[发明专利]一种具备广域覆盖和自主监测的水下PNT系统

说明书

一种具备广域覆盖和自主监测的水下PNT系统，包括：水面段、用户段、水下段和岸基控制中心；水面段布设有时空基准传递装置和通信节点，用于将北斗卫星导航系统的时空基准传递至所述水下段和信息交互；用户段布设有用户终端；水下段布设有水下PNT网络，用户终端利用水下PNT网络进行水下定位、导航与授时；水下PNT网络被配置成由多个海底基站构建的海底基站链路所构成的区域网络，通过海底基站链路使水下PNT网络具备自主监测；岸基控制中心用于监测水面段、用户段和水下段的工作状态，并将获取的数据进行处理。该水下PNT系统具有完好性监测功能、具备基站间链路功能和广域服务能力、具有通导一体化功能和远程通信功能、可根据海区环境特性进行自适应修正。

技术领域

本发明涉及水下定位、导航、授时系统领域，具体涉及一种具备广域覆盖和自主监测的水下PNT系统。

背景技术

在水上，具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确时间等PNT信息。在水下，为了满足了快速发展的水下多种平台对水下定位、导航和授时的需求，提供了一种以北斗为时空基准的全球水下定位(P)、导航(N)、授时(T)系统，该系统具备小尺寸、低功耗、高隐蔽性、高精度以及长时间工作等特点，主要由海底基站、水面浮标、岸基控制中心、用户端等组成。

海底基站作为水下PNT系统的主要组成单元，布设时锚定在水下，长期为水下PNT系统提供高精度的时空基准，但是由于自然环境或人为因素等原因导致海底基站发布的时空基准信号的完好性无法实时监测，从而导致不能达到广域覆盖的目的，主要体现在：

1)海洋环境十分复杂，海水对信号能量的吸收、环境参数的时空变化、海水介质的不均匀、海底底质差异以及洋流、内波等因素，限制了声、光、电等能量形式的传播距离，制约了水下PNT信息的覆盖范围；

2)海底基站构成的导航网络长期布设在水下，由于自然因素(海洋环境变化、海底滑坡、板块移动等)或人为因素(人类海上作业等)原因引起海底基站位置的移动，导致海底基站位置发生变化，时空基准存在误差等；

3)海底基站布设在水下，其时空基准信号无法实时监控，尤其在远海大范围布设时，时空基准的准确性、完整性、可用性无法实时监测，在不同海域布设的情况下，还需考虑环境适应性等问题。

发明内容

本申请针对海底基站在长期运行过程中由于位置移动导致的时空基准误差及完好性监测的问题，提供了一种具备广域覆盖和自主监测的水下PNT系统，利用海底基站链路及北斗卫星导航系统实现水下PNT系统的自主监测和广域覆盖。

本发明技术方案如下：

本发明提供一种具备广域覆盖和自主监测的水下PNT系统，包括：水面段、用户段、水下段和岸基控制中心；

所述水面段布设有时空基准传递装置和通信节点，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段以及实现信息交互；

所述用户段布设有用户终端；

所述水下段布设有水下PNT网络，所述用户终端利用所述水下PNT网络进行水下定位、导航与授时；

所述水下PNT网络被配置成由多个海底基站构建的海底基站链路所构成的区域网络，通过所述海底基站链路使所述水下PNT网络具备广域覆盖和自主监测能力；

所述岸基控制中心用于监测所述水面段、用户段和水下段的工作状态，并将获取的数据进行处理。

进一步优选的，所述水下PNT网络被配置成若干个区域网络，各个区域网络由多个海底基站构建的海底基站链路级联所构成。

进一步优选的，所述海底基站链路具有完好性监测功能，相邻海底基站之间双向通信，以使相邻海底基站之间进行双向位置校准、相互授时、双向报文通信，以达到各海底基站对其它海底基站的工作状态进行自主监测。