[发明专利]一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法

说明书

本发明涉及深海长基线定位技术领域，尤其是一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法。本发明包括全向应答器，所述全向应答器上可拆卸的连接深度计，全向应答器下端通过连接件卡拆卸的连接圆柱形声阵，圆柱形声阵下端固定连接水下电子舱；所述水下电子舱外表面中部套设具有浮力的平衡盘。本发明的校准方法包括布放初始信标、初始信标绝对位置校准、布放周围信标、周围信标绝对位置初次校准、周围信标绝对位置再次校准和结束校准几个步骤。本发明的校准方法通过在声信标布放完成后接收校准指令进行自动校准，无需母船在上方按指定的轨迹航行来逐个完成校准，节省了大量的校准时间。

技术领域

本发明涉及深海长基线定位技术领域，尤其是一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法。

背景技术

深海长基线定位系统由于定位精度高、覆盖范围广并且定位精度与深度无关，故非常适用于水下航行器在深海进行自主导航，但其声信标节点的布放及节点位置校准工作较为繁琐且周期较长，同时还需要水面母船全程配合工作，这给实际工程应用带来诸多不便。

传统校准方法为了获得较高的校准精度，一般按照如下方法进行校准：水面母船采用以声信标为中心并以声信标深度为半径的圆航迹航行，同时以固定周期来测量船与声信标之间的斜距，通过最小二乘的方式估计声信标的位置，其声信标位置校准的时间和声信标布放个数、声信标布放深度呈正比。在深海作业时，声信标会布放在几千米深度的深海中，而水面母船受安装结构、数据采集质量和航行轨迹等的影响，校准一只声信标通常需要3到5个小时。

近年来，名称为《长基线定位系统高精度阵型标定方法》(韩云峰，声学学报，2016)的论文和专利公布号为CN 101806883A的《适用于大范围海底应答器阵的快速高精度坐标校准方法》的专利，都提出使用测距信息来实现应答器基阵的位置校准，通过测量应答器节点间的相对距离并结合已知节点的绝对位置，最终运用最小二乘法求解未知节点的绝对位置，但该方法首先要完成多个应答器节点(一般3-4个)的绝对位置校准，不然可能会因观测量不足而无法求解，这使得深海长基线定位系统具有较长的校准周期，无法实现深海长基线定位系统阵型的快速校准。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法，能够通过声信标间的相互测距和相互测向，实现长基线定位系统阵型的自校准；水面母船仅需预先对一个声信标节点完成校准，能够较大程度地减轻水面母船的工作负担，同时也极大地缩短深海长基线定位系统的校准周期。

本发明所采用的技术方案如下：

一种多功能声信标，包括全向应答器，所述全向应答器上可拆卸的连接深度计，全向应答器下端通过连接件可拆卸的连接圆柱形声阵，圆柱形声阵下端固定连接水下电子舱；所述水下电子舱外表面中部套设具有浮力的平衡盘，平衡盘包括浮力结构体，浮力结构体内设有多个平衡调节器安装槽，多个平衡调节器安装槽沿着浮力结构体圆周方向均匀分布，浮力结构体上通过连接件可拆卸的连接盘盖，盘盖将浮力结构体上的平衡调节器安装槽包覆在内，平衡调节器安装槽的长度方向沿着浮力结构体径向设置，平衡调节器安装槽内设有平衡调节器；所述水下电子舱下端固定水下绞车，水下绞车下端通过系留绳连接配重块；

所述水下电子舱包括舱体外壳，舱体外壳内设有信号处理与控制模块、惯导模块和电源模块，舱体外壳下端可拆卸的连接舱盖；所述信号处理与控制模块分别和全向应答器、圆柱形声阵、平衡盘、水下绞车和惯导模块电连接，信号处理与控制模块能够接收全向应答器和圆柱形声阵发送的信号，接收惯导模块的航姿信息，并向平衡盘和水下绞车发送控制指令信号；所述电源模块分别和信号处理与控制模块、惯导模块、全向应答器、圆柱形声阵、平衡盘、深度计和水下绞车电连接，电源模块向信号处理与控制模块、惯导模块、全向应答器、圆柱形声阵、平衡盘、深度计和水下绞车统一供电。

进一步的，平衡调节器包括固设在平衡调节器安装槽内的底座，底座上沿长度方向设有传送带，传送带上连接平衡块，传送带两端分别套设在驱动轴和从动轴上，驱动轴和从动轴分别通过轴承座转动连接在底座长度方向的两端，驱动轴一端连接调节电机的驱动轴。