超短基线定位系统接收机与其应答器的设计

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1、哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：：区盘当日期：2Dp髟年弓月／gEI哈尔演T程大学硕士学位论文第1章绪论1．1引言地球上的海洋总面积约占地球表面积的70％以上，其中蕴藏着丰富的尚未完全开发利用的资源。伴随着人

2、类能源消耗的快速增长，陆地上的资源日益匮乏，人们开始将目光投向这片蓝色的水域，希望能够从海洋中开发人类所需的能源。积极发展海洋高新技术，抢占和开发海洋空间及资源，从海洋中获得更大的利益已成为众多国家本世纪的发展战略。我国是拥有两千多公里海岸线的海洋大国，在这广袤的海洋中蕴含着极其丰富的资源，保护和开发本国海洋资源，己成为我国的重要任务。为此，我国加大了对海洋资源开发技术的研究力度，大力发展深水资源的勘探开发技术，以缩短我国海洋资源勘探开发技术与世界先进水平的差距。“超短基线定位系统研制”的目标是：开发超短基线定位系统，为建立水下立体高精度定位系

3、统，解决水下探测和作业的高精度定位问题提供技术装备。1．2超短基线定位系统简介水声定位系统主要指的是可用于局部区域精确定位导航的系统¨1。水声定位系统分为长基线系统，短基线系统和超短基线系统。这些定位系统有多个基元(接收器或应答器)，基元间的连线称为基线。一般用基线的长度来判断属于哪类系统。表1．1列出了三种定位系统的分类。表1．1水声定位系统分类定位类型基线长度／m简称长基线100～6000LBL·短基线l～50SBL超短基线

4、点是基阵尺寸特别小，可以在较小的载体上使用。发哈尔滨工程大学硕十学位论文射换能器和几个水听器可以组合成一个整体，称为声头，其尺寸只有几厘米至几十厘米。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安装或吊放。正因为水听器基阵的尺寸很小，不能利用短基线系统中的常规脉冲包络检波和相对到达时间测量方法。必须利用相位差或相位比较法，通过相位差测量，确定信标(或应答器)在基阵坐标系中的方位，从而进行定位解算。若按照工作方式来划分，以上三种定位系统都可以选择使用同步信标

5、工作方式或应答器工作方式。采用同步信标工作方式，要求在待测目标或测量船上都安装高精度同步时钟系统，信标按规定的时刻定时发射信号，并据此确定目标位置。应答器工作方式要求在应答和测量船上都安装询问(应答)发射机和接收机口1。超短基线(UltraShortBaseLine：USBL)定位系统利用水声定位技术对水下目标进行定位、跟踪和数据传输。系统采用应答器工作方式；由于基阵尺寸很小，所以安装比较方便；而且设备成本相对较低，使用十分灵活。其工作示意图如图1．1所示：／“弓图1．1超短基线定位系统工作示意图本系统主要解决高精度测时测向、高性能水声换能器成

6、阵、复杂信号编2哈尔滨工程大学硕士学位论文码、远距离水声通信和数字信号处理软硬件等技术难点，研发具有自主知识产权，达到国际先进水平的试验样机。该系统具有体积小、精度高和使用方便等优点，可广泛应用于深海或大洋资源调查、勘探与开发，海洋工程及水下作业等领域。13水声应答器的发展与现状超短基线定位系统在深海资源探测与开发中扮演着重要的角色，而水声应答器是水声定位系统的重要部分，因此，研SUCH应的深海应答器就成了一项重要的工作。目前团内还没有专门从事应答器生产的公司，国外在这方面起步较早，其产品型号较全，基本可以满足不同海洋条件下特定任务的需要。其中

7、法国的OceanoTechnologies公司始建于1977年，是一家专业从事水声设备、海洋学仪器和水下导航设备开发的公司，在2002年该公司与IXSEA公司合并。许多发达国家的海军及海洋研究所都有OceaIloTechnologies公司的产品，同时其产品也已经成为业内的标准，代表着当今世界的先进水平⋯⋯”1。2}甏溜2}％耀0CEAN0MT951S图12OceanoTechnologies公司的应答器产品如图12所示，ET861S、ET861G和MT861S是OceanoTechnologies公司的几款应答器产品，它们的工作频率为8kHz

8、到16kHz，最人工作深度为6000m，命令编码采用FSK方式。美幽的Benthos公司也是一家从事水声设备研制的公司，其研制的水下1■■霪W彬jrk