水下聲學(xué)定位和導(dǎo)航技術(shù)

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1、水下聲學(xué)定位和導(dǎo)航技術(shù)張亞利海洋地質(zhì)調(diào)查局技術(shù)求備研究室、。提要本文介紹了短墓線超短基線和長(zhǎng)基線的聲學(xué)定位原理和特性文章、。、、還對(duì)聲學(xué)導(dǎo)航水下跟蹤水下聲學(xué)定位的應(yīng)用海洋工程用的導(dǎo)航技術(shù)。海洋勘探以及海洋地球物理稠查等簡(jiǎn)題進(jìn)行了襯扮引言一短基線系統(tǒng)由于電磁波在海水高導(dǎo)電介質(zhì)中傳播有,聲學(xué)位置指示系統(tǒng)采用短基線工作時(shí),,極大的衰減限制了無線電導(dǎo)航設(shè)備如臺(tái)要求在海底工作目標(biāo)處置放一個(gè)聲學(xué)信標(biāo),,卡勞蘭衛(wèi)星導(dǎo)航和雷達(dá)等常規(guī)導(dǎo)航技它以一定的重復(fù)頻率發(fā)射脈沖調(diào)制聲學(xué)信。,,術(shù)在水下定位和導(dǎo)航的應(yīng)用與之相反聲號(hào)船上按左右舷向和媚尾向

2、軸,,學(xué)信號(hào)在海水中傳播衰減很小可以穿過較向在船底部布置安裝三到四個(gè)接收水聽器,、,遠(yuǎn)的距離因此采用短基線超短基線和長(zhǎng)用以接收水下信標(biāo)發(fā)射的脈沖信號(hào)側(cè)量基線的聲學(xué)位置指示系統(tǒng)是近年來發(fā)展較快或軸向上二個(gè)水聽器接收該信號(hào)通過行程二,,并得到廣泛應(yīng)用的水下聲學(xué)定位和導(dǎo)航技所產(chǎn)生的時(shí)差八或△同時(shí)考慮船的縱。,術(shù)這種技術(shù)的特點(diǎn)是采用在海底安裝能發(fā)橫搖擺角和信標(biāo)到水聽器的垂直距離可、、射聲學(xué)信號(hào)標(biāo)志的信標(biāo)應(yīng)答器響應(yīng)器或以計(jì)算出船相對(duì)水下信標(biāo)在和軸向的水平,,,是多個(gè)應(yīng)答器的陣列作為水下參考點(diǎn)來偏移量并在上以船為中心顯示出信。。確定

3、水面船只和水下潛水器的相對(duì)位置在標(biāo)的位置和方法圖是短基線聲學(xué)位置指,。某種程度上這種方法與以岸臺(tái)無線電信標(biāo)示儀的幾何原理圖由圖可見·,,、,為基準(zhǔn)參考點(diǎn)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)有很大的相八當(dāng)很小。,,似時(shí)有口““的近似等式從而可以,本文從水下聲學(xué)定位和導(dǎo)航技術(shù)角度··‘八,,求出軸上的偏移同理可,,討論短基線系統(tǒng)超短基線系統(tǒng)長(zhǎng)基線系·、二△二。,求出軸上的偏移義為聲波統(tǒng)的聲學(xué)定位原理和特點(diǎn)長(zhǎng)基線和超短基,,,。。,線的組合系統(tǒng)水下導(dǎo)航和潛水器跟蹤以在海水中的傳播速度約為米秒、,及水下聲學(xué)定位和導(dǎo)航技術(shù)在海洋工程海為同一軸上二個(gè)水

4、聽器的安裝距離約為。,。洋開發(fā)和海洋地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用米稱之為短基線的基線長(zhǎng)度一一?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net,提高測(cè)量船位的精度將幾個(gè)水聽器接收元,件陣列裝于單個(gè)水聽器內(nèi)采用相位測(cè)量技。術(shù)發(fā)展了第二代超短基線位置指示儀隨著,,微處理機(jī)的應(yīng)用年代中期以后國外在超短基線相位比較技術(shù)的基礎(chǔ)上采用微處理機(jī)數(shù)字計(jì)算技術(shù)發(fā)展了第三代聲學(xué)位置指示。儀超短基線系統(tǒng)僅采用一個(gè)自由振蕩

5、的水,下信標(biāo)和一個(gè)水聽器采用相位比較技術(shù)來確定船相對(duì)信標(biāo)的位置。水聽器內(nèi)按、和,的軸向裝有排列成形的三個(gè)接收元件同一軸上二個(gè)接收元件間距約時(shí)厘,。米形成超短基線當(dāng)聲波波前到達(dá)水聽,·,’。二”器時(shí)三個(gè)元件分別測(cè)量接收信號(hào)的相對(duì)相。,位當(dāng)船在信標(biāo)正上方時(shí)水聽器內(nèi)二個(gè)同當(dāng)很小時(shí)一軸上的接收元件所接收的聲學(xué)信號(hào)是同相。上,,的而當(dāng)船遠(yuǎn)離信標(biāo)漂移時(shí)信號(hào)的相對(duì)相··。’粵△位增加超短基線的相位比較技術(shù)原理見圖,所示幾何原理見圖所示、圖短基線聲學(xué)位置指示儀幾何原理圖圖中是實(shí)際垂直方向與過軸的聲,海上石油鉆井要求鉆井浮船或半潛船,波路

6、徑在垂直平面上投影之間的夾角的轉(zhuǎn)盤相對(duì)海底井口的水平偏移小于水深的,是水聽器接收元件和之間的基線距離,。以保證不損壞水下器具和正常鉆井,為信標(biāo)到水聽器的垂直距離幣是接收,根據(jù)短基線的聲學(xué)定位原理我們研制了。元件和在時(shí)刻接收信標(biāo)信號(hào)的相位。型和型超聲波船位儀在海上石油鉆井工,,,。差是與中對(duì)應(yīng)的聲程差為聲波角頻率,口作時(shí)我們?cè)诰浇蚍绹娖鹘M架上安裝,由圖可見因?yàn)?固定的聲學(xué)信標(biāo)可以監(jiān)視鉆井船相對(duì)海底·,二,,。。又因?yàn)?二所以得出井口的位置變化當(dāng)水平位移在水深的毛,。范圍內(nèi)時(shí)其位置指示精度可達(dá)水深的。,,二,,幣一一其中

7、短基線船位儀的位置指示精度受四個(gè)水—,聽器的安裝影響較大除了要求避免水聲傳、,,,,,,、,,,,,,,二司。一,一一,當(dāng)測(cè)出相位差叭則可從圖“的三播的多經(jīng)效應(yīng)和遮擋外還要求水聽器的高等,、二·交,二度安裝容差在厘米以下另外為防止角關(guān)系中求出軸向的位移量,、·,,。氣泡作用的影響要求四個(gè)水聽器伸出船底同理可以求出軸向位移量只,,米以下才能獲得好的聲學(xué)測(cè)量效果因?qū)嶋H工作的超短基線位置指示儀將利用。,此對(duì)系統(tǒng)的安裝提出了較為苛刻的條件相位差幣和幣信標(biāo)與水聽器之間的垂,,直距離以及船的縱橫傾斜角水聽器偏二超短基線系統(tǒng)移和信標(biāo)偏

8、移等修正量一起計(jì)算出船的真位,為改善短基線水聽器安裝的困難和。置一?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net,,,垂直平面。淡波,力距離人傳感器的介傳感器的占號(hào)聲學(xué)參照信標(biāo)海