[發明專利]一種利用超短基線實現水下精確作業的方法

有效

• 申請號: 201910395440.4
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110294080B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 孫永福;張志平;趙曉龍;王立松;張浩然;李楊;孫楊;俞啟軍
• 申請（專利權）人: 自然資源部第一海洋研究所
• 主分類號: B63B49/00
• 分類號: B63B49/00;B63C11/52;G01S15/08;G01S5/18;G01S19/42
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙) 37234
• 代理人: 孫俊業

本發明公開了一種利用超短基線實現水下精確作業的方法，包括以下步驟：(1)、系統安裝，(2)、水下載體地理坐標位置獲取，(3)、動力定位：本發明聲基陣坐標系與船的坐系之間的關系要無需在安裝時精確測定，不需要在海上快速、有效地對超短基線定位系統進行安裝校準，大大降低了對母船的安裝調試等繁瑣工作的難度，本發明結構簡單，精度高，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及船舶控制技術領域，尤其涉及一種利用超短基線實現水下精確作業的方法。

背景技術

隨著科學技術的飛速發展和對自然的不斷探索，人類的足跡向著更深更遠的方向延伸。在天空，人們不斷突破速度的極限，并且向著宇宙深處不斷進發；在水下，人們不斷挑戰著下潛的極限，打開未知海洋世界的大門。但無論上天還是下海，都需要導航定位來提供位置、姿態信息。然而人們對海洋探索的步伐遠不及對天空的認知，最主要的原因就是電磁波信號在海水這種高導電介質中衰減嚴重，而且頻率越高，衰減越嚴重。例如頻率為3～30kHz的甚長波在海水中傳輸的深度也僅能達到20m。因此，盡管衛星導航系統可為不限量的用戶全天候地提供三維定位、定時和速度測量，定位精度很高，但是水下航行器只有上浮接近水面才能獲取衛星導航系統或其他無線電導航系統的導航信息，如果航行器在水面以下相當深處航行，到水面就需要很多時間和能耗。上述缺點限制了衛星導航系統或其他無線電導航系統在水下航行器中的應用。

聲波在水下傳播特性良好，作用范圍廣，一般的中高頻水聲信號的作用范圍都在千米級別，低頻水聲信號傳播距離可以高達10km以上。水聲定位導航系統因其簡單可靠、靈活多變等特點，是檢驗和鑒定水下航行器性能的主要手段。高精度水下定位系統是許多高新技術的集成，是海洋調查和開發的基本設備，具有廣泛的用途，在海洋探測研究、海洋工程、海洋礦產資源、水下考古、海洋國防建設等方面，都離不開水下定位系統為其提供高精度、高質量的定位資料；因此，高精度的水下定位技術對維護國家領土權益和國民經濟建設都具有重要意義。聲學定位方法按照接收基陣的尺寸或應答器基陣的基線長度來分類，水聲定位主要是通過水聲信號測量聲源與應答器基陣間的距離進行定位，基陣中基元間的距離稱為基線。水聲定位系統可以分為長基線(LBL)、短基線(SBL)和超短基線(USBL)三種。上述三種聲學基線定位系統具有各自的優勢和特點，長基線定位系統因其基線較長，所以定位精度很高。但是在深水使用時，位置數據更新率較低，僅達到分鐘量級。其次，布放、校準以及回收需要較長時間，且作業過程較為復雜。相比于長基線復雜的應答器校準過程，短基線的基陣一旦安裝校正完成，定位導航作業就較為方便。然而短基線定位系統的缺點也比較突出，首先一般在艦船建造時就確定水聽器基元的安裝位置，一旦確定就不便于更改；其次，安裝位置難免會受到螺旋槳等機械噪聲的干擾，影響定位性能；最后，船體的形變對于高精度定位也會帶來一定的誤差。超短基線定位系統提供的定位精度往往不及前兩種。這是因為它只有一個緊湊的尺寸很小的聲基陣安裝在載體上。基陣作為一個整體單元，可以使其處在流噪聲和結構噪聲均較弱的某個有利位置。此外，它也無需布放浮標和應答器陣。但是通過精細設計，超短基線系統的定位精度有望能夠接近長基線系統的定位精度。長基線和短基線水聲定位系統需要分別在海床和船體上安裝固定接收基陣，超短基線水聲定位系統則將水聽器組件裝在一個精密的容器里，并且基線長度在厘米范圍。相對而言，超短基線定位技術更具有便攜性和獨立性，因此成為水聲定位設備發展的熱點。