本申請涉及纜式通訊定位，特別是涉及一種基于數據纜的定位結構及其定位方法。

背景技術：

1、隨著全球經濟的快速發(fā)展，海洋石油、海洋工程、水下工程和水下探索等領域的需求在逐漸增加，這些領域的發(fā)展推動了水下通訊技術的不斷進步。水下通訊主要分為有線通信和無線通信兩種，有線通信技術通過鋪設海底數據纜，利用光纖進行信息傳輸；水下無線通信技術則更為靈活，主要包括水下無線電磁波通信、水下聲通信和水下光通信；隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，除水下通訊技術以外，還需要具備水下的精準定位技術。

2、現有的數據纜僅有數據傳輸或供電功能，而不具備定位能力；現有的無人探測器上搭載有無線定位設備，主要依賴長基線(lbl)和短基線(sbl)定位系統(tǒng)通過聲波信號進行定位，然而聲波定位雖然在水下有較好的傳播性能，但其也存在固有的局限性，其一是聲波信號受制于水下環(huán)境的物理特性，如溫度、鹽度和水流等因素，導致定位的準確性和穩(wěn)定性受到影響，其二是聲波定位系統(tǒng)在大范圍水域中的部署復雜且成本高昂，尤其是長基線系統(tǒng)，需要在作業(yè)區(qū)域布設多個水下聲學基站，這在一些復雜的水下環(huán)境中不具備可行性；與此同時，慣性導航系統(tǒng)(ins)雖能在無外部信號干擾的情況下提供短時間內的自主定位，但其面臨累積誤差問題，隨著時間的推移慣導的誤差會不斷累積，導致定位精度逐漸下降，這種累積誤差尤其在長時間、長距離的水下作業(yè)中影響顯著；綜上，現有的聲學定位和慣導技術在面臨更高精度需求和復雜作業(yè)環(huán)境時，顯得力不從心。

3、因此，在水下或洞穴等無法接收gps信號的環(huán)境中，如何結合現有的數據傳輸電纜，使其不僅能夠承載數據和能量，還能夠在這些復雜環(huán)境下提供高精度、穩(wěn)定的定位能力，成為亟待解決的關鍵問題。

技術實現思路

1、本裝置提供了一種基于數據纜的定位結構及其定位方法，開發(fā)了具備軌跡跟蹤和精準終端定位功能的數據纜，能夠有效彌補現有無線定位技術的局限性，提升水下作業(yè)及洞穴等無線信號受遮擋及干擾的環(huán)境下的安全性和效率，具體實施方式如下：

2、一種基于數據纜的定位結構，包括：

3、套設在數據纜外部的若干節(jié)剛性桿，相鄰剛性桿之間通過萬向節(jié)首尾相接，且萬向節(jié)上開設有供數據纜穿過的導通口；

4、萬向節(jié)由縱、橫向布設的第一轉軸和第二轉軸構成十字狀結構，且兩轉軸均接于角度傳感器的輸出端，單個萬向節(jié)上內置的一對角度傳感器分別用于檢測∠φ和∠θ，各萬向節(jié)上內置的角度傳感器均電性接于遠端處理器。

5、優(yōu)選的，剛性桿為分體式結構，其兩端設置為鉸接頭，兩鉸接頭之間插接有桿體，通過選擇不同長度的桿體對數據纜的罩設長度進行調整。

6、一種基于數據纜的定位結構的定位方法，包括以下步驟：

7、s100、掃描海底地形，建立x、y、z軸的全局坐標系，初始端的萬向節(jié)確認為全局坐標系的原點p0，即其坐標為；

8、s200、各剛性桿上以萬向節(jié)為原點，建立x'、y'、z'軸的局部坐標系；

9、s300、設定剛性桿的長度為l，剛性桿繞全局坐標系中y軸的旋轉角度設定為∠θ，剛性桿繞全局坐標系中x軸的旋轉角度設定為∠φ；

10、s400、對于第i段的萬向節(jié)，根據∠θ建立繞y軸旋轉的矩陣：

11、

12、s500、對于第i段的萬向節(jié)，根據∠φ建立繞x軸旋轉的矩陣：

13、

14、s600、根據步驟s400和s500，計算出局部旋轉矩陣：

15、rlocal＝rx(φi)·ry(θi)；

16、s700、對于第i段的萬向節(jié)，計算出全局旋轉矩陣：

17、rglobal，i＝rglobal，-1·rlocal，i；

18、

19、其中，rglobal,0是單位矩陣，表示第一個萬向節(jié)的起始位置是全局坐標系的原點)；

20、s800、計算第n根剛性桿末端的總位置為：

21、

22、s900、統(tǒng)計記錄各剛性桿端點之間的相對位置，處理器根據這些數據在上位機上顯示出整個數據纜的姿態(tài)圖。

23、綜上，本申請包括以下有益技術效果：

24、1.本發(fā)明通過鏈式結構定位數據線纜，每一根剛性桿之間使用萬向節(jié)進行連接，角度傳感器測量萬向節(jié)的軸與鏈的旋轉角度，每個萬向節(jié)上的角度信息通過一條數據總線實時回傳到處理器，進而處理器可以計算出鏈條端點之間的相對位置，還可以根據這些數據，在上位機上顯示出整個數據纜的姿態(tài)，以便后續(xù)對數據線纜的實時監(jiān)控，使得遠端具備了對數據纜狀態(tài)的有效監(jiān)測與評估，也能夠及時響應潛在問題或風險的能力，通過觀察姿態(tài)圖還可以檢測到剛性桿受水下環(huán)境影響的折彎損壞處，以便后續(xù)拆換進行長期使用，以及檢測到海藻纏繞、相鄰線纜之間的打結問題；

25、2.本發(fā)明應用于水下無人機、水下探測器或礦洞內探測裝備上時，通過采用線纜式定位可以有效排除環(huán)境影響，有效解決了終端水下設備無法精確定位的問題。

技術特征：

1.一種基于數據纜的定位結構，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種基于數據纜的定位結構，其特征在于，所述剛性桿(1)為分體式結構，其兩端設置為鉸接頭，兩鉸接頭之間插接有桿體，通過選擇不同長度的桿體對數據纜的罩設長度進行調整。

3.一種基于數據纜的定位結構的定位方法，其應用了權利要求1至權利要求2中任一項所述的定位數據纜，其特征在于，包括以下步驟：

技術總結
本申請公開了一種基于數據纜的定位結構及其定位方法，涉及纜式通訊定位技術領域，包括套設在數據纜外部的若干節(jié)剛性桿，相鄰剛性桿之間通過萬向節(jié)首尾相接，且萬向節(jié)上開設有供數據纜穿過的導通口，萬向節(jié)由縱、橫向布設的第一轉軸和第二轉軸構成十字狀結構，且兩轉軸均接于角度傳感器的輸出端，單個萬向節(jié)上內置的一對角度傳感器分別用于檢測∠Φ和∠Θ，本申請的技術優(yōu)勢是：通過鏈式結構定位數據線纜，每一根剛性桿之間使用萬向節(jié)進行連接，角度傳感器測量萬向節(jié)的軸與鏈的旋轉角度，每個萬向節(jié)上的角度信息通過一條數據總線實時回傳到處理器，進而處理器可以計算出鏈條端點之間的相對位置，還可以根據這些數據，在上位機上顯示出整個數據纜的姿態(tài)。

技術研發(fā)人員：劉琦
受保護的技術使用者：御淵智能裝備（北京）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10