第4章_长基线水声定位系统(LBL)课件.ppt

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1、水下定位与导航技术第四章长基线水声定位系统7/31/20211特点：利用海底应答器阵来确定载体的位置----相对于海底应答器阵的相对坐标。4.1引言组成结构及原理（工作过程）应用水下施工海底电缆铺设海上石油勘探水下载体定位方面有广泛的应用。还可与GPS一起，完成水下机器人的高精度绝对定位。长基线、短基线和超短基线系统的区别基线：是以应答器构成的，通常应答器的应答距离为10～20公里基线安装的位置：海底定位方法：长基线利用海底应答器阵来确定载体的位置记录询问时刻和各应答器应答信号到达时刻位置坐标：定位的坐标是海底应答器阵的相对坐标应答器的频率：各个应答器的回答频率不同定位目

2、标、使用条件：确知应答器阵的绝对地理位置24.1引言34.1引言组成结构及原理浮标形式的长基线系统长基线系统的基元也可以是水面无线电浮标。此时被定位的目标上装有同步或非同步声信标，诸基元接收的声信号需调制为无线电信号发到一只母船上进行处理，从而完成水下目标的定位。由于无线电浮标在海面上不固定，因此必须利用装载其上的GPS接收机定时地测定自身位置，与定位信号一起发至母船。换插图？？44.1引言本章要解决的问题本章主要研究利用海底应答器的长基线水声定位系统，利用无线电浮标的长基线系统基本原理是相同的。长基线系统的几种应用模式(定位解算时，依定位模式的不同获取水声传播距离的方式

3、也有所不同。)海底应答器的标校（定位系统的阵元为应答器，因此应答器的位置测量精度对定位精度有直接影响）跟踪定位算法应用实例介绍。54.2几种应用模式舰船导航模式长基线有缆潜器（TTS）导航模式（TetherdSubmersible）长基线无缆潜器（FSS）定位模式（FreeSwimmingSubmersible）母船询问的长基线FSS定位导航模式长基线同步鈡FSS定位导航模式舰船导航模式、有缆潜器导航模式以及无缆潜器导航模式。64.2几种应用模式舰船导航模式1）定位对象为水面舰船系统组成工作原理可算出船与应答器之间的精确距离。通过定位方程解算出船在应答器阵中的相对位置坐标

4、。应答器的回答频率（多个）统一记成F4舰上问答机发出询问信号，频率为F3（通常为一个）问答机与应答器的距离（多个）统一记成R1F43F41F4274.2几种应用模式舰船导航模式2）定位对象为有缆潜器系统组成工作原理设：询问时刻为0，船上问答机接收应答信号时刻为t1＝2R1/c，TTS收到应答信号时刻为t2=T1+T2。从应答器到TTS的单程传播时间为依据同样的方法可以确定另外2个应答器到TTS的单程传播时间T1、T3T2T1＝t1/2应答器与TTS的距离（多个）F3F484.2几种应用模式舰船导航模式－－简化模型图中船上问答机询问信号用F3表示（通常只有一个频率），应答器

5、回答信号用F4表示（实际上有几个应答器就有几个回答频率）。由于被定位目标（水面船）到应答器的单程传播时间的求解方法一样。因此，可以简化表示。F3F4R1iF3F494.2几种应用模式长基线有缆潜器（TTS）导航模式母船上只有接收机，TTS上装有问答机。定位对象为TTS求TTS与T的斜距R2工作过程设：接收时刻t1、t2单程传播时间T1、T2则，问答机t1t2T2T1F3F4104.2几种应用模式长基线无缆潜器（FreeSwimmingSubmersible－FSS）定位模式1)母船询问方式定位对象为FSS（TTS）求T3→R3T5T3T1前后两页跳转应答器114.2几种应

6、用模式1）母船询问的长基线FSS定位导航模式（母船讯问方式）发F1、F3、收F4应答器F2、F3、F1F1F2→T5＝t1/2→R5t1△t3F3F4→t2＝T5+△t3+T3+T1F3F4t2t3T3T1应答器F4、F3124.2几种应用模式长基线无缆潜器（FreeSwimmingSubmersible－FSS）定位模式1)母船询问方式定位对象为FSS（TTS）求T3→R3接收机顺次收到回波的时间为t1、t2、t3T5T3T1前后两页跳转应答器134.2几种应用模式长基线无缆潜器（FreeSwimmingSubmersible－FSS）定位模式2）长基线同步鈡FSS定位

7、导航（FFS询问方式）FSS发出讯问信号（F2），母船接收时刻为t1；在间隔△t3时间后，FSS发出讯问信号（F3），应答器接收，并回答（F4），母船接收时刻为t2；问答器发出讯问信号（F3），应答器回答（F4），母船接收时刻为t3；T5T1T3F2t1F3F4t2t3144.2几种应用模式2）长基线同步鈡FSS定位导航模式F2F3间隔问答机在t1时刻接收到FSS发出来的信号问答机在t2时刻接收到T发出来的信号F4T3T1？F3问答机在t3时刻接收到T的应答信号注意：设计一个工作模式主要是考虑能够求得各个距离。154.3海底应