[發明專利]一種海底纜線定位聲納系統及定位方法

有效

• 申請號: 201611009284.6
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN107064943B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 張森;鐘何平;田振;馬夢博
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;劉琳

1.一種海底纜線定位聲納系統的定位方法，其特征在于，所述系統包括安裝在移動測量平臺上的發射端(1)、嵌入海底纜線(2)中的水聽器(201)和安裝在岸上的接收端(3)；

所述發射端(1)用于同時發射若干個相互正交的聲源信號、并向所述接收端(3)發送發射時刻的UTC時間以及發射端位置信息；所述發射端(1)包括信號源(101)、若干個發射機(102)、與所述發射機(102)數量相等的發射換能器(103)、發射端衛星導航設備(104)、無線電通信設備(106)；所述信號源(101)用于產生編碼信號；所述若干個發射機(102)用于將編碼信號進行功率放大；所述發射換能器(103)用于將功率放大后的編碼信號轉換成聲學信號發射至水中；所述發射端衛星導航設備(104)用于提供發射時刻的UTC時間和發射端位置信息；所述無線電通信設備(106)用于發送發射時刻的UTC時間以及發射端位置信息至接收端(3)；所述發射端(1)還包括發射端姿態測量設備(105)，所述發射端姿態測量設備(105)用于提供所述發射換能器(103)的姿態信息；

所述發射機(102)和發射換能器(103)的數量為四個，所述四個發射換能器(103)在同一平面上呈正交等距離分布；

所述水聽器(201)用于分別接收若干個聲源信號，并轉換為光或電信號輸出至接收端(3)；

所述接收端(3)用于接收所述水聽器(201)發出的光或電信號以及發射端(1)發出的發射時刻的UTC時間、發射端位置信息根據接收信號接收時刻的UTC時間計算所述水聽器(201)的位置信息；

所述方法包括如下步驟：

1)所述發射端(1)的四個發射換能器(3)同時向水聽器(201)發射四個正交的聲源信號，并記錄發射時刻的UTC時間t_發、發射端位置信息(X_發、Y_發、Z_發)、發射端姿態信息發送至接收端(3)；

2)所述水聽器(201)將接收到的四個聲源信號轉換為光或電信號發送至接收端(3)；

3)所述接收端(3)通過脈沖壓縮處理將混疊的光或電信號分離成四個接收信號；

4)所述接收端(3)記錄四個接收信號接收時刻的UTC時間，取平均值為接收時間t_收，計算所述發射端(1)至水聽器(201)的距離R，R＝(t_發-t_收)*C，C為聲速；

5)所述接收端(3)根據四個接收信號接收時刻的UTC時間，計算X軸方向時延差信息Δt_x、Y軸方向時延差信息Δt_y，然后計算所述水聽器(201)相對于發射端的相對位置(X_收’、Y_收’、Z_收’)：

d為Y軸或者Y軸方向上兩個所述發射換能器(103)之間的距離；

6)所述接收端(3)計算水聽器(201)在大地坐標系下的絕對位置：

T(α,β,γ)為發射端姿態信息的坐標變換矩陣。

2.根據權利要求1所述的一種海底纜線定位聲納系統的定位方法，其特征在于：所述X軸方向時延差信息Δt_x為X軸方向上的X1發射換能器(1031)和X2發射換能器(1033)發射的聲波信號到達水聽器(201)的傳播時間差值；所述Y軸方向時延差信息Δt_y為Y軸方向上的Y1發射換能器(1032)和Y2發射換能器(1034)發射的聲波信號到達水聽器(201)的傳播時間差值。

3.根據權利要求1所述的一種海底纜線定位聲納系統的定位方法，其特征在于：所述發射端位置信息(X_發、Y_發、Z_發)為所述四個發射換能器(103)中點位置在大地坐標系下的絕對位置；所述發射端姿態信息為發射換能器(103)的航向α、橫搖β、縱搖γ的姿態信息。

4.根據權利要求1所述的一種海底纜線定位聲納系統的定位方法，其特征在于：所述相互正交的聲源信號為若干個信號的互相關為0或互相關遠低于各信號自相關峰值的若干個信號集合。