[发明专利]一种基于北斗时空基准的全球水下PNT系统

说明书

一种基于北斗时空基准的全球水下PNT系统，在全球海域内根据各海域的特点分别构建符合所述海域的水下PNT系统，水下PNT系统包括水上部分和水下部分；所述水上部分布设时空基准转换装置，用于从北斗卫星导航系统获取时空基准，并将时空基准传递至所述水下部分；水下部分包括若干个固定和移动的导航定位区域及用户端，所述各个导航定位区域配置有相同或不同技术体制的PNT网络，所述用户端配置多源水下导航技术体制进行定位、导航、授时。所述的一种基于北斗时空基准的全球水下PNT系统满足了水下多种平台对水下PNT的要求，且具备小尺寸、低功耗、高隐蔽性、高精度以及长时间工作等特点，能够向水下用户提供连续、可靠、稳定的PNT信息。

技术领域

本发明涉及水下定位、导航、授时系统领域，尤其涉及一种以北斗卫星导航系统为时空基准的全球水下定位、导航、授时系统。

背景技术

GPS系统是利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位(Positioning)、导航(Navigation)、授时(Timing)的系统。GPS能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等PNT信息。我国自主研发的北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是我国自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。随着北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成，北斗系统已具备覆盖全球的PNT服务能力。

无论是GPS导航系统还是北斗导航系统，其信息传输是完全依靠电磁波进行的，但是在水下，由于电磁波无法穿透海水，占地球表面积71％的海洋无法像陆地一样利用北斗系统为水下用户提供导航和通信服务，必须建立专门针对水下用户的导航和通信系统，从而为用户提供定位、导航、授时服务。另外，随着海洋强国战略的推进，海洋资源开发、海洋权益保护、深远海军力发展等海洋活动逐渐增多，水下新型航行器、潜航器、深海探测器等新技术、新装备的大量研制和应用，对水下定位(P)、导航(N)、授时(T)服务的需求也变得更加强烈。

以无人水下航行器UUV(Unmanned Underwater Vehicle)、自主水下航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicle)、遥控无人潜水器ROV(Remote Operated Vehicle)和载人潜水器为代表的水下潜航器，作为海洋调查、资源开发和军事用途的重要手段，具有活动范围广、体积小、隐蔽性好、可进入深海空间、可执行危险任务和在恶劣环境下作业等优点，在民用和军事上均得到了广泛应用，为我国海防、海洋资源勘查、海洋科学研究做出很大贡献。未来，各种潜航器将一起编队，执行多种作战任务，水下长航时高精度导航是水下潜航器等获得有效信息的必要条件，更是决定其安全工作以及顺利返回的关键因素。

随着水下潜航器的大量投入使用，对可适应复杂海洋环境的水下潜航器导航装备的需求快速提升。拥有自主导航能力的惯性导航系统依然是水下导航的核心设备，但是惯导系统的误差会随时间积累，无法满足远海长航时的高精度水下导航需求。而AUV、UUV等潜航器在体积、重量、功耗方面均有限制，导致其无法安装大型高精度惯导，影响了该类潜航器在水下的长时间、高精度作业。此外在较为复杂的海洋环境中，如北极冰盖下的水域、敏感水域等，水下潜航器无法上浮获取北斗/GPS或天文导航信息来校准惯导。因此，急需建设水下PNT系统，以满足国防建设及海洋经济发展的使用要求。

除了国防建设对水下PNT服务具有需求外，国民经济的发展也需要水下PNT系统提供相应的服务，如海洋观测、海上施工、油气和海底固体矿产的勘探和开采等都需要水下定位、导航与授时服务。

发明内容

本申请提供一种基于北斗时空基准的全球水下PNT系统，满足了快速发展的水下多种平台对水下定位、导航和授时的要求，且具备小尺寸、低功耗、高隐蔽性、高精度以及长时间工作等特点，尤其具备多种水下PNT技术体制、时空基准统一、多源组合导航的特点，在目前国内公开的专利以及文献中未见公开报道，具有一定的创新性，该系统架构可为陆、海、空、天一体化的国家PNT体系建设规划的完善提供技术支撑。

本发明技术方案如下：