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《长基线水下目标定位新技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第4期增刊仪器仪表学报2004年8月长基线水下目标定位新技术研究江南‘，“黄建国‘李姗“(西北工业大学航海工程学院西安710072)z(中国船舶重工集团公司750试验场昆明650051)摘要将GPS定位和授时技术、矢量水听器技术、无线网络技术和网络化传感器技术引人传统长基线水下目标定位系统中，提出了一种无线网络化的水面长基线阵主动被动通用水下目标定位新方法，讨论了方法的测量原理、系统实现及关键技术。关键词GPS、水听器)无线网络ANewLongBaseLineUnderwaterPositioningTe
2、chniqueJiangNan"'HuangJianguolLiShan''(NorthwestPolytechnicalUniversityXi'an710072,China)'(KunmingShipborneEquipmentResearchandTestCenterKunming650051,China)AbstractIntroducingGPSpositioning，GPStiming，vectorhydrophonemeasuringandwirelessnetworkedsens-ingappro
3、achesintotraditionallongbase-line(LBL)underwaterpositioningsystem,anewLBLactiveandposi-tiveunderwaterpositioningmethodispresented.Thepositioningprinciple，systemimplementationandkeytech-niquesofthemethodarediscussed.KeywordsPositioningLongbase-lineGPSHydrophon
4、eWirelessnetwork基线系统难以在被动方式下使用。1引言研究可综合上述水下目标定位跟踪方法优点的技术和系统具有重要的理论和工程意义。我们注意到，近迄今为止，水下目标定位跟踪的主要手段仍是依年来，GPS技术〔，〕、无线局域网技术和网络化传感器技赖于几何原理的水声学定位方法。在这些方法中，根据术〔习的广泛应用和水声矢量传感器〔3]的出现为突破传目标性质分类，有针对合作目标的主动方式和针对非统水下定位技术的局限提供了充分的可能性。文中提合作目标的被动方式;依据测量基线的长度分类，有超出一种水面长基线主动被动
5、通用水下目标定位系统，短基线(USBL/SSBI.)、短基线(SBL)和长基线(LBL)讨论了其测量原理、系统实现和关键技术。方式。一般而言，主动方式较被动方式定位精度高，信号处理算法简单，需传输和处理的信息量小，但对合作目标的要求在工程中往往无法满足;长基线方式较超短基线和短基线方式定位精度高，作用范围大，用于时延、相位和频率等参数估计的水声信号处理系统和用于载体姿态修正和航迹滤波等的后置数据处理系统简单，测量基阵安装校准精度要求较低，但存在两个严重缺陷，一是声基阵庞大，大量的水下或海底设施造成校准、布放、回收
6、、使用和维护的极大困难，不适于作为便携式系统使用;二是因为水声信道的相关作用，声信号图1水面长基线定位几何模型的水平相关半径有限，而且在实时测量时受观测时间限制，阵列上各阵元间接收信号的相关段很短，所以长仪器仪表学报第25卷是一种可能的方案。但是，组合系统复杂程度激增，工2测量原理和系统实现程可实现性迅速降低。近年来，一种新型水声换能器—矢量水听器引起了人们极大的关注。较之于传统2.1测f原理的声压水听器，矢量水听器不仅能获取声压这一声场水面长基线主动被动通用水下目标定位方法的几的标量参数，而且能同时获取质点振速
7、这一声场的矢何模型与传统LBL定位方法相同，如图to量参数，具有单传感器定向能力，为解决这一问题提供在主动定位方式下，采用同步方式以球面定位法了理想途径。矢量水听器LBL定位方程为!户定位。基阵各阵元B;接收安装在水下航行体S上的声R;cos+;cosp;
8、同合作目标发出的同步测距声脉冲，估计水下目标至各!R;sina;cospi=1,2,A,N长间
9、(2)阵元的声传播时间ti's位于以B;为球心，ct、为半径的
10、=R;sing
11、R.=L球面上，3个球面的交会点即S。其定位方程为((x;一X)2+(y、一Y)2十
12、Zz)1/2(x;-x)2+(y一y)2+z2=(ct)“式中:(Ri,a;,且)为声源S的位置，(a;,p;)由矢量水听器i=1，2,n,N(1)测量。N)3时可实现目标被动定位。式中:2.2系统实现c—声在水中的传播速度;水面长基线主动被动通用水下目标定位系统由水(x,y,z)—声源S的位置;面单元(湿端)和处理中心(干端)构成。如图2所示，整(x;,yi,z;)—接
