[发明专利]基于多芯光纤布里渊散射的有缆潜水器定位装置及方法

说明书

一种基于多芯光纤布里渊散射的有缆潜水器定位装置及方法，装置包括具有多芯光纤、扇入扇出模块、N个环形器、多芯光纤布拉格光栅、布里渊光时域反射/分析解调仪和数据处理平台。本发明将多芯光纤内嵌于脐带缆的中央，可以同时提供光纤通信和水下定位功能；调节布里渊光时域反射/分析解调仪中探测光的宽度，实现对脐带缆的快速定位与精细定位；通过多芯光纤消除同一地点中的温度影响；利用多芯光纤及其布里渊频移来获取应变矢量信息，进而对脐带缆进行三维重构，提高了有缆潜水器的定位精度，降低环境因素对水下定位的影响，可靠性更高；对脐带缆的形态进行了应变矢量监测，为多台有缆潜水器的协同作业提供了可能。

技术领域

本发明涉及光纤布里渊传感和水下定位技术，特别是一种基于多芯光纤有缆潜水器定位装置及定位方法。

背景技术

海洋定位，特别是水下定位技术，是当前海洋开发活动与海洋技术发展的基础。在现代海洋高技术的不断引入和支持下，海洋定位技术在海底环境探测、海洋工程建设、海洋资源开发、海洋科学发展以及国家海洋权益的维护等多方面都将发挥极其重要的作用。现有的水下定位技术，可分为水声定位技术和激光声遥感技术两大类。

水声定位技术需要设置声基阵，是目前应用最广泛的一种水下定位技术。根据超声波信号传输时间与相位差来进行定位。其常与其它一些定位系统结合起来，形成组合定位系统，从而使定位系统的精度更高、功能更强大。但是，水声定位系统安装后的校准需要非常准确，而这往往难以达到；测量目标的绝对位置精度依赖于外围设备的精度；定位精度由基线长度决定，对搭载设备的尺寸大小要求较高。

激光声遥感技术是利用激光在水中产生声波并在空中接收被水下目标反射或散射的声波来感知水下目标，不需要设置声基阵。但是激光声遥感技术目前还处于发展阶段，技术相对不成熟，定位精度不足百米，设备昂贵复杂，不具备太大的实际应用价值。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供一种基于多芯光纤布里渊散射有缆潜水器定位装置及定位方法。该装置将多芯光纤内嵌于脐带缆的中央，可以同时提供光纤通信和水下定位功能；调节布里渊光时域分析仪的探测光的宽度，实现对脐带缆的快速定位与精细定位；通过多芯光纤消除同一地点中的温度影响；利用多芯光纤及其布里渊频移来获取应变矢量信息，进而对脐带缆进行三维重构，提高了有缆潜水器的定位精度，降低环境因素对水下定位的影响，可靠性更高；对脐带缆的形态进行了应变矢量监测，为多台有缆潜水器的协同作业提供了可能。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于多芯光纤布里渊散射的有缆潜水器定位装置，其特征在于包括多芯光纤、扇入扇出模块、N个环形器、多芯光纤布拉格光栅、布里渊光时域反射/分析的解调仪和数据处理平台，所述的数据处理平台与所述的解调仪的控制端相连，所述的解调仪有N个子输出端和N个子输入端，第i个子输出端将波长λ₁的探测光与波长为λ₂的连续光经第i光纤输入所述的第i环形器第1端口，所述的第i环形器第2端口与所述的扇入扇出模块的第i扇入端口相连，该扇入扇出模块的扇出端口与所述的多芯光纤相连，所述的多芯光纤布拉格光栅的中心波长为λ₂，且与所述的多芯光纤的末端相连，所述的第i环形器第3端口与所述的解调仪的第i个输入端口相连；

所述的多芯光纤具有N根纤芯，N≥3，其中，一根纤芯位于所述的多芯光纤的中心，称为中心纤芯，其余N-1根纤芯围绕该中心纤芯在多芯光纤的横截面内呈中心对称分布。

利用上述基于多芯光纤布里渊的有缆潜水器定位装置进行定位的方法，该方法包括下列步骤：

1)初始化安装与定位：将母船的脐带缆连接有缆潜水器，多芯光纤内嵌于该脐带缆的中央；对母船的脐带缆收放起始点进行定位，得到初始位置点P₀(n₀，e₀，h₀)，其中，n₀和e₀表示脐带缆的收放起始点的经纬度，h₀表示脐带缆的收放起始点的高度；