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)實現(xiàn)對水下潛器的定位與導航方法，屬于水聲定位聲納設(shè)備領(lǐng)域。本發(fā)明包括：聲學換能器收發(fā)基陣安裝在基陣升降桿末端，聲學換能器收發(fā)基陣的輸入/輸出端連接跟蹤標定處理機的輸出/輸入端，跟蹤標定處理機連接操作顯示平臺，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現(xiàn)電氣連接，深水耐壓殼體內(nèi)側(cè)為應答釋放管理電子艙，電池組固定在應答釋放管理電子艙內(nèi)，釋放機構(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)明實現(xiàn)水面對水下目標位置進行實時監(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航方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀是“海洋世紀”，海洋這一蘊藏巨大資源的寶庫，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“圈海運動”興起，促使我國的海洋事業(yè)進入快速發(fā)展階段，也促使與海洋開發(fā)相關(guān)的技術(shù)和裝備進入發(fā)展的快車道。聲學定位是海洋科學考察、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定位設(shè)備，可實現(xiàn)水面對水下目標位置的實時監(jiān)控、水面與水下平臺的信息交互乃至實現(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、復雜的海底陣形校準，且難于在較短的工作周期內(nèi)實現(xiàn)水面與水下同時對潛器定位。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，擴展了自身設(shè)備之間的融合技術(shù)，實現(xiàn)了多方位靈活地實時監(jiān)控與導航跟蹤，可以保證提供具有充分數(shù)據(jù)冗余的全海深米級定位精度，將會大大改善未來水下作業(yè)定位服務效果。
[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)實現(xiàn)對水下潛器的定位與導航方法。
[0005]深海水聲綜合定位系統(tǒng)，它包括水面跟蹤與標定子系統(tǒng)、潛器測距與定位子系統(tǒng)和多個水聲綜合應答器子系統(tǒng)，
[0006]水面跟蹤與標定子系統(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，多個水聲綜合應答器布放于海底，
[0007]所述水面跟蹤與標定子系統(tǒng)包括聲學換能器收發(fā)基陣、基陣升降桿、跟蹤標定處理機、操作顯示平臺，
[0008]聲學換能器收發(fā)基陣安裝在基陣升降桿的末端，聲學換能器收發(fā)基陣的驅(qū)動信號輸入端與跟蹤標定處理機的驅(qū)動信號輸出端連接，聲學換能器收發(fā)基陣的反饋信號輸出端與跟蹤標定處理機的反饋信號輸入端連接，跟蹤標定處理機通過數(shù)據(jù)總線與操作顯示平臺連接；[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)的電信號交互通過耐壓水密電纜實現(xiàn)電氣連接，測距與定位電子艙內(nèi)設(shè)置有信號驅(qū)動模塊和信號解析模塊，所述信號驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號輸出端連接深水耐壓換能器的驅(qū)動信號輸入端，所述信號解析模塊的反饋信號輸入端連接深水耐壓換能器的反饋信號輸出端，
[0011]所述水聲綜合應答器子系統(tǒng)包括第二深水耐壓換能器、深水耐壓殼體、應答釋放管理電子艙、電池組、釋放機構(gòu)，
[0012]深水耐壓殼體內(nèi)側(cè)腔體為應答釋放管理電子艙，電池組固定在該應答釋放管理電子艙內(nèi)，釋放機構(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，應答釋放管理電子艙內(nèi)設(shè)置有信號驅(qū)動模塊、信號解析模塊和釋放管理模塊，所述信號驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號輸出端連接深水耐壓換能器的驅(qū)動信號輸入端，所述信號解析模塊的反饋信號輸入端連接深水耐壓換能器的反饋信號輸出端，所述釋放管理模塊的釋放信號輸出端與釋放機構(gòu)相連。
[0013]水聲綜合應答器子系統(tǒng)固定排列于水底構(gòu)成應答器基陣。
[0014]水聲綜合應答器子系統(tǒng)至少有三個，水聲綜合應答器子系統(tǒng)固定排列于水底構(gòu)成應答器基陣。
[0015]基于深海水聲綜合定位系統(tǒng)對水下潛器的定位與導航方法，根據(jù)潛器測距與定位子系統(tǒng)設(shè)定的應答模式，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)在每個定位周期中，先由水面跟蹤與標定子系統(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后發(fā)射應答信號；該應答信號同時作為水聲綜合應答器子系統(tǒng)的詢問指令，水聲綜合應答器子系統(tǒng)的深水耐壓換能器接收信號后發(fā)射應答信號；潛器測距與定位子系統(tǒng)接收應答信號利用長基線定位原理完成自身定位導航，同時水面跟蹤與標定子系統(tǒng)接收測距與定位子系統(tǒng)的應答信號后利用超短基線定位原理實現(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)完成自身定位導航:在深海潛器下水之前進行水面跟蹤與標定子系統(tǒng)與潛器測距與定位子系統(tǒng)對齊時鐘，深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個定位周期中，先由潛器測距與定位子系統(tǒng)發(fā)射詢問指令，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)接收該信號后利用超短基線定位原理實現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位，水聲綜合應答器子系統(tǒng)接收詢問指令后發(fā)射應答信號，潛器測距與定位子系統(tǒng)接收應答信號利用長基線定位原理完成自身定位導航。
[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定子系統(tǒng)的系統(tǒng)校準來消除聲學換能器收發(fā)基陣的安裝誤差:在海底布放一只水聲綜合應答器系統(tǒng)，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)在水聲綜合應答器系統(tǒng)下沉過程中連續(xù)與其應答，通過超短基線定位原理監(jiān)測水聲綜合應答器子系統(tǒng)下放全過程，待水聲綜合應答器系統(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答器子系統(tǒng)航行，航行過程中保持應答，測量并記錄水聲綜合應答器系統(tǒng)的位置，完成水面跟蹤與標定子系統(tǒng)的系統(tǒng)校準。
[0019]本發(fā)明還包括利用水面跟蹤與標定子系統(tǒng)標定水聲綜合應答器系統(tǒng)的大地坐標，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答器系統(tǒng)形成應答器基陣，首先利用水面跟蹤與標定子系統(tǒng)直接定位應答器基陣中距離最遠的兩只水聲綜合應答器子系統(tǒng)的大地坐標，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)的聲學換能器收發(fā)基陣向一只水聲綜合應答器子系統(tǒng)發(fā)射測陣指令，該只水聲綜合應答器子系統(tǒng)啟動測陣模式，并向其他水聲綜合應答器系統(tǒng)發(fā)射詢問指令，其他水聲綜合應答器子系統(tǒng)接收詢問指令后，向聲學換能器收發(fā)基陣發(fā)射回復信號，操作顯示平臺記錄此過程所有水聲綜合應答器子系統(tǒng)的時延值，完成后測陣模式中的水聲綜合應答器子系統(tǒng)自動回到應答模式，直至每只水聲綜合應答器子系統(tǒng)均進入過測陣模式，跟蹤標定處理機利用全部時延值計算各只水聲綜合應答器子系統(tǒng)的相對距離，并連同已獲得的兩只水聲綜合應答器子系統(tǒng)的大地坐標計算應答器基陣中每只水聲綜合應答器子系統(tǒng)的大地坐標，將此坐標值裝訂到水面跟蹤與標定子系統(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)通過水面跟蹤與標定子系統(tǒng)、潛器測距與定位子系統(tǒng)和水聲綜合應答器子系統(tǒng)之間發(fā)射詢問指令，并接收彼此回復的應答信號，實現(xiàn)水面對水下目標位置進行實時監(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】，更適合在全海深進行定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是【具體實施方式】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)校準原理示意圖；
[0024]圖3是深海水聲綜合定位系統(tǒng)的標定原理不意圖；
[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)實現(xiàn)對水下潛器的定位與導航方法。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。
[0029]實施例一、結(jié)合圖1說明本實施方式，本實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定子系統(tǒng)1、潛器測距與定位子系統(tǒng)2和多個水聲綜合應答器子系統(tǒng)3，
[0030]水面跟蹤與標定子系統(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,多個水聲綜合應答器3布放于海底，
[0031]所述水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I包括聲學換能器收發(fā)基陣4、基陣升降桿5、跟蹤標定處理機6、操作顯示平臺7，
[0032]聲學換能器收發(fā)基陣4安裝在基陣升降桿5的末端，聲學換能器收發(fā)基陣4的驅(qū)動信號輸入端與跟蹤標定處理機6的驅(qū)動信號輸出端連接，聲學換能器收發(fā)基陣4的反饋信號輸出端與跟蹤標定處理機6的反饋信號輸入端連接，跟蹤標定處理機6通過數(shù)據(jù)總線與操作顯示平臺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)的電信號交互通過耐壓水密電纜10實現(xiàn)電氣連接，測距與定位電子艙11內(nèi)設(shè)置有信號驅(qū)動模塊和信號解析模塊，所述信號驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號輸出端連接深水耐壓換能器8-1的驅(qū)動信號輸入端，所述信號解析模塊的反饋信號輸入端連接深水耐壓換能器8-1的反饋信號輸出端，
[0035]所述水聲綜合應答器子系統(tǒng)3包括第二深水耐壓換能器8-2、深水耐壓殼體12、應答釋放管理電子艙13、電池組14、釋放機構(gòu)15，
[0036]深水耐壓殼體12內(nèi)側(cè)腔體為應答釋放管理電子艙13，電池組14固定在該應答釋放管理電子艙13內(nèi)，釋放機構(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，應答釋放管理電子艙13內(nèi)設(shè)置有信號驅(qū)動模塊、信號解析模塊和釋放管理模塊，所述信號驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號輸出端連接深水耐壓換能器8-2的驅(qū)動信號輸入端，所述信號解析模塊的反饋信號輸入端連接深水耐壓換能器8-2的反饋信號輸出端，所述釋放管理模塊的釋放信號輸出端與釋放機構(gòu)15相連。
[0037]本實施例中，聲學換能器收發(fā)基陣4用于向潛器測距與定位子系統(tǒng)2或水聲綜合應答器子系統(tǒng)3發(fā)射詢問指令，并接收回復的應答信號。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)時將聲學換能器收發(fā)基陣4探出船體，在作業(yè)結(jié)束后將聲學換能器收發(fā)基陣4收回。跟蹤標定處理機6為水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I的干艙設(shè)備，用于控制水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I的工作模式與參數(shù)狀態(tài)，解析應答信號，完成對水聲綜合應答器標定計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7為水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I的干艙設(shè)備，用于直觀顯示跟蹤標定處理機6的處理結(jié)果，并向跟蹤標定處理機6下傳用戶的操作與控制指令信息。
[0038]本實施例中，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)船只標示自身位置，并通過與水聲綜合應答器3交互完成對自身的定位導航，具有應答與自主兩種工作模式。
[0039]深水耐壓換能器8用于向應答器基陣發(fā)射詢問指令并接收應答信號，接收水面跟蹤與標定子系統(tǒng)發(fā)射的詢問指令并發(fā)射應答信號，完成聲信號與電信號之間的相互轉(zhuǎn)換。測距與定位電子艙11用于控制整個潛器測距與定位子系統(tǒng)2的工作:應答模式下，檢測處理接收的水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I的詢問指令及水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的應答信號；自主模式下僅檢測處理水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的應答信號。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]水聲綜合應答器3具有休眠、應答、測陣三種工作模式。
[0041]本實施例中，深水耐壓換能器8用于接收水面跟蹤與標定子系統(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)射應答信號，完成聲信號與電信號之間的相互轉(zhuǎn)換。應答釋放管理電子艙13用于控制子系統(tǒng)工作:應答模式下，應答釋放管理電子艙13檢測處理詢問指令與釋放指令，控制應答聲信號回復，響應釋放指令；測陣模式下，檢測處理測陣指令與測陣信號，響應測陣指令；休眠模式下，管理水聲綜合應答器子系統(tǒng)3供電，檢測并響應喚醒指令。
[0042]實施例二、本實施例與實施例一所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)的不同點在于，水聲綜合應答器子系統(tǒng)3為多個，該多個水聲綜合應答器子系統(tǒng)3固定排列于水底構(gòu)成應答器基陣。
[0043]實施例三、本實施例與實施例一所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)的不同點在于,水聲綜合應答器子系統(tǒng)3至少有三個，該至少三個水聲綜合應答器子系統(tǒng)3固定排列于水底構(gòu)成應答器基陣。
[0044]實施例四、采用實施例一所述的深海水聲綜合定位系統(tǒng)實現(xiàn)對水下潛器的定位與導航方法，該定位與導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)在每個定位周期中，先由水面跟蹤與標定子系統(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接收該信號后發(fā)射應答信號；該應答信號同時作為水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的詢問指令，水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的深水耐壓換能器8-2接收信號后發(fā)射應答信號；潛器測距與定位子系統(tǒng)2接收應答信號利用長基線定位原理完成自身定位導航，同時水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I接收測距與定位子系統(tǒng)2的應答信號后利用超短基線定位原理實現(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完成自身定位導航:在深海潛器下水之前進行水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I與潛器測距與定位子系統(tǒng)2對齊時鐘，深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個定位周期中，先由潛器測距與定位子系統(tǒng)2發(fā)射詢問指令，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I接收該信號后利用超短基線定位原理實現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位，水聲綜合應答器子系統(tǒng)3接收詢問指令后發(fā)射應答信號，潛器測距與定位子系統(tǒng)2接收應答信號利用長基線定位原理完成自身定位導航，參見圖5。
[0047]本實施例中，深海潛器完成定位后，選擇性的對應答器基陣進行休眠或回收，此過程為:休眠時，由水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I向應答器基陣中的各只水聲綜合應答器子系統(tǒng)3發(fā)射休眠指令，水聲綜合應答器子系統(tǒng)3進入休眠模式；回收時，由水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I逐一向應答器基陣中的各只水聲綜合應答器子系統(tǒng)3發(fā)射釋放指令，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I定位水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的上浮過程。
[0048]實施例五、本實施例是對實施例四所述的定位與導航方法的進一步限定，本實施例中，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定子系統(tǒng)I的系統(tǒng)校準來消除聲學換能器收發(fā)基陣4的安裝誤差:在海底布放一只水聲綜合應答器系統(tǒng)3，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I在水聲綜合應答器系統(tǒng)3下沉過程中連續(xù)與其應答，通過超短基線定位原理監(jiān)測水聲綜合應答器子系統(tǒng)3下放全過程，待水聲綜合應答器系統(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答器子系統(tǒng)3航行，航行過程中保持應答，測量并記錄水聲綜合應答器系統(tǒng)3的位置，完成水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I的系統(tǒng)校準，參見圖2。
[0049]實施例六、本實施例是對實施例四所述的定位與導航方法的進一步限定，定位與導航方法還包括利用水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I標定水聲綜合應答器系統(tǒng)3的大地坐標，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答器系統(tǒng)3形成應答器基陣，首先利用水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I直接定位應答器基陣中距離最遠的兩只水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的大地坐標,水面跟蹤與標定子系統(tǒng)I的聲學換能器收發(fā)基陣4向一只水聲綜合應答器子系統(tǒng)3發(fā)射測陣指令，該只水聲綜合應答器子系統(tǒng)啟動測陣模式，并向其他水聲綜合應答器系統(tǒng)3發(fā)射詢問指令，其他水聲綜合應答器子系統(tǒng)3接收詢問指令后，向聲學換能器收發(fā)基陣4發(fā)射回復信號，操作顯示平臺7記錄此過程所有水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的時延值，完成后測陣模式中的水聲綜合應答器子系統(tǒng)3自動回到應答模式，直至每只水聲綜合應答器子系統(tǒng)3均進入過測陣模式，跟蹤標定處理機6利用全部時延值計算各只水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的相對距離，并連同已獲得的兩只水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的大地坐標計算應答器基陣中每只水聲綜合應答器子系統(tǒng)3的大地坐標，將此坐標值裝訂到水面跟蹤與標定子系統(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)，包括水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)、潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)和水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)，其特征在于: 水面跟蹤與標定子系統(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,水聲綜合應答器(3)布放于海底， 所述水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)包括聲學換能器收發(fā)基陣(4)、基陣升降桿(5)、跟蹤標定處理機(6)、操作顯示平臺(7)， 聲學換能器收發(fā)基陣(4)安裝在基陣升降桿(5)的末端，聲學換能器收發(fā)基陣(4)的驅(qū)動信號輸入端與跟蹤標定處理機(6)的驅(qū)動信號輸出端連接，聲學換能器收發(fā)基陣(4)的反饋信號輸出端與跟蹤標定處理機(6)的反饋信號輸入端連接，跟蹤標定處理機(6)通過數(shù)據(jù)總線與操作顯示平臺(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)的電信號交互通過耐壓水密電纜(10)實現(xiàn)電氣連接，測距與定位電子艙(11)內(nèi)設(shè)置有信號驅(qū)動模塊和信號解析模塊，所述信號驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號輸出端連接深水耐壓換能器 (8-1)的驅(qū)動信號輸入端，所述信號解析模塊的反饋信號輸入端連接深水耐壓換能器(8-1)的反饋信號輸出端； 所述水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)包括第二深水耐壓換能器(8-2)、深水耐壓殼體(12)、應答釋放管理電子艙(13)、電池組(14)、釋放機構(gòu)(15)， 深水耐壓殼體(12)內(nèi)側(cè)腔體為應答釋放管理電子艙(13)，電池組(14)固定在該應答釋放管理電子艙(13 )內(nèi)，釋放機構(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，應答釋放管理電子艙(13)內(nèi)設(shè)置有信號驅(qū)動模塊、信號解析模塊和釋放管理模塊，所述信號驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號輸出端連接深水耐壓換能器(8-2)的驅(qū)動信號輸入端，所述信號解析模塊的反饋信號輸入端連接深水耐壓換能器(8-2)的反饋信號輸出端，所述釋放管理模塊的釋放信號輸出端與釋放機構(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:水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)固定排列于水底構(gòu)成應答器基陣。
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:水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)至少有三個，水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)固定排列于水底構(gòu)成應答器基陣。
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)在每個定位周期中，先由水面跟蹤與標定子系統(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)接收該信號后發(fā)射應答信號；該應答信號同時作為水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)的詢問指令，水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)的深水耐壓換能器(8-2)接收信號后發(fā)射應答信號；潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)接收應答信號利用長基線定位原理完成自身定位導航，同時水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)接收測距與定位子系統(tǒng)(2)的應答信號后利用超短基線定位原理實現(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)完成自身定位導航:在深海潛器下水之前進行水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)與潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)對齊時鐘，深海水聲綜合定位系統(tǒng)在每個定位周期中，先由潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)發(fā)射詢問指令，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)接收該信號后利用超短基線定位原理實現(xiàn)水面大洋調(diào)查作業(yè)船只對深海潛器的跟蹤定位，水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)接收詢問指令后發(fā)射應答信號，潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)接收應答信號利用長基線定位原理完成自身定位導航。
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定子系統(tǒng)(I)的系統(tǒng)校準來消除聲學換能器收發(fā)基陣(4)的安裝誤差:在海底布放一只水聲綜合應答器系統(tǒng)(3)，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)在水聲綜合應答器系統(tǒng)(3)下沉過程中連續(xù)與其應答，通過超短基線定位原理監(jiān)測水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3 )下放全過程，待水聲綜合應答器系統(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答器子系統(tǒng)(3)航行，航行過程中保持應答，測量并記錄水聲綜合應答器系統(tǒng)(3)的位置，完成水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)的系統(tǒng)校準。
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航方法，其特征在于:還包括利用水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)標定水聲綜合應答器系統(tǒng)(3)的大地坐標，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答器系統(tǒng)(3)形成應答器基陣，首先利 用水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)直接定位應答器基陣中距離最遠的兩只水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)的大地坐標，水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)的聲學換能器收發(fā)基陣(4)向一只水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)發(fā)射測陣指令，該只水聲綜合應答器子系統(tǒng)啟動測陣模式，并向其他水聲綜合應答器系統(tǒng)(3)發(fā)射詢問指令，其他水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)接收詢問指令后，向聲學換能器收發(fā)基陣(4)發(fā)射回復信號，操作顯示平臺(7)記錄此過程所有水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)的時延值，完成后測陣模式中的水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)自動回到應答模式，直至每只水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3 )均進入過測陣模式，跟蹤標定處理機(6)利用全部時延值計算各只水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)的相對距離，并連同已獲得的兩只水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)的大地坐標計算應答器基陣中每只水聲綜合應答器子系統(tǒng)(3)的大地坐標，將此坐標值裝訂到水面跟蹤與標定子系統(tǒng)(I)與潛器測距與定位子系統(tǒng)(2)中。
【文檔編號】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