容c7、c8后输入至wra2405zp转换器的两路vin管脚，wra2405zp的vo+管脚与0v管脚之间接有电容c13、c14，vo-管脚与0v管脚之间接有电容c11、c12，wra2405zp的vo管脚输出5v电压。
优选的，所述数据处理模块包括放大模块和滤波模块，所述放大模块包括：前级缓冲放大器、程控放大器，程控放大器的增益控制端接所述前级缓冲放大器，程控放大器的信号输入管脚接滤波模块。
优选的，所述前级缓冲放大器采用tl084运放，且利用tl084运放的两组信号通道工作，其中，正向输入端3接下拉电阻r48，反向输入端3接分压电路，该分压电路由电阻r45、变阻器rp2构成，电阻r45的一端接5v输入电压、另一端接反向输入端3，反向输入端3还接变阻器rp2的滑片端，通过调节rp2实现分压，输出端3与反向输入端之间接有电阻r47，输出端3接正向输入端4，反向输入端4与输出端4短路，输出端4接程控放大器的增益控制端。
优选的，所述程控放大器采用vca810放大器，vca810放大器的vs+引脚接5v电压、vs-引脚接-5v电压、输出端接电阻r45一端，电阻r45的另一端接电容c19，电容c19的另一端接电阻r49，实现输出信号的rc滤波处理。
优选的，所述滤波模块采用max275有源滤波器，max275有源滤波器的ina信号输入端接电阻r35一端，电阻r35的另一端接电阻r30，电阻r30的另一端接地；max275有源滤波器的bpia带通滤波输入端与lpoa低通滤波输出端接电阻r38；max275有源滤波器的bpoa带通滤波输出端与ina信号输入端接电阻r36，bpoa带通滤波输出端与lpia低通滤波输入端之间连接电阻r37，电阻r37的另一端还接电阻r39，电阻r39的另一端接电容c15，电容c15的另一端接电阻r43和电阻r44电阻r43另一端接地，电阻r44的另一端接vca810放大器的in-引脚。
优选的，所述采集电路采用lm193比较器，lm193比较器的正向输入端接参考电压vref、反向输入端接采样电压vpart、输出端接上拉电阻r19和电阻r20，电阻r20的另一端接三极管v12的基极，三极管v12的发射极接下拉电阻r22、集电极接电阻r21以及三极管v13的基极，电阻r21的另一端接50v电压；三极管v13的发射极输入50v电压、集电极接电容c4以及电阻r23，电容c4的另一端接地，电阻r23的另一端接电容c6、电阻r24，电阻r23和电阻r24的公共点输出电压hv，电容c6的另一端接地，电阻r24的另一端接电阻r25，电阻r25的另一端接地，且电阻r25余电容c7并联，且电阻r24与电阻r25的工接点为采样点，采样点的采样电压为vpart。
本发明的有益效果：本专利申请结合gps模块、单波束探测模块以及姿态传感器，分别测得gps椭球高、水深以及船舶姿态信息，采用处理模块将水深数据滤波、放大处理并传输至工控机，并利用采集电路在船舶姿态发生变化时将数据采集传输至工控机，工控机存储上述数据，便于数据的查询分析，本专利申请自带验潮进行水深测量，自动化程度高，省工省时，且精度高。
附图说明
图1为关于本专利申请的原理框图；
图2为关于本专利申请的工作原理图；
图3为关于本专利申请电源模块的dc-dc转换器的电路原理图；
图4为关于本专利申请的数据处理模块的电路原理图；
图5为数据处理模块中tl084运放的管脚示意图；
图6为数据处理模块中vca810放大器的管脚示意图；
图7为关于本专利申请的采集电路的原理图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
图1、图2所示，本专利申请包括：gps模块、单波束探测模块、姿态传感器、工控机、电源模块、显示模块，所述gps模块用于多波束测量时的实时导航定位，定位数据传输至工控机，且定位数据将形成单独文件，以及用于后续多波束的数据处理；单波束探测模块用于测量到水底的深度，单波束探测模块安装于船舶底部，单波束探测模块包括换能器、收发模块和数据处理模块，换能器安装于船体的正中间，所述换能器为多波束的声学系统，换能器用于波束的发射、接收声波信号，收发模块用于将接收的声波信号转换成数字信号，并反复测量距离或记录其往返时间；数据处理模块与收发模块连接，用于对数字信号进行滤波、放大处理，数据处理模块还与工控机连接，用于将处理后的数据传输至工控机；姿态传感器安装于船舶的重心位置，姿态传感器负责纵摇、横摇以及浪涌参数的采集，试实时反映船舶姿态的变化，姿态传感器与采集电路连接，采集电路的输出端工控机连接，用于将船舶姿态信息传输至工控机，以用于后续波束的姿态补偿，将船参考坐标系下的波束到达角结合姿态数据改正到垂直坐标；工控机与显示模块连接；电源模块用于提供gps模块、工控机、显示模块、单波束探测模块工作电源。
图2所示，gps模块的天线到船上姿态传感器的高度为h1，单波束探测模块到船上姿态传感器的距离为h2，单波束探测模块测量到海底的深度为h，假设gps模块测得高程为hd，即gps模块到参考椭球面的高度(大地高)，利用垂直基准模型，换算得到gps模块的天线到理论深度基准面的距离h0，根据式（1）可得到单波束探测模块到理论深度基准面的距离h，利用式（2）即可得到海底某点的水深值h0，这样就获取了此点的三维坐标，
式（1）：h＝h0－h1－h2，
式（2）：h0＝h－h。
图3所示，电源模块接入24v外部电压，电源模块输出多路不同电压，电源模块采用多组dc-dc转换器实现不同电压输出，dc-dc转换器包括wrb2448d转换器、wra2405s转换器、wra2405zp转换器，24v电压经过滤波电容c1、c2后输入至wrb2448d转换器的vin管脚，wrb2448d转换器的vo管脚输出48v电压，且输出电压通过滤波电容c9、c10实现滤波；24v电压经过滤波电容c3、c4后输入至wra2405s转换器的vin管脚，wra2405s转换器的vo+管脚接电感l1，电感l1的另一端接电容c6，电容c6的另一端接地，wra2405s转换器输出5v电压，且输出电压通过电感l1、电容c6实现滤波；24v电压经过滤波电容c7、c8后输入至wra2405zp转换器的两路vin管脚，wra2405zp的vo+管脚与0v管脚之间接有电容c13、c14，vo-管脚与0v管脚之间接有电容c11、c12，wra2405zp的vo管脚输出5v电压。
图4所示，数据处理模块包括放大模块和滤波模块，放大模块包括：前级缓冲放大器、程控放大器，前级缓冲放大提高输入阻抗，减少信号噪声的干扰，程控放大器作为信号输入的核心放大，程控放大器的增益控制端接前级缓冲放大器，程控放大器的信号输入管脚接滤波模块。
前级缓冲放大电路中，采用tl084运放的两组信号通道实现信号的放大处理，结合图5所示的管脚示意图，tl084运放正向输入端3接下拉电阻r48，反向输入端3接分压电路，该分压电路由电阻r45、变阻器rp2构成，电阻r45的一端接5v输入电压、另一端接反向输入端3，反向输入端3还接变阻器rp2的滑片端，通过调节rp2实现分压，输出端3与反向输入端之间接有电阻r47，输出端3接正向输入端4，反向输入端4与输出端4短路，输出端4接程控放大器的增益控制端。
程控放大器采用vca810放大器，vca810是直流耦合、宽带、连续可变电压控制增益放大器，提供了差分输入单端输出转换，用来改变高阻抗的增益控制输入超过-40db增益至+40db的范围内呈db/v的线性变化，结合图6，vca810放大器的vs+引脚接5v电压、vs-引脚接-5v电压、输出端接电阻r45一端，电阻r45的另一端接电容c19，电容c19的另一端接电阻r49，实现输出信号的rc滤波处理。
滤波模块采用max275有源滤波器，含有独立的另两个二阶有源滤波电路，可分别同时进行低通和带通滤波，也可通过级联实现四阶有源滤波，max275有源滤波器的ina信号输入端接电阻r35一端，电阻r35的另一端接电阻r30，电阻r30的另一端接地；max275有源滤波器的bpia带通滤波输入端与lpoa低通滤波输出端接电阻r38；max275有源滤波器的bpoa带通滤波输出端与ina信号输入端接电阻r36，bpoa带通滤波输出端与lpia低通滤波输入端之间连接电阻r37，电阻r37的另一端还接电阻r39，电阻r39的另一端接电容c15，电容c15的另一端接电阻r43和电阻r44电阻r43另一端接地，电阻r44的另一端接vca810放大器的in-引脚。
图7所示，采集电路采用lm193比较器，lm193比较器的正向输入端接参考电压vref、反向输入端接采样电压vpart，采样点压vpart与参考电压vref比较，采样点压高于参考电压时，输出高电压，比较器输出端接上拉电阻r19和电阻r20，电阻r20的另一端接三极管v12的基极，三极管v12的发射极接下拉电阻r22、集电极接电阻r21以及三极管v13的基极，电阻r21的另一端接50v电压；三极管v13的发射极输入50v电压、集电极接电容c4以及电阻r23，电容c4的另一端接地，电阻r23的另一端接电容c6、电阻r24，电阻r23和电阻r24的公共点输出电压hv，电容c6的另一端接地，电阻r24的另一端接电阻r25，电阻r25的另一端接地，且电阻r25余电容c7并联，且电阻r24与电阻r25的工接点为采样点，采样点的采样电压为vpart。
本专利申请结合gps模块、单波束探测模块以及姿态传感器，分别测得gps椭球高、水深以及船舶姿态信息，采用处理模块将水深数据滤波、放大处理并传输至工控机，并利用采集电路在船舶姿态发生变化时将数据采集传输至工控机，工控机存储上述数据，本专利申请自带验潮进行水深测量，自动化程度高，省工省时，且精度高。
的深度基准面大地高，获取海底高程的一种方法利用gps模块进行定位
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，而所附权利要求意在涵盖落入本发明精神和范围中的这些修改或者等同替换。
1.自带验潮的高精度测深仪，其特征在于：包括：gps模块、单波束探测模块、姿态传感器、工控机、电源模块、显示模块，所述单波束探测模块用于测量到水底的深度，所述单波束探测模块安装于船舶底部，所述单波束探测模块包括换能器、收发模块和数据处理模块，所述换能器用于波束的发射、接收声波信号，所述收发模块用于将接收的声波信号转换成数字信号，所述数据处理模块与所述收发模块连接，用于对数字信号进行滤波、放大处理，所述数据处理模块还与所述工控机连接，用于将处理后的数据传输至所述工控机；所述姿态传感器安装于船舶的重心位置，所述姿态传感器用于采集船舶姿态的变化，所述姿态传感器与采集电路连接，采集电路的输出端所述工控机连接，用于将船舶姿态信息传输至工控机；所述工控机与所述显示模块连接；所述电源模块用于提供gps模块、工控机、显示模块、单波束探测模块工作电源。
2.根据权利要求2所述的自带验潮的高精度测深仪，其特征在于：所述电源模块接入24v外部电压，所述电源模块输出多路不同电压，所述电源模块采用多组dc-dc转换器实现不同电压输出。
3.根据权利要求3所述的自带验潮的高精度测深仪，其特征在于：所述dc-dc转换器包括wrb2448d转换器、wra2405s转换器、wra2405zp转换器，24v电压经过滤波电容c1、c2后输入至wrb2448d转换器的vin管脚，wrb2448d转换器的vo管脚输出48v电压，且输出电压通过滤波电容c9、c10实现滤波；24v电压经过滤波电容c3、c4后输入至wra2405s转换器的vin管脚，wra2405s转换器的vo+管脚接电感l1，电感l1的另一端接电容c6，电容c6的另一端接地，wra2405s转换器输出5v电压，且输出电压通过电感l1、电容c6实现滤波；24v电压经过滤波电容c7、c8后输入至wra2405zp转换器的两路vin管脚，wra2405zp的vo+管脚与0v管脚之间接有电容c13、c14，vo-管脚与0v管脚之间接有电容c11、c12，wra2405zp的vo管脚输出5v电压。
4.根据权利要求1所述的自带验潮的高精度测深仪，其特征在于：所述数据处理模块包括放大模块和滤波模块，所述放大模块包括：前级缓冲放大器、程控放大器，程控放大器的增益控制端接所述前级缓冲放大器，程控放大器的信号输入管脚接滤波模块。
5.根据权利要求4所述的自带验潮的高精度测深仪，其特征在于：所述前级缓冲放大器采用tl084运放，tl084运放的两组信号通道工作，其中正向输入端3接下拉电阻r48，反向输入端3接分压电路，该分压电路由电阻r45、变阻器rp2构成，电阻r45的一端接5v输入电压、另一端接反向输入端3，反向输入端3还接变阻器rp2的滑片端，通过调节rp2实现分压，输出端3与反向输入端之间接有电阻r47，输出端3接正向输入端4，反向输入端4与输出端4短路，输出端4接程控放大器的增益控制端。
6.根据权利要求5所述的自带验潮的高精度测深仪，其特征在于：所述程控放大器采用vca810放大器，vca810放大器的vs+引脚接5v电压、vs-引脚接-5v电压、输出端接电阻r45一端，电阻r45的另一端接电容c19，电容c19的另一端接电阻r49，实现输出信号的rc滤波处理。
7.根据权利要求6所述的自带验潮的高精度测深仪，其特征在于：所述滤波模块采用max275有源滤波器，max275有源滤波器的ina信号输入端接电阻r35一端，电阻r35的另一端接电阻r30，电阻r30的另一端接地；max275有源滤波器的bpia带通滤波输入端与lpoa低通滤波输出端接电阻r38；max275有源滤波器的bpoa带通滤波输出端与ina信号输入端接电阻r36，bpoa带通滤波输出端与lpia低通滤波输入端之间连接电阻r37，电阻r37的另一端还接电阻r39，电阻r39的另一端接电容c15，电容c15的另一端接电阻r43和电阻r44电阻r43另一端接地，电阻r44的另一端接vca810放大器的in-引脚。
8.根据权利要求1所述的自带验潮的高精度测深仪，其特征在于：所述采集电路采用lm193比较器，lm193比较器的正向输入端接参考电压vref、反向输入端接采样电压vpart、输出端接上拉电阻r19和电阻r20，电阻r20的另一端接三极管v12的基极，三极管v12的发射极接下拉电阻r22、集电极接电阻r21以及三极管v13的基极，电阻r21的另一端接50v电压；三极管v13的发射极输入50v电压、集电极接电容c4以及电阻r23，电容c4的另一端接地，电阻r23的另一端接电容c6、电阻r24，电阻r23和电阻r24的公共点输出电压hv，电容c6的另一端接地，电阻r24的另一端接电阻r25，电阻r25的另一端接地，且电阻r25余电容c7并联，且电阻r24与电阻r25的工接点为采样点，采样点的采样电压为vpart。
技术总结