超短基线定位系统显控与算法实现技术分析

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文除等都要用到水声定位技术，为人类从事海洋活动提供了更加广阔的前景。拥有全天候、高精度、高可靠性的水声定位系统也为人类的海洋资源开发提供了更加可靠的保障。随着我国对海洋资源的开发和保护越来越重视，如目前兴起的水下考古研究，各种海洋工程的建设、海洋油气和深海矿产资源的调查和开发等方面的投入日益加大，因而对海洋调查测量的精度和手段的要求也越来越高，高精度的定位系统是获取各种高精度测量数据的最基本保证。科研人员希望能够从声、光或电磁波中找到一种在海水介质中具有理想传播性能的方式。而声波在海水、海底介质中的吸收

2、衰减远小于光波、电磁波，可以在海洋中传播最远。因此水声技术是当前海洋科学中的主要研究手段吲。但有些人并不满足于此，因为海洋介质的不均匀性和多变性导致声速分布规律非常复杂，还受到多种因素的制约网。这样声纳在进行水下探测、定位时，有时会造成较大的定位和测向偏差。1963年，S．A．Sullian及S．Q．Dimt．1ey等人在研究光波在海洋中的传播特性时，发现海水对O．45．0．55微米波段内的蓝绿光的衰减比对其他光波段的衰减要小很多，利用工作在蓝绿光波段的激光器可研制出基于新的物理机理的水下目标探测、控制、通信等新型装备。一些发

3、达国家如美国、加拿大、澳大利亚、瑞典、意大利、日本和法国都建立了各自的水下光电探测研究系统。一些激光水下探测系统，如美国卡曼航空公司的MagicLantern90、美国西屋电气总公司的SM2000以及加拿大LUCIE等已投入使用，这些系统大多以搜索沿海潜艇、小型潜艇和水雷为目的，或是声纳探测的一种辅助手段，且现阶段也只局限于目标的探测，至于蓝绿激光技术的更广泛应用尚处于概念阶段或实验阶段H1。尽管海洋环境复杂多变，但经过几十年的研究，声辐射、声传播、水下噪声、水声信号处理等都已基本形成了成熟的理论，因此水声技术目前仍是水下目标

4、定位的最有效方法。目前应用的水声定位系统，根据接收机基阵的尺度或应答器基阵的基线长度分类，可以分为长基线、短基线和超短基线水声定位系统三种。长基线水声定位系统的基阵长度在几公里到几十公里的量级，其优点在于定位精度高，作用距离远，但是布放和回收声信标数量多而且较困难，因此成本很高；短基线水声定位系统的基阵长度在几米到几十米的量级；其定位精度和作用距离均比长基线差一些，但是安装成本较低：超短基线定位系统的基阵长度3哈尔滨1=程大学硕士学位论文在几厘米到几十厘米的量级：与长基线系统相比只需～个水下声信标，布放比较简单；与短基线相比，

5、不需把水听器分别间隔安装，故其成本最低。超短基线定位系统为20世纪70年代为简化水声定位系统而发展起来的。它的特点是基阵尺寸特别小，可以在较小的载体上使用。发射换能器和几个水听器可以组合成声头，其尺寸较小。声头可安装在船体底部，也可以悬挂于小型水面船的一侧。由于只用一个尺寸不大的声头，使用较为方便灵活，且易于在载体上选择噪声干扰较小的位置进行安装或调放p1。从20世纪90年代起，超短基线定位系统的发展方向主要集中在两个方面，用宽带发射信号代替传统的单频发射信号，从而达到抗多途、提高处理增益等好处，如法国的POSIDONIA60

6、00；对基阵阵型的改进，增加定位信息冗余，以提高定位精度，如KongsbergSimrad公司的HiPAP系列。法国ixSea、英国Sonardyne、挪威Simrad等公司均有商用的深水超短基线定位系统产品，其定位性能指标已达到O．5％斜距，甚至有几套系统号称达到0．2％斜距，代表着当今世界的最高水平Ⅻ琊胴。国外对声学定位系统研究较早的是挪威KongsbergSimrad公司u们，己有近30年的研究、开发历史。该公司掌握了三种定位技术，有一系列成熟的产品投入到军方及民用，己经成为该项技术的标准。特别是该公司于1997年推出了

7、世界领先水平的高精度长程超短基线定位系统一HiPAP350，作用距离可达3000m，距离测量精度优于20cm，随后推出HiPAP500，作用水深达4000m，测距精度优于20cm，新近推出的HiPAP700，作用水深达10000m，测距精度优于50cm，也是世界上唯一工作水深上万米的长程超短基线定位系统；HiPAP700的换能器由50个声学单元组成，采用-t-7．50的窄波束方式提高了换能器的指向性和信噪比，工作频率13kHz，能同时跟踪五个以上的目标；HiPAP系列水下定位系统，同时具有长基线定位功能，而且在同一工作船上可以

8、安装2个换能器、一套收发系统工作，进一步提高定位精度。IxSea公司研制的新型超短基线定位系统GAPS近些年也引起广泛的关注㈣，GAPS是世界首个便携式、即插即用、无需坐标校准的超短基线定位系统。GAPS最大的优点是将GPS定位系统、惯性导航系统及水声定位系统的传感器组装在一