[發明專利]水面活動平臺用的水聲接收器位置實時自校準系統和方法

有效

• 申請號: 202110653174.8
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113608168B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 龔浩亮;匡彪
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司七五0試驗場
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22;G01S19/42
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

本發明提出了水面活動平臺用的水聲接收器位置實時自校準系統及方法，可在近距離、有效開角范圍內直接對水下水聲接收器進行高精度定位，為基于水面活動平臺的高精度水聲定位跟蹤測量基陣現場、實時校準提供可行、有效的技術手段，可解決在高海/湖況、大流速條件下，柔性長纜懸浮、吊放或拖曳基陣的水聲接收器隨流擾動導致系統定位精度降低的難題；同時采用高頻、低聲源級自校準信標設計方案，可有效規避校準裝置與其他水下聲納的聲干擾問題，大大提高了實用性。

技術領域

本發明涉及水下試驗與測試技術領域，主要用于采用柔性連接布放(如吊放、懸浮或拖曳)方式的基于浮標、水面無人機動平臺或艦船等水面活動平臺，主要想解決其實際使用中存在的誤差問題，具體為水面活動平臺用的水聲接收器位置實時自校準系統和方法。

背景技術

基于浮標、水面無人機動平臺或艦船等水面活動平臺搭載安裝方式的水聲跟蹤定位系統在海/湖上使用時，為規避或降低惡劣水文條件、復雜水面工況以及近水面背景干擾噪聲大等不利因素的影響，需將與水面活動平臺連接的水聲接收器(單水聽器或基陣)通過柔性電纜布放至一定深度。但同時帶來了另一個問題：受風浪、水流的影響，水聲接收器與水面平臺的相對位置擺動或漂移現象嚴重，如附圖1所示，使得接收器的水下實際位置參數已無法直接使用水面平臺的高精度衛星定位數據替代，若該問題不予解決，必然導致水聲測量精度大大降低。若系統為多個水聲測量節點構成的長基線系統，則水下基陣陣型一直處于隨流擺動狀態，特別是在惡劣水文或高海/湖況條件下問題更加突出，由此帶來的定位誤差可能造成系統無法有效使用。

對此，以往通常利用水聲接收器的布放纜長、布放深度及水流流向等數據進行粗略補償修正，取得了一定的改善效果。但水下航行器技術的發展對水聲跟蹤定位測量系統的測量精度、作用范圍等能力及水平提出了越來越高的要求，傳統補償修正方式因參與計算的幾個參數本身又存在較大的不確定性(如流向數據難以實現原位實時精細測量)，在高海/湖況、大流速條件下長纜布放使用時，仍然無法有效解決水聲接收器位置的隨流擺動難題。

發明內容

為解決上述現有技術存在的不足，發明人經過研發設計，提出了一種針對柔性連接式水聲接收器水下位置的實時自校準方法，設計了一種超短基線水聲自發自收定位校準裝置方案，可為基于水面活動平臺的高精度水聲定位跟蹤測量基陣的現場、實時校準提供可行、有效的技術途徑，能夠解決在高海/湖況、大流速條件下，柔性長纜懸浮、吊放或拖曳基陣的水聲接收器隨流擺動導致系統定位精度降低的難題，以保證水聲測量系統的定位精度；同時，采用了高頻、低聲源級自校準信標設計方案，可有效規避校準裝置與其他水下聲納的聲干擾問題，能大大提高裝置的實用性。本發明是這樣實現的：

水面活動平臺用的水聲接收器位置實時自校準系統：

高頻發射換能器(5)，通過柔性水密承重電纜連接并安裝在與水聲接收器(4)相近或相接觸的位置上，用于向超短基線定位基陣(2)發射校準水聲信號；

超短基線定位基陣(2)，安裝在水面活動平臺上，用于接收來自高頻發射換能器(5)的校準水聲信號，并將接收到的校準水聲信號傳輸至校準信號處理設備(3)；

校準信號處理設備(3)，用于接收超短基線定位基陣(2)接收到的校準水聲信號,完成信號檢測處理及超短基線定位解算，得到水聲接收器(4)水平位移信息，并發送至船基/岸基水聲定位跟蹤系統數據解算處理設備。

進一步的，所述超短基線定位基陣(2)，接收指向性為水平全向、垂直下半空間不小于±30°；自校準裝置的水聲校準信號工作頻段不小于95kHz，發射聲源級不大于175dB。

進一步的，所述超短基線定位基陣(2)、高頻發射換能器(5)與水聲接收器(4)的工作頻段不同，所述水聲接收器(4)和高頻發射換能器(5)相接觸式或近距離分布安裝，高頻發射換能器(5)與置于水密電子艙(8)內的水聲信號發射器連接，受水聲信號發射器控制發出水聲信號。

進一步的，所述水面活動平臺還包括有衛星定位設備(6)，與校準信號處理設備(3)數據連接。