[发明专利]一种深海水声综合定位系统及其对水下潜器的定位与导航方法

说明书

技术领域

本发明属于水声定位声纳设备领域，涉及一种深海水声综合定位系统及其对水下潜器的定位与导航方法。

背景技术

21世纪是“海洋世纪”，海洋这一蕴藏巨大资源的宝库，越来越受到各国的重视。近20年来，争夺海洋主权和海底矿产资源的“圈海运动”兴起，促使我国的海洋事业进入快速发展阶段，也促使与海洋开发相关的技术和装备进入发展的快车道。声学定位是海洋科学考察、海洋资源勘探、海洋资源开发、深海空间站建设等工程的必备手段，它能够提供海底勘查设备如ROV和AUV等重要的定位、导航和通信支撑。通过在水面船只、水下载体以及作业海底上加装和布放声学定位设备，可实现水面对水下目标位置的实时监控、水面与水下平台的信息交互乃至实现海洋的透明化、数字化、信息化。传统的水下定位系统采用超短基线或者长基线定位原理。超短基线定位系统仅能在百余米左右海深上保持较高定位精度，随着海深的增加，其定位误差与斜距成正比，满足不了精密大洋考察的要求；长基线系统定位精度在接近水面的深度上精度变差，需要精确、复杂的海底阵形校准，且难于在较短的工作周期内实现水面与水下同时对潜器定位。本发明基于该作业需求，克服了原有定位系统单一功能，扩展了自身设备之间的融合技术，实现了多方位灵活地实时监控与导航跟踪，可以保证提供具有充分数据冗余的全海深米级定位精度，将会大大改善未来水下作业定位服务效果。

现有的水下定位系统存在在全海深下对水下目标提供高精度定位精度低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的水下定位系统存在在全海深下对水下目标提供高精度定位精度低的问题，而提出了一种深海水声综合定位系统。本发明的目的还在于提供一种采用该系统实现对水下潜器的定位与导航方法。

深海水声综合定位系统，它包括水面跟踪与标定子系统、潜器测距与定位子系统和多个水声综合应答器子系统，

水面跟踪与标定子系统安装在水面大洋调查作业船只上，潜器测距与定位子系统安装在深海潜器上，多个水声综合应答器布放于海底，

所述水面跟踪与标定子系统包括声学换能器收发基阵、基阵升降杆、跟踪标定处理机、操作显示平台，

声学换能器收发基阵安装在基阵升降杆的末端，声学换能器收发基阵的驱动信号输入端与跟踪标定处理机的驱动信号输出端连接，声学换能器收发基阵的反馈信号输出端与跟踪标定处理机的反馈信号输入端连接，跟踪标定处理机通过数据总线与操作显示平台连接；

所述潜器测距与定位子系统包括第一深水耐压换能器、深水耐压壳体和耐压水密电缆，

深水耐压壳体内侧腔体为测距与定位电子舱，深水耐压换能器和测距与定位电子舱内的电信号交互通过耐压水密电缆实现电气连接，测距与定位电子舱内设置有信号驱动模块和信号解析模块，所述信号驱动模块的驱动信号输出端连接深水耐压换能器的驱动信号输入端，所述信号解析模块的反馈信号输入端连接深水耐压换能器的反馈信号输出端，

所述水声综合应答器子系统包括第二深水耐压换能器、深水耐压壳体、应答释放管理电子舱、电池组、释放机构，

深水耐压壳体内侧腔体为应答释放管理电子舱，电池组固定在该应答释放管理电子舱内，释放机构固定在深水耐压壳体的外侧尾部，深水耐压换能器固定在深水耐压壳体外侧顶端，应答释放管理电子舱内设置有信号驱动模块、信号解析模块和释放管理模块，所述信号驱动模块的驱动信号输出端连接深水耐压换能器的驱动信号输入端，所述信号解析模块的反馈信号输入端连接深水耐压换能器的反馈信号输出端，所述释放管理模块的释放信号输出端与释放机构相连。

水声综合应答器子系统固定排列于水底构成应答器基阵。

水声综合应答器子系统至少有三个，水声综合应答器子系统固定排列于水底构成应答器基阵。

基于深海水声综合定位系统对水下潜器的定位与导航方法，根据潜器测距与定位子系统设定的应答模式，水面大洋调查作业船只对深海潜器的跟踪定位：深海水声综合定位系统在每个定位周期中，先由水面跟踪与标定子系统发射询问指令，由潜器测距与定位子系统内的深水耐压换能器接收该信号后发射应答信号；该应答信号同时作为水声综合应答器子系统的询问指令，水声综合应答器子系统的深水耐压换能器接收信号后发射应答信号；潜器测距与定位子系统接收应答信号利用长基线定位原理完成自身定位导航，同时水面跟踪与标定子系统接收测距与定位子系统的应答信号后利用超短基线定位原理实现水面大洋调查作业船只对深海潜器的跟踪定位。

基于深海水声综合定位系统对水下潜器的定位与导航方法：