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一種深海水聲綜合定位系統(tǒng)及其對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法
【專利摘要】深海水聲綜合定位系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法，屬于水聲定位聲納設(shè)備領(lǐng)域。本發(fā)明包括：聲學(xué)換能器收發(fā)基陣安裝在基陣升降桿末端，聲學(xué)換能器收發(fā)基陣的輸入/輸出端連接跟蹤標(biāo)定處理機(jī)的輸出/輸入端，跟蹤標(biāo)定處理機(jī)連接操作顯示平臺(tái)，深水耐壓殼體內(nèi)側(cè)腔體為測距與定位電子艙，深水耐壓換能器和測距與定位電子艙通過耐壓水密電纜實(shí)現(xiàn)電氣連接，深水耐壓殼體內(nèi)側(cè)為應(yīng)答釋放管理電子艙，電池組固定在應(yīng)答釋放管理電子艙內(nèi)，釋放機(jī)構(gòu)固定在深水耐壓殼體的外側(cè)尾部，深水耐壓換能器固定在深水耐壓殼體外側(cè)頂端。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)水面對水下目標(biāo)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在全海深下定位精度同比現(xiàn)有設(shè)備提高了4倍以上。
【專利說明】一種深海水聲綜合定位系統(tǒng)及其對水下潛器的定位與導(dǎo)航
方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水聲定位聲納設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種深海水聲綜合定位系統(tǒng)及其對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)是“海洋世紀(jì)”，海洋這一蘊(yùn)藏巨大資源的寶庫，越來越受到各國的重視。近20年來，爭奪海洋主權(quán)和海底礦產(chǎn)資源的“圈海運(yùn)動(dòng)”興起，促使我國的海洋事業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，也促使與海洋開發(fā)相關(guān)的技術(shù)和裝備進(jìn)入發(fā)展的快車道。聲學(xué)定位是海洋科學(xué)考察、海洋資源勘探、海洋資源開發(fā)、深?？臻g站建設(shè)等工程的必備手段，它能夠提供海底勘查設(shè)備如ROV和AUV等重要的定位、導(dǎo)航和通信支撐。通過在水面船只、水下載體以及作業(yè)海底上加裝和布放聲學(xué)定位設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)水面對水下目標(biāo)位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控、水面與水下平臺(tái)的信息交互乃至實(shí)現(xiàn)海洋的透明化、數(shù)字化、信息化。傳統(tǒng)的水下定位系統(tǒng)采用超短基線或者長基線定位原理。超短基線定位系統(tǒng)僅能在百余米左右海深上保持較高定位精度，隨著海深的增加，其定位誤差與斜距成正比，滿足不了精密大洋考察的要求；長基線系統(tǒng)定位精度在接近水面的深度上精度變差，需要精確、復(fù)雜的海底陣形校準(zhǔn)，且難于在較短的工作周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)水面與水下同時(shí)對潛器定位。本發(fā)明基于該作業(yè)需求，克服了原有定位系統(tǒng)單一功能，擴(kuò)展了自身設(shè)備之間的融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多方位靈活地實(shí)時(shí)監(jiān)控與導(dǎo)航跟蹤，可以保證提供具有充分?jǐn)?shù)據(jù)冗余的全海深米級(jí)定位精度，將會(huì)大大改善未來水下作業(yè)定位服務(wù)效果。
[0003]現(xiàn)有的水下定位系統(tǒng)存在在全海深下對水下目標(biāo)提供高精度定位精度低的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的水下定位系統(tǒng)存在在全海深下對水下目標(biāo)提供高精度定位精度低的問題，而提出了一種深海水聲綜合定位系統(tǒng)。本發(fā)明的目的還在于提供一種采用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法。
[0005]深海水聲綜合定位系統(tǒng)，它包括水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)、潛器測距與定位子系統(tǒng)和多個(gè)水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)，
[0006]水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)安裝在水面大洋調(diào)查作業(yè)船只上，潛器測距與定位子系統(tǒng)安裝在深海潛器上，多個(gè)水聲綜合應(yīng)答器布放于海底，
[0007]所述水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)包括聲學(xué)換能器收發(fā)基陣、基陣升降桿、跟蹤標(biāo)定處理機(jī)、操作顯示平臺(tái)，
[0008]聲學(xué)換能器收發(fā)基陣安裝在基陣升降桿的末端，聲學(xué)換能器收發(fā)基陣的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端與跟蹤標(biāo)定處理機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接，聲學(xué)換能器收發(fā)基陣的反饋信號(hào)輸出端與跟蹤標(biāo)定處理機(jī)的反饋信號(hào)輸入端連接，跟蹤標(biāo)定處理機(jī)通過數(shù)據(jù)總線與操作顯示平臺(tái)連接；[0009]所述潛器測距與定位子系統(tǒng)包括第一深水耐壓換能器、深水耐壓殼體和耐壓水密電纜，
[0010]深水耐壓殼體內(nèi)側(cè)腔體為測距與定位電子艙，深水耐壓換能器和測距與定位電子艙內(nèi)的電信號(hào)交互通過耐壓水密電纜實(shí)現(xiàn)電氣連接，測距與定位電子艙內(nèi)設(shè)置有信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)解析模塊，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接深水耐壓換能器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，所述信號(hào)解析模塊的反饋信號(hào)輸入端連接深水耐壓換能器的反饋信號(hào)輸出端，
[0011]所述水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)包括第二深水耐壓換能器、深水耐壓殼體、應(yīng)答釋放管理電子艙、電池組、釋放機(jī)構(gòu)，
[0012]深水耐壓殼體內(nèi)側(cè)腔體為應(yīng)答釋放管理電子艙，電池組固定在該應(yīng)答釋放管理電子艙內(nèi)，釋放機(jī)構(gòu)固定在深水耐壓殼體的外側(cè)尾部，深水耐壓換能器固定在深水耐壓殼體外側(cè)頂端，應(yīng)答釋放管理電子艙內(nèi)設(shè)置有信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)解析模塊和釋放管理模塊，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接深水耐壓換能器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，所述信號(hào)解析模塊的反饋信號(hào)輸入端連接深水耐壓換能器的反饋信號(hào)輸出端，所述釋放管理模塊的釋放信號(hào)輸出端與釋放機(jī)構(gòu)相連。
[0013]水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)固定排列于水底構(gòu)成應(yīng)答器基陣。
[0014]水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)至少有三個(gè)，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)固定排列于水底構(gòu)成應(yīng)答器基陣。
[0015]基于深海水聲綜合定位系統(tǒng)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法，根據(jù)潛器測距與定位子系統(tǒng)設(shè)定的應(yīng)答模式，水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位:深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個(gè)定位周期中，先由水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)發(fā)射詢問指令，由潛器測距與定位子系統(tǒng)內(nèi)的深水耐壓換能器接收該信號(hào)后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)；該應(yīng)答信號(hào)同時(shí)作為水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)的詢問指令，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)的深水耐壓換能器接收信號(hào)后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)；潛器測距與定位子系統(tǒng)接收應(yīng)答信號(hào)利用長基線定位原理完成自身定位導(dǎo)航，同時(shí)水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)接收測距與定位子系統(tǒng)的應(yīng)答信號(hào)后利用超短基線定位原理實(shí)現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位。
[0016]基于深海水聲綜合定位系統(tǒng)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法:
[0017]根據(jù)潛器測距與定位子系統(tǒng)設(shè)定的自主工作模式，潛器測距與定位子系統(tǒng)完成自身定位導(dǎo)航:在深海潛器下水之前進(jìn)行水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)與潛器測距與定位子系統(tǒng)對齊時(shí)鐘，深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個(gè)定位周期中，先由潛器測距與定位子系統(tǒng)發(fā)射詢問指令，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)接收該信號(hào)后利用超短基線定位原理實(shí)現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)接收詢問指令后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，潛器測距與定位子系統(tǒng)接收應(yīng)答信號(hào)利用長基線定位原理完成自身定位導(dǎo)航。
[0018]水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位之前，首先完成水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)的系統(tǒng)校準(zhǔn)來消除聲學(xué)換能器收發(fā)基陣的安裝誤差:在海底布放一只水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)在水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)下沉過程中連續(xù)與其應(yīng)答，通過超短基線定位原理監(jiān)測水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)下放全過程，待水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)觸底并穩(wěn)定后，水面大洋調(diào)查作業(yè)船只圍繞水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)航行，航行過程中保持應(yīng)答，測量并記錄水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)的位置，完成水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)的系統(tǒng)校準(zhǔn)。
[0019]本發(fā)明還包括利用水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)標(biāo)定水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)的大地坐標(biāo)，此過程為:由水面大洋調(diào)查作業(yè)船只布放多只水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)形成應(yīng)答器基陣，首先利用水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)直接定位應(yīng)答器基陣中距離最遠(yuǎn)的兩只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)的大地坐標(biāo)，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)的聲學(xué)換能器收發(fā)基陣向一只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)發(fā)射測陣指令，該只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)啟動(dòng)測陣模式，并向其他水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)發(fā)射詢問指令，其他水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)接收詢問指令后，向聲學(xué)換能器收發(fā)基陣發(fā)射回復(fù)信號(hào)，操作顯示平臺(tái)記錄此過程所有水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)的時(shí)延值，完成后測陣模式中的水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)自動(dòng)回到應(yīng)答模式，直至每只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)均進(jìn)入過測陣模式，跟蹤標(biāo)定處理機(jī)利用全部時(shí)延值計(jì)算各只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)的相對距離，并連同已獲得的兩只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)的大地坐標(biāo)計(jì)算應(yīng)答器基陣中每只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)的大地坐標(biāo)，將此坐標(biāo)值裝訂到水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)與潛器測距與定位子系統(tǒng)中。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]本發(fā)明是深海水聲綜合定位系統(tǒng)通過水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)、潛器測距與定位子系統(tǒng)和水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)之間發(fā)射詢問指令，并接收彼此回復(fù)的應(yīng)答信號(hào)，實(shí)現(xiàn)水面對水下目標(biāo)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在全海深下定位精度同比現(xiàn)有設(shè)備提高了 4倍以上。本發(fā)明尤其適用于水下定位【技術(shù)領(lǐng)域】，更適合在全海深進(jìn)行定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是【具體實(shí)施方式】一所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)的原理示意圖；
[0023]圖2是深海水聲綜合定位系統(tǒng)的系統(tǒng)校準(zhǔn)原理示意圖；
[0024]圖3是深海水聲綜合定位系統(tǒng)的標(biāo)定原理不意圖；
[0025]圖4是深海水聲綜合定位系統(tǒng)的水面大洋調(diào)查作業(yè)船只發(fā)起方式工作示意圖；
[0026]圖5是深海水聲綜合定位系統(tǒng)的深海潛器發(fā)起方式工作示意圖；
[0027]圖6是深海水聲綜合定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0029]實(shí)施例一、結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施例所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)，它包括水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)1、潛器測距與定位子系統(tǒng)2和多個(gè)水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3，
[0030]水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I安裝在水面大洋調(diào)查作業(yè)船只上，潛器測距與定位子系統(tǒng)2安裝在深海潛器上,多個(gè)水聲綜合應(yīng)答器3布放于海底，
[0031]所述水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I包括聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4、基陣升降桿5、跟蹤標(biāo)定處理機(jī)6、操作顯示平臺(tái)7，
[0032]聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4安裝在基陣升降桿5的末端，聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端與跟蹤標(biāo)定處理機(jī)6的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接，聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4的反饋信號(hào)輸出端與跟蹤標(biāo)定處理機(jī)6的反饋信號(hào)輸入端連接，跟蹤標(biāo)定處理機(jī)6通過數(shù)據(jù)總線與操作顯示平臺(tái)7連接；
[0033]所述潛器測距與定位子系統(tǒng)2包括第一深水耐壓換能器8-1、深水耐壓殼體9和耐壓水密電纜10，[0034]深水耐壓殼體9內(nèi)側(cè)腔體為測距與定位電子艙11，深水耐壓換能器8-1和測距與定位電子艙11內(nèi)的電信號(hào)交互通過耐壓水密電纜10實(shí)現(xiàn)電氣連接，測距與定位電子艙11內(nèi)設(shè)置有信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)解析模塊，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接深水耐壓換能器8-1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，所述信號(hào)解析模塊的反饋信號(hào)輸入端連接深水耐壓換能器8-1的反饋信號(hào)輸出端，
[0035]所述水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3包括第二深水耐壓換能器8-2、深水耐壓殼體12、應(yīng)答釋放管理電子艙13、電池組14、釋放機(jī)構(gòu)15，
[0036]深水耐壓殼體12內(nèi)側(cè)腔體為應(yīng)答釋放管理電子艙13，電池組14固定在該應(yīng)答釋放管理電子艙13內(nèi)，釋放機(jī)構(gòu)15固定在深水耐壓殼體12的外側(cè)尾部，深水耐壓換能器8-2固定在深水耐壓殼體12外側(cè)頂端，應(yīng)答釋放管理電子艙13內(nèi)設(shè)置有信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)解析模塊和釋放管理模塊，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接深水耐壓換能器8-2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，所述信號(hào)解析模塊的反饋信號(hào)輸入端連接深水耐壓換能器8-2的反饋信號(hào)輸出端，所述釋放管理模塊的釋放信號(hào)輸出端與釋放機(jī)構(gòu)15相連。
[0037]本實(shí)施例中，聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4用于向潛器測距與定位子系統(tǒng)2或水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3發(fā)射詢問指令，并接收回復(fù)的應(yīng)答信號(hào)。基陣升降桿5安裝于水面大洋調(diào)查作業(yè)船只的豎井中，用于在作業(yè)時(shí)將聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4探出船體，在作業(yè)結(jié)束后將聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4收回。跟蹤標(biāo)定處理機(jī)6為水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I的干艙設(shè)備，用于控制水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I的工作模式與參數(shù)狀態(tài)，解析應(yīng)答信號(hào)，完成對水聲綜合應(yīng)答器標(biāo)定計(jì)算以及對潛器測距與定位子系統(tǒng)2的定位跟蹤。操作顯示平臺(tái)7為水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I的干艙設(shè)備，用于直觀顯示跟蹤標(biāo)定處理機(jī)6的處理結(jié)果，并向跟蹤標(biāo)定處理機(jī)6下傳用戶的操作與控制指令信息。
[0038]本實(shí)施例中，潛器測距與定位子系統(tǒng)2用于向水面大洋調(diào)查作業(yè)船只標(biāo)示自身位置，并通過與水聲綜合應(yīng)答器3交互完成對自身的定位導(dǎo)航，具有應(yīng)答與自主兩種工作模式。
[0039]深水耐壓換能器8用于向應(yīng)答器基陣發(fā)射詢問指令并接收應(yīng)答信號(hào)，接收水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)發(fā)射的詢問指令并發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，完成聲信號(hào)與電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。測距與定位電子艙11用于控制整個(gè)潛器測距與定位子系統(tǒng)2的工作:應(yīng)答模式下，檢測處理接收的水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I的詢問指令及水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的應(yīng)答信號(hào)；自主模式下僅檢測處理水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的應(yīng)答信號(hào)。解算潛器測距與定位子系統(tǒng)2的位置，并將解算結(jié)果傳遞給深海潛器。
[0040]水聲綜合應(yīng)答器3具有休眠、應(yīng)答、測陣三種工作模式。
[0041]本實(shí)施例中，深水耐壓換能器8用于接收水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I或潛器測距與定位子系統(tǒng)2發(fā)射的詢問指令并發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，完成聲信號(hào)與電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。應(yīng)答釋放管理電子艙13用于控制子系統(tǒng)工作:應(yīng)答模式下，應(yīng)答釋放管理電子艙13檢測處理詢問指令與釋放指令，控制應(yīng)答聲信號(hào)回復(fù)，響應(yīng)釋放指令；測陣模式下，檢測處理測陣指令與測陣信號(hào)，響應(yīng)測陣指令；休眠模式下，管理水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3供電，檢測并響應(yīng)喚醒指令。
[0042]實(shí)施例二、本實(shí)施例與實(shí)施例一所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3為多個(gè)，該多個(gè)水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3固定排列于水底構(gòu)成應(yīng)答器基陣。
[0043]實(shí)施例三、本實(shí)施例與實(shí)施例一所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于,水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3至少有三個(gè)，該至少三個(gè)水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3固定排列于水底構(gòu)成應(yīng)答器基陣。
[0044]實(shí)施例四、采用實(shí)施例一所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法，該定位與導(dǎo)航方法采用以下兩種之一，參見圖6:
[0045]方法一、根據(jù)潛器測距與定位子系統(tǒng)2設(shè)定的應(yīng)答模式，水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位:深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個(gè)定位周期中，先由水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I發(fā)射詢問指令，由潛器測距與定位子系統(tǒng)2內(nèi)的深水耐壓換能器8-1接收該信號(hào)后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)；該應(yīng)答信號(hào)同時(shí)作為水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的詢問指令，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的深水耐壓換能器8-2接收信號(hào)后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)；潛器測距與定位子系統(tǒng)2接收應(yīng)答信號(hào)利用長基線定位原理完成自身定位導(dǎo)航，同時(shí)水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I接收測距與定位子系統(tǒng)2的應(yīng)答信號(hào)后利用超短基線定位原理實(shí)現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位，參見圖4 ；
[0046]方法二、根據(jù)潛器測距與定位子系統(tǒng)2設(shè)定的自主工作模式，潛器測距與定位子系統(tǒng)2完成自身定位導(dǎo)航:在深海潛器下水之前進(jìn)行水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I與潛器測距與定位子系統(tǒng)2對齊時(shí)鐘，深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個(gè)定位周期中，先由潛器測距與定位子系統(tǒng)2發(fā)射詢問指令，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I接收該信號(hào)后利用超短基線定位原理實(shí)現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3接收詢問指令后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，潛器測距與定位子系統(tǒng)2接收應(yīng)答信號(hào)利用長基線定位原理完成自身定位導(dǎo)航，參見圖5。
[0047]本實(shí)施例中，深海潛器完成定位后，選擇性的對應(yīng)答器基陣進(jìn)行休眠或回收，此過程為:休眠時(shí)，由水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I向應(yīng)答器基陣中的各只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3發(fā)射休眠指令，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3進(jìn)入休眠模式；回收時(shí)，由水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I逐一向應(yīng)答器基陣中的各只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3發(fā)射釋放指令，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I定位水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的上浮過程。
[0048]實(shí)施例五、本實(shí)施例是對實(shí)施例四所述的定位與導(dǎo)航方法的進(jìn)一步限定，本實(shí)施例中，水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位之前，首先完成水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I的系統(tǒng)校準(zhǔn)來消除聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4的安裝誤差:在海底布放一只水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)3，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I在水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)3下沉過程中連續(xù)與其應(yīng)答，通過超短基線定位原理監(jiān)測水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3下放全過程，待水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)3觸底并穩(wěn)定后，水面大洋調(diào)查作業(yè)船只圍繞水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3航行，航行過程中保持應(yīng)答，測量并記錄水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)3的位置，完成水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I的系統(tǒng)校準(zhǔn)，參見圖2。
[0049]實(shí)施例六、本實(shí)施例是對實(shí)施例四所述的定位與導(dǎo)航方法的進(jìn)一步限定，定位與導(dǎo)航方法還包括利用水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I標(biāo)定水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)3的大地坐標(biāo)，此過程為:由水面大洋調(diào)查作業(yè)船只布放多只水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)3形成應(yīng)答器基陣，首先利用水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I直接定位應(yīng)答器基陣中距離最遠(yuǎn)的兩只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的大地坐標(biāo),水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I的聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4向一只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3發(fā)射測陣指令，該只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)啟動(dòng)測陣模式，并向其他水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)3發(fā)射詢問指令，其他水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3接收詢問指令后，向聲學(xué)換能器收發(fā)基陣4發(fā)射回復(fù)信號(hào)，操作顯示平臺(tái)7記錄此過程所有水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的時(shí)延值，完成后測陣模式中的水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3自動(dòng)回到應(yīng)答模式，直至每只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3均進(jìn)入過測陣模式，跟蹤標(biāo)定處理機(jī)6利用全部時(shí)延值計(jì)算各只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的相對距離，并連同已獲得的兩只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的大地坐標(biāo)計(jì)算應(yīng)答器基陣中每只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)3的大地坐標(biāo)，將此坐標(biāo)值裝訂到水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)I與潛器測距與定位子系統(tǒng)2中，參見圖3。
【權(quán)利要求】
1.一種深海水聲綜合定位系統(tǒng)，包括水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)、潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)和水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)，其特征在于: 水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)安裝在水面大洋調(diào)查作業(yè)船只上，潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)安裝在深海潛器上,水聲綜合應(yīng)答器(3)布放于海底， 所述水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)包括聲學(xué)換能器收發(fā)基陣(4)、基陣升降桿(5)、跟蹤標(biāo)定處理機(jī)(6)、操作顯示平臺(tái)(7)， 聲學(xué)換能器收發(fā)基陣(4)安裝在基陣升降桿(5)的末端，聲學(xué)換能器收發(fā)基陣(4)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端與跟蹤標(biāo)定處理機(jī)(6)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接，聲學(xué)換能器收發(fā)基陣(4)的反饋信號(hào)輸出端與跟蹤標(biāo)定處理機(jī)(6)的反饋信號(hào)輸入端連接，跟蹤標(biāo)定處理機(jī)(6)通過數(shù)據(jù)總線與操作顯示平臺(tái)(7)連接； 所述潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)包括第一深水耐壓換能器(8-1)、深水耐壓殼體(9)和耐壓水密電纜(10)， 深水耐壓殼體(9)內(nèi)側(cè)腔體為測距與定位電子艙(11)，深水耐壓換能器(8-1)和測距與定位電子艙(11)內(nèi)的電信號(hào)交互通過耐壓水密電纜(10)實(shí)現(xiàn)電氣連接，測距與定位電子艙(11)內(nèi)設(shè)置有信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)解析模塊，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接深水耐壓換能器 (8-1)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，所述信號(hào)解析模塊的反饋信號(hào)輸入端連接深水耐壓換能器(8-1)的反饋信號(hào)輸出端； 所述水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)包括第二深水耐壓換能器(8-2)、深水耐壓殼體(12)、應(yīng)答釋放管理電子艙(13)、電池組(14)、釋放機(jī)構(gòu)(15)， 深水耐壓殼體(12)內(nèi)側(cè)腔體為應(yīng)答釋放管理電子艙(13)，電池組(14)固定在該應(yīng)答釋放管理電子艙(13 )內(nèi)，釋放機(jī)構(gòu)(15 )固定在深水耐壓殼體(12 )的外側(cè)尾部，深水耐壓換能器(8-2)固定在深水耐壓殼體(12)外側(cè)頂端，應(yīng)答釋放管理電子艙(13)內(nèi)設(shè)置有信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)解析模塊和釋放管理模塊，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接深水耐壓換能器(8-2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，所述信號(hào)解析模塊的反饋信號(hào)輸入端連接深水耐壓換能器(8-2)的反饋信號(hào)輸出端，所述釋放管理模塊的釋放信號(hào)輸出端與釋放機(jī)構(gòu)(15)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)，其特征在于:水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)固定排列于水底構(gòu)成應(yīng)答器基陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)，其特征在于:水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)至少有三個(gè)，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)固定排列于水底構(gòu)成應(yīng)答器基陣。
4.一種基于深海水聲綜合定位系統(tǒng)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法，其特征在于: 根據(jù)潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)設(shè)定的應(yīng)答模式，水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位:深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個(gè)定位周期中，先由水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)發(fā)射詢問指令，由潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)內(nèi)的深水耐壓換能器(8-1)接收該信號(hào)后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)；該應(yīng)答信號(hào)同時(shí)作為水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)的詢問指令，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)的深水耐壓換能器(8-2)接收信號(hào)后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)；潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)接收應(yīng)答信號(hào)利用長基線定位原理完成自身定位導(dǎo)航，同時(shí)水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)接收測距與定位子系統(tǒng)(2)的應(yīng)答信號(hào)后利用超短基線定位原理實(shí)現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位。
5.一種基于深海水聲綜合定位系統(tǒng)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法，其特征在于: 根據(jù)潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)設(shè)定的自主工作模式，潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)完成自身定位導(dǎo)航:在深海潛器下水之前進(jìn)行水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)與潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)對齊時(shí)鐘，深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個(gè)定位周期中，先由潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)發(fā)射詢問指令，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)接收該信號(hào)后利用超短基線定位原理實(shí)現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位，水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)接收詢問指令后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)接收應(yīng)答信號(hào)利用長基線定位原理完成自身定位導(dǎo)航。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種基于深海水聲綜合定位系統(tǒng)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法，其特征在于:水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位之前，首先完成水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)的系統(tǒng)校準(zhǔn)來消除聲學(xué)換能器收發(fā)基陣(4)的安裝誤差:在海底布放一只水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)(3)，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)在水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)(3)下沉過程中連續(xù)與其應(yīng)答，通過超短基線定位原理監(jiān)測水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3 )下放全過程，待水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)(3)觸底并穩(wěn)定后，水面大洋調(diào)查作業(yè)船只圍繞水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)航行，航行過程中保持應(yīng)答，測量并記錄水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)(3)的位置，完成水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)的系統(tǒng)校準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于深海水聲綜合定位系統(tǒng)對水下潛器的定位與導(dǎo)航方法，其特征在于:還包括利用水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)標(biāo)定水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)(3)的大地坐標(biāo)，此過程為:由水面大洋調(diào)查作業(yè)船只布放多只水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)(3)形成應(yīng)答器基陣，首先利 用水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)直接定位應(yīng)答器基陣中距離最遠(yuǎn)的兩只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)的大地坐標(biāo)，水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)的聲學(xué)換能器收發(fā)基陣(4)向一只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)發(fā)射測陣指令，該只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)啟動(dòng)測陣模式，并向其他水聲綜合應(yīng)答器系統(tǒng)(3)發(fā)射詢問指令，其他水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)接收詢問指令后，向聲學(xué)換能器收發(fā)基陣(4)發(fā)射回復(fù)信號(hào)，操作顯示平臺(tái)(7)記錄此過程所有水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)的時(shí)延值，完成后測陣模式中的水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)自動(dòng)回到應(yīng)答模式，直至每只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3 )均進(jìn)入過測陣模式，跟蹤標(biāo)定處理機(jī)(6)利用全部時(shí)延值計(jì)算各只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)的相對距離，并連同已獲得的兩只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)的大地坐標(biāo)計(jì)算應(yīng)答器基陣中每只水聲綜合應(yīng)答器子系統(tǒng)(3)的大地坐標(biāo)，將此坐標(biāo)值裝訂到水面跟蹤與標(biāo)定子系統(tǒng)(I)與潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)中。
【文檔編號(hào)】G01S5/18GK103926560SQ201410150903
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】孫大軍, 鄧翠娥, 張居成, 李昭, 張殿倫, 勇俊, 李想, 王永恒, 韓云峰 申請人:哈爾濱工程大學(xué)