[发明专利]一种水下声学定位导航授时系统

说明书

一种水下声学定位导航授时系统，包括“三段一中心”：水面段、用户段、水下段和岸基控制中心；水面段布设水上/水下双向基准传递装置，用于从北斗卫星导航系统获取北斗时空基准，并将时空基准传递到水下段；用户段布设用户终端，用于以声学/多源紧耦合方式实现水下声学定位、导航、授时；水下段布设海底基站，多个主、从海底基站构建海底基阵，用于发布水下时空基准，向所述用户段提供高精度的水下声学时空基准信息；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；该系统提供高精度声学定位导航授时服务，尤其具有水上/水下双向时空基准传递功能，在卫星拒止服务时可提供水下到水上的时空基准传递服务。

技术领域

本发明涉及水下声学定位、导航、授时领域，尤其涉及一种以北斗为时空基准的水下声学定位、导航、授时系统。

背景技术

声波是人类已知的唯一能在水下进行远距离传输的能量形式，水下声学导航定位系统是利用水声技术对水下载体进行大地坐标的测定。传统的水下声学导航定位系统按照基线长度可分为长基线(Long Baseline，LBL)、短基线(Short Baseline，SBL)、超短基线(Ultra-short Baseline，USBL)。三种基线系统的复杂度、体积尺寸、定位精度等各不相同，长基线导航定位系统通过预先布设的海底信标基阵和导航终端组成，基线长度可达千米，通过距离交汇解算目标位置，长基线需要事先测阵，定位精度高，主要应用于区域高精度定位；短基线导航定位系统由装载在载体上的多个接收换能器和声信标组成，基线长度一般为几米到几十米之间，通过距离交汇获得目标位置，受基线长度限制，短基线的精度介于LBL和USBL之间，但精度易受到载体形变等因素影响；超短基线由多源声基阵与声信标组成，基线长度为分米级或小于等于半波长，体积小，通过测量距离和方位定位，定位精度非常受限于航向、姿态传感器以及声学基阵校准和基阵安装误差等。

声学导航定位系统具有持续性、高精度等特点，经常与惯性导航系统结合，声学导航定位系统可修正惯性导航系统的累积误差，惯性导航系统可为声学导航定位系统提供短时的运动信息。此外，声学导航定位系统可利用声学通信将水上时空基准信息传递到水下时空基准网络中，通过海底基阵对水下用户进行高精度授时。

虽然水下声学导航、定位系统的应用较成熟，但是大多系统独立运行，随着北斗系统的应用规模逐步扩大，水下的定位、导航、授时服务的需求也逐步增多，水下声学导航定位系统架构必须自成体系、实现大规模应用，且能提供高精度的授时服务。现有公开的专利和文献仅对水声导航定位系统及方法进行了阐述，对于水下定位、导航、授时体系架构未见公开报道及全面解析。

申请号为CN201910424453专利“一种基于询问应答模式的水下高速目标高精度自主声学导航方法”、申请号为CN201910168348专利“一种基于同步信标模式的水下高速目标高精度自主声学导航方法”、申请号为CN201710303925专利“一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法及系统”、申请号为CN201410406943专利“一种基于近场源定位算法的多目标水声定位方法和系统”、申请号为CN201910538367专利“双基阵长基线水声定位方法及系统”、申请号为CN201910879274专利“一种水声定位系统及方法”，仅公开了水声导航、定位的方法和系统，也未涉及授时，仅阐述了用户端的导航、定位方法，未对体系架构进行全面阐述和解析。

申请号为CN200910090554专利“一种水下授时和同步方法及其系统”，公开了通过水声通信的方式进行水下授时和同步的方法和系统，未对时空基准的传递、信号体制进行阐述，也未对授时体系架构进行介绍和说明。

发明内容

本申请提供一种水下声学定位导航授时系统，以北斗时空基准进行水下声学定位、导航和授时，具有水下多用户高精度服务能力、自主定位、持续运行时间长等特点。

本发明技术方案如下：

本发明提供一种水下声学定位导航授时系统，包括“三段一中心”：水面段、用户段、水下段和岸基控制中心；