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1、水下声学定位和导航技术张亚利海洋地质调查局技术求备研究室、。提要本文介绍了短墓线超短基线和长基线的声学定位原理和特性文章、。、、还对声学导航水下跟踪水下声学定位的应用海洋工程用的导航技术。海洋勘探以及海洋地球物理稠查等简题进行了衬扮引言一短基线系统由于电磁波在海水高导电介质中传播有,声学位置指示系统采用短基线工作时,,极大的衰减限制了无线电导航设备如台要求在海底工作目标处置放一个声学信标,,卡劳兰卫星导航和雷达等常规导航技它以一定的重复频率发射脉冲调制声学信。,,术在水下定位和导航的应用与之相反声号船上按左右舷向和媚尾向
2、轴,,学信号在海水中传播衰减很小可以穿过较向在船底部布置安装三到四个接收水听器,、,远的距离因此采用短基线超短基线和长用以接收水下信标发射的脉冲信号侧量基线的声学位置指示系统是近年来发展较快或轴向上二个水听器接收该信号通过行程二,,并得到广泛应用的水下声学定位和导航技所产生的时差八或△同时考虑船的纵。,术这种技术的特点是采用在海底安装能发横摇摆角和信标到水听器的垂直距离可、、射声学信号标志的信标应答器响应器或以计算出船相对水下信标在和轴向的水平,,,是多个应答器的阵列作为水下参考点来偏移量并在上以船为中心显示出信。。确定
3、水面船只和水下潜水器的相对位置在标的位置和方法图是短基线声学位置指,。某种程度上这种方法与以岸台无线电信标示仪的几何原理图由图可见·,,、,为基准参考点的无线电导航系统有很大的相八当很小。,,似时有口““的近似等式从而可以,本文从水下声学定位和导航技术角度··‘八,,求出轴上的偏移同理可,,讨论短基线系统超短基线系统长基线系·、二△二。,求出轴上的偏移义为声波统的声学定位原理和特点长基线和超短基,,,。。,线的组合系统水下导航和潜水器跟踪以在海水中的传播速度约为米秒、,及水下声学定位和导航技术在海洋工程海为同一轴上二个水
4、听器的安装距离约为。,。洋开发和海洋地质调查中的应用米称之为短基线的基线长度一一©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net,提高测量船位的精度将几个水听器接收元,件阵列装于单个水听器内采用相位测量技。术发展了第二代超短基线位置指示仪随着,,微处理机的应用年代中期以后国外在超短基线相位比较技术的基础上采用微处理机数字计算技术发展了第三代声学位置指示。仪超短基线系统仅采用一个自由振荡
5、的水,下信标和一个水听器采用相位比较技术来确定船相对信标的位置。水听器内按、和,的轴向装有排列成形的三个接收元件同一轴上二个接收元件间距约时厘,。米形成超短基线当声波波前到达水听,·,’。二”器时三个元件分别测量接收信号的相对相。,位当船在信标正上方时水听器内二个同当很小时一轴上的接收元件所接收的声学信号是同相。上,,的而当船远离信标漂移时信号的相对相··。’粤△位增加超短基线的相位比较技术原理见图,所示几何原理见图所示、图短基线声学位置指示仪几何原理图图中是实际垂直方向与过轴的声,海上石油钻井要求钻井浮船或半潜船,波路
6、径在垂直平面上投影之间的夹角的转盘相对海底井口的水平偏移小于水深的,是水听器接收元件和之间的基线距离,。以保证不损坏水下器具和正常钻井,为信标到水听器的垂直距离币是接收,根据短基线的声学定位原理我们研制了。元件和在时刻接收信标信号的相位。型和型超声波船位仪在海上石油钻井工,,,。差是与中对应的声程差为声波角频率,口作时我们在井附近或防喷器组架上安装,由图可见因为,固定的声学信标可以监视钻井船相对海底·,二,,。。又因为,二所以得出井口的位置变化当水平位移在水深的毛,。范围内时其位置指示精度可达水深的。,,二,,币一一其中
7、短基线船位仪的位置指示精度受四个水—,听器的安装影响较大除了要求避免水声传、,,,,,,、,,,,,,,二司。一,一一,当测出相位差叭则可从图“的三播的多经效应和遮挡外还要求水听器的高等,、二·交,二度安装容差在厘米以下另外为防止角关系中求出轴向的位移量,、·,,。气泡作用的影响要求四个水听器伸出船底同理可以求出轴向位移量只,,米以下才能获得好的声学测量效果因实际工作的超短基线位置指示仪将利用。,此对系统的安装提出了较为苛刻的条件相位差币和币信标与水听器之间的垂,,直距离以及船的纵横倾斜角水听器偏二超短基线系统移和信标偏
8、移等修正量一起计算出船的真位,为改善短基线水听器安装的困难和。置一©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net,,,垂直平面。淡波,力距离人传感器的介传感器的占号声学参照信标海
