水下定位與導(dǎo)航簡(jiǎn)述

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1、水下定位與導(dǎo)航概述航空航天學(xué)院劉星2015221903101水下定位與導(dǎo)航發(fā)展概況2水下定位與導(dǎo)航技術(shù)的簡(jiǎn)介3聲吶方程基礎(chǔ)4水下定位與導(dǎo)航技術(shù)在海洋資源開發(fā)中的應(yīng)用實(shí)例1水下定位與導(dǎo)航發(fā)展概況1912年鐵達(dá)尼事件20世紀(jì)70年代，還有勘探及軍事需求獲取水下信息最有效的轉(zhuǎn)播載體是聲波其他水面艦船的導(dǎo)航手段除了慣性導(dǎo)航外均很難用于水下載體的導(dǎo)航定位。并且慣性導(dǎo)航容易導(dǎo)致誤差積累精度難以滿足需求。2水下定位與導(dǎo)航技術(shù)的簡(jiǎn)介定位類型基線長(zhǎng)度/m簡(jiǎn)稱長(zhǎng)基線100~6000LBL短基線1~50SBL超短基線<1USBL或SSBL水下定位與導(dǎo)航技術(shù)大體分為三類：水下定位技術(shù)、載體聲學(xué)測(cè)速技術(shù)和

2、海底地形地貌測(cè)量技術(shù)水下定位系統(tǒng)主要是指可用于局部區(qū)域精確定位與導(dǎo)航的系統(tǒng)。水下定位系統(tǒng)又分為：長(zhǎng)基線、短基線與超短基線系統(tǒng)。水下定位系統(tǒng)都有多個(gè)基元（接收器或應(yīng)答器），這些基元間的連線稱為基線海底應(yīng)答器的位置分別為：注意：與ＧＰＳ定位不同，僅需３個(gè)海底應(yīng)答器即可！三種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：（1）超短基線定位系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、操作方便不需要組建水下基線陣、測(cè)距精度高。缺點(diǎn)：需要做大量的校準(zhǔn)工作，其定位精度隨著水深和工作距離的增加而降低。定位精度比其他兩種系統(tǒng)差。（2）短基線定位系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)成簡(jiǎn)單、便于操作、不需要組建水下基線陣、換能器體積小安裝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：水聽器可能會(huì)安裝在高噪

3、聲區(qū)，降低性能；定位精度與水深和工作距離關(guān)系極大（3）長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：定位精度高，且定位精度與水深無關(guān)，換能器小，易于安裝。缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜、操作繁瑣、需要安裝數(shù)量巨大的聲基陣、費(fèi)用昂貴；需要長(zhǎng)時(shí)間布設(shè)和回收海底聲基陣，深水使用時(shí)，數(shù)據(jù)更新率低。3聲吶方程基礎(chǔ)什么是聲吶？Sonar：Sound(聲)+Navigation(導(dǎo)航)+Ranging(定位)利用水下聲波判斷海洋中物體的存在，位置及類型的方法和設(shè)備。是利用水中聲波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位和通信的電子設(shè)備，是水聲學(xué)中應(yīng)用最廣泛、最重要的一種裝置.仿生學(xué)來源：海豚追蹤獵物按工作原理或工作方式分類：主動(dòng)聲納像雷達(dá)一樣向外發(fā)射

4、聲信號(hào)，根據(jù)回波判斷目標(biāo)性質(zhì)被動(dòng)聲納不主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，只接收目標(biāo)自己輻射的聲音信號(hào)。按運(yùn)載體系分類：岸基聲納多布放在港口、軍事基地、重要海上通道。特點(diǎn)：固定式、尺寸大艦載聲納主、被動(dòng)聲納都有。作用：探潛、導(dǎo)航、探雷、目標(biāo)識(shí)別等艇載聲納主、被動(dòng)聲納都有，考慮到隱蔽性，多采用被動(dòng)聲納SL反映發(fā)射器輻射聲功率大小TL：傳播損失，定量描述聲波傳播一定距離后強(qiáng)度的衰減變化TS：目標(biāo)強(qiáng)度，定量描述目標(biāo)反射本領(lǐng)的大小NL：海洋環(huán)境噪聲（背景干擾）DI：指向性指數(shù)。越大表示聲能在聲軸方向集中的程度越高；DT：檢測(cè)閾值。設(shè)備剛好正常工作的所需的處理器輸入端的信噪比值1、聲納方程主動(dòng)聲納方程：被動(dòng)聲納

5、方程：主動(dòng)聲吶還存在混響：混響是入射信號(hào)產(chǎn)生的散射波在接收點(diǎn)疊加的結(jié)果。各種噪聲干擾需要濾波技術(shù)進(jìn)行處理動(dòng)態(tài)定位和井口重入技術(shù)深海鉆探：鉆探船停在4-5km以上的海面，把鉆桿插到海底，然后再向下鉆探。如果船一移動(dòng)，長(zhǎng)達(dá)幾千米的鉆桿一下就會(huì)扭斷，這就需要建立動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)。風(fēng)暴襲來，或發(fā)生其他意外情況，只好起鉆開航。隨后需要利用聲納重入井口，并引導(dǎo)鉆桿穿過急流落到安置在進(jìn)口的“漏斗”內(nèi)，進(jìn)入原來的井口。4水下定位、導(dǎo)航技術(shù)在海洋資源開發(fā)中的應(yīng)用實(shí)例具體做法：在海底放一個(gè)水聲應(yīng)答器作為基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)在船上布放三個(gè)水聽器進(jìn)行應(yīng)答測(cè)距。在下鉆作業(yè)時(shí)船上向基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)答器發(fā)出脈沖，應(yīng)答器收到信號(hào)之

6、后發(fā)出回答脈沖，這回答脈沖被船上的三個(gè)測(cè)距水聽器收到，這時(shí)可以測(cè)出三個(gè)水聽器與基準(zhǔn)應(yīng)答器的距離。當(dāng)外界條件使船位移時(shí)，水聲應(yīng)答器測(cè)距系統(tǒng)隨即測(cè)出這三個(gè)距離的變化。將這些數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算出船位的水平移動(dòng)量，再開動(dòng)幾個(gè)可變螺距的推進(jìn)器，使船復(fù)位，也就是使三個(gè)距離和原來的一樣。這樣，船在不斷運(yùn)動(dòng)中保持位置不變。美國鉆探船“格洛瑪·挑戰(zhàn)者”號(hào)用的重返和動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)謝謝！