超短基線定位系統(tǒng)接收機(jī)與其應(yīng)答器的設(shè)計

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1、哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)等的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對應(yīng)。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者(簽字)：：區(qū)盤當(dāng)日期：2Dp髟年弓月／gEI哈爾演T程大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論1．1引言地球上的海洋總面積約占地球表面積的70％以上，其中蘊(yùn)藏著豐富的尚未完全開發(fā)利用的資源。伴隨著人

2、類能源消耗的快速增長，陸地上的資源日益匱乏，人們開始將目光投向這片藍(lán)色的水域，希望能夠從海洋中開發(fā)人類所需的能源。積極發(fā)展海洋高新技術(shù)，搶占和開發(fā)海洋空間及資源，從海洋中獲得更大的利益已成為眾多國家本世紀(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略。我國是擁有兩千多公里海岸線的海洋大國，在這廣袤的海洋中蘊(yùn)含著極其豐富的資源，保護(hù)和開發(fā)本國海洋資源，己成為我國的重要任務(wù)。為此，我國加大了對海洋資源開發(fā)技術(shù)的研究力度，大力發(fā)展深水資源的勘探開發(fā)技術(shù)，以縮短我國海洋資源勘探開發(fā)技術(shù)與世界先進(jìn)水平的差距?！俺袒€定位系統(tǒng)研制”的目標(biāo)是：開發(fā)超短基線定位系統(tǒng)，為建立水下立體高精度定位系

3、統(tǒng)，解決水下探測和作業(yè)的高精度定位問題提供技術(shù)裝備。1．2超短基線定位系統(tǒng)簡介水聲定位系統(tǒng)主要指的是可用于局部區(qū)域精確定位導(dǎo)航的系統(tǒng)¨1。水聲定位系統(tǒng)分為長基線系統(tǒng)，短基線系統(tǒng)和超短基線系統(tǒng)。這些定位系統(tǒng)有多個基元(接收器或應(yīng)答器)，基元間的連線稱為基線。一般用基線的長度來判斷屬于哪類系統(tǒng)。表1．1列出了三種定位系統(tǒng)的分類。表1．1水聲定位系統(tǒng)分類定位類型基線長度／m簡稱長基線100～6000LBL·短基線l～50SBL超短基線

4、點(diǎn)是基陣尺寸特別小，可以在較小的載體上使用。發(fā)哈爾濱工程大學(xué)碩十學(xué)位論文射換能器和幾個水聽器可以組合成一個整體，稱為聲頭，其尺寸只有幾厘米至幾十厘米。聲頭可安裝在船體底部，也可以懸掛于小型水面船的一側(cè)。由于只用一個尺寸不大的聲頭，使用較為方便靈活，且易于在載體上選擇噪聲干擾較小的位置安裝或吊放。正因?yàn)樗犉骰嚨某叽绾苄?，不能利用短基線系統(tǒng)中的常規(guī)脈沖包絡(luò)檢波和相對到達(dá)時間測量方法。必須利用相位差或相位比較法，通過相位差測量，確定信標(biāo)(或應(yīng)答器)在基陣坐標(biāo)系中的方位，從而進(jìn)行定位解算。若按照工作方式來劃分，以上三種定位系統(tǒng)都可以選擇使用同步信標(biāo)

5、工作方式或應(yīng)答器工作方式。采用同步信標(biāo)工作方式，要求在待測目標(biāo)或測量船上都安裝高精度同步時鐘系統(tǒng)，信標(biāo)按規(guī)定的時刻定時發(fā)射信號，并據(jù)此確定目標(biāo)位置。應(yīng)答器工作方式要求在應(yīng)答和測量船上都安裝詢問(應(yīng)答)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)口1。超短基線(UltraShortBaseLine：USBL)定位系統(tǒng)利用水聲定位技術(shù)對水下目標(biāo)進(jìn)行定位、跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)采用應(yīng)答器工作方式；由于基陣尺寸很小，所以安裝比較方便；而且設(shè)備成本相對較低，使用十分靈活。其工作示意圖如圖1．1所示：／“弓圖1．1超短基線定位系統(tǒng)工作示意圖本系統(tǒng)主要解決高精度測時測向、高性能水聲換能器成

6、陣、復(fù)雜信號編2哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文碼、遠(yuǎn)距離水聲通信和數(shù)字信號處理軟硬件等技術(shù)難點(diǎn)，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，達(dá)到國際先進(jìn)水平的試驗(yàn)樣機(jī)。該系統(tǒng)具有體積小、精度高和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于深?；虼笱筚Y源調(diào)查、勘探與開發(fā)，海洋工程及水下作業(yè)等領(lǐng)域。13水聲應(yīng)答器的發(fā)展與現(xiàn)狀超短基線定位系統(tǒng)在深海資源探測與開發(fā)中扮演著重要的角色，而水聲應(yīng)答器是水聲定位系統(tǒng)的重要部分，因此，研SUCH應(yīng)的深海應(yīng)答器就成了一項重要的工作。目前團(tuán)內(nèi)還沒有專門從事應(yīng)答器生產(chǎn)的公司，國外在這方面起步較早，其產(chǎn)品型號較全，基本可以滿足不同海洋條件下特定任務(wù)的需要。其中

7、法國的OceanoTechnologies公司始建于1977年，是一家專業(yè)從事水聲設(shè)備、海洋學(xué)儀器和水下導(dǎo)航設(shè)備開發(fā)的公司，在2002年該公司與IXSEA公司合并。許多發(fā)達(dá)國家的海軍及海洋研究所都有OceaIloTechnologies公司的產(chǎn)品，同時其產(chǎn)品也已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，代表著當(dāng)今世界的先進(jìn)水平??”1。2}甏溜2}％耀0CEAN0MT951S圖12OceanoTechnologies公司的應(yīng)答器產(chǎn)品如圖12所示，ET861S、ET861G和MT861S是OceanoTechnologies公司的幾款應(yīng)答器產(chǎn)品，它們的工作頻率為8kHz

8、到16kHz，最人工作深度為6000m，命令編碼采用FSK方式。美幽的Benthos公司也是一家從事水聲設(shè)備研制的公司，其研制的水下1■■霪W彬jrk