第4章_長基線水聲定位系統(tǒng)(lbl)

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1、水下定位與導(dǎo)航技術(shù)第四章長基線水聲定位系統(tǒng)8/30/20211特點(diǎn)：利用海底應(yīng)答器陣來確定載體的位置----相對于海底應(yīng)答器陣的相對坐標(biāo)。4.1引言組成結(jié)構(gòu)及原理（工作過程）應(yīng)用水下施工海底電纜鋪設(shè)海上石油勘探水下載體定位方面有廣泛的應(yīng)用。還可與GPS一起，完成水下機(jī)器人的高精度絕對定位。長基線、短基線和超短基線系統(tǒng)的區(qū)別基線：是以應(yīng)答器構(gòu)成的，通常應(yīng)答器的應(yīng)答距離為10～20公里基線安裝的位置：海底定位方法：長基線利用海底應(yīng)答器陣來確定載體的位置記錄詢問時(shí)刻和各應(yīng)答器應(yīng)答信號到達(dá)時(shí)刻位置坐標(biāo)：定位的坐標(biāo)是海底應(yīng)答器陣的相對坐標(biāo)應(yīng)答器的頻率：各個(gè)應(yīng)答器的回答頻率不

2、同定位目標(biāo)、使用條件：確知應(yīng)答器陣的絕對地理位置24.1引言34.1引言組成結(jié)構(gòu)及原理浮標(biāo)形式的長基線系統(tǒng)長基線系統(tǒng)的基元也可以是水面無線電浮標(biāo)。此時(shí)被定位的目標(biāo)上裝有同步或非同步聲信標(biāo)，諸基元接收的聲信號需調(diào)制為無線電信號發(fā)到一只母船上進(jìn)行處理，從而完成水下目標(biāo)的定位。由于無線電浮標(biāo)在海面上不固定，因此必須利用裝載其上的GPS接收機(jī)定時(shí)地測定自身位置，與定位信號一起發(fā)至母船。換插圖？？44.1引言本章要解決的問題本章主要研究利用海底應(yīng)答器的長基線水聲定位系統(tǒng)，利用無線電浮標(biāo)的長基線系統(tǒng)基本原理是相同的。長基線系統(tǒng)的幾種應(yīng)用模式(定位解算時(shí)，依定位模式的不同獲取水

3、聲傳播距離的方式也有所不同。)海底應(yīng)答器的標(biāo)校（定位系統(tǒng)的陣元為應(yīng)答器，因此應(yīng)答器的位置測量精度對定位精度有直接影響）跟蹤定位算法應(yīng)用實(shí)例介紹。54.2幾種應(yīng)用模式艦船導(dǎo)航模式長基線有纜潛器（TTS）導(dǎo)航模式（TetherdSubmersible）長基線無纜潛器（FSS）定位模式（FreeSwimmingSubmersible）母船詢問的長基線FSS定位導(dǎo)航模式長基線同步鈡FSS定位導(dǎo)航模式艦船導(dǎo)航模式、有纜潛器導(dǎo)航模式以及無纜潛器導(dǎo)航模式。64.2幾種應(yīng)用模式艦船導(dǎo)航模式1）定位對象為水面艦船系統(tǒng)組成工作原理可算出船與應(yīng)答器之間的精確距離。通過定位方程解算出船在

4、應(yīng)答器陣中的相對位置坐標(biāo)。應(yīng)答器的回答頻率（多個(gè)）統(tǒng)一記成F4艦上問答機(jī)發(fā)出詢問信號，頻率為F3（通常為一個(gè)）問答機(jī)與應(yīng)答器的距離（多個(gè)）統(tǒng)一記成R1F43F41F4274.2幾種應(yīng)用模式艦船導(dǎo)航模式2）定位對象為有纜潛器系統(tǒng)組成工作原理設(shè)：詢問時(shí)刻為0，船上問答機(jī)接收應(yīng)答信號時(shí)刻為t1＝2R1/c，TTS收到應(yīng)答信號時(shí)刻為t2=T1+T2。從應(yīng)答器到TTS的單程傳播時(shí)間為依據(jù)同樣的方法可以確定另外2個(gè)應(yīng)答器到TTS的單程傳播時(shí)間T1、T3T2T1＝t1/2應(yīng)答器與TTS的距離（多個(gè)）F3F484.2幾種應(yīng)用模式艦船導(dǎo)航模式－－簡化模型圖中船上問答機(jī)詢問信號用F3

5、表示（通常只有一個(gè)頻率），應(yīng)答器回答信號用F4表示（實(shí)際上有幾個(gè)應(yīng)答器就有幾個(gè)回答頻率）。由于被定位目標(biāo)（水面船）到應(yīng)答器的單程傳播時(shí)間的求解方法一樣。因此，可以簡化表示。F3F4R1iF3F494.2幾種應(yīng)用模式長基線有纜潛器（TTS）導(dǎo)航模式母船上只有接收機(jī)，TTS上裝有問答機(jī)。定位對象為TTS求TTS與T的斜距R2工作過程設(shè)：接收時(shí)刻t1、t2單程傳播時(shí)間T1、T2則，問答機(jī)t1t2T2T1F3F4104.2幾種應(yīng)用模式長基線無纜潛器（FreeSwimmingSubmersible－FSS）定位模式1)母船詢問方式定位對象為FSS（TTS）求T3→R3T5T

6、3T1前后兩頁跳轉(zhuǎn)應(yīng)答器114.2幾種應(yīng)用模式1）母船詢問的長基線FSS定位導(dǎo)航模式（母船訊問方式）發(fā)F1、F3、收F4應(yīng)答器F2、F3、F1F1F2→T5＝t1/2→R5t1△t3F3F4→t2＝T5+△t3+T3+T1F3F4t2t3T3T1應(yīng)答器F4、F3124.2幾種應(yīng)用模式長基線無纜潛器（FreeSwimmingSubmersible－FSS）定位模式1)母船詢問方式定位對象為FSS（TTS）求T3→R3接收機(jī)順次收到回波的時(shí)間為t1、t2、t3T5T3T1前后兩頁跳轉(zhuǎn)應(yīng)答器134.2幾種應(yīng)用模式長基線無纜潛器（FreeSwimmingSubmersib

7、le－FSS）定位模式2）長基線同步鈡FSS定位導(dǎo)航（FFS詢問方式）FSS發(fā)出訊問信號（F2），母船接收時(shí)刻為t1；在間隔△t3時(shí)間后，F(xiàn)SS發(fā)出訊問信號（F3），應(yīng)答器接收，并回答（F4），母船接收時(shí)刻為t2；問答器發(fā)出訊問信號（F3），應(yīng)答器回答（F4），母船接收時(shí)刻為t3；T5T1T3F2t1F3F4t2t3144.2幾種應(yīng)用模式2）長基線同步鈡FSS定位導(dǎo)航模式F2F3間隔問答機(jī)在t1時(shí)刻接收到FSS發(fā)出來的信號問答機(jī)在t2時(shí)刻接收到T發(fā)出來的信號F4T3T1？F3問答機(jī)在t3時(shí)刻接收到T的應(yīng)答信號注意：設(shè)計(jì)一個(gè)工作模式主要是考慮能夠求得各個(gè)距離。154

8、.3海底應(yīng)