水下定位技術(shù)概述

TheOverviewofUnderwaterPositioningTechnology仰濤2017/4/13水下定位技術(shù)概述

TheOverviewofUnder1大綱基本概念三種基線定位技術(shù)原理定位誤差來源大綱基本概念2基本概念：背景靠什么實(shí)現(xiàn)水下定位？聲波在海水中的衰減速度遠(yuǎn)小于電磁波，所以水下定位主要采用聲波?；靖拍睿罕尘翱渴裁磳?shí)現(xiàn)水下定位？3基本概念：背景水下聲學(xué)定位的應(yīng)用：航道安全、深海礦藏資源調(diào)查、海底光纜線路鋪設(shè)等，對水下拖體進(jìn)行導(dǎo)航定位?；靖拍睿罕尘八侣晫W(xué)定位的應(yīng)用：航道安全、深海礦藏資源調(diào)查4基本概念：三種聲學(xué)定位系統(tǒng)定位類型基線長度（m）簡稱特點(diǎn)長基線100~6000LBL(LongBaselinePositioning)大面積區(qū)域調(diào)查；系統(tǒng)復(fù)雜，操作繁瑣。短基線20~50SBL(ShortBaselinepositioning)操作簡單，價(jià)格低廉；深水測量基線長度要大于40米。超短基線<1USBL(UltrashortBaselinepositioning)安裝、操作簡單；精度校準(zhǔn)要求極高。基本概念：三種聲學(xué)定位系統(tǒng)定位類型基線長度（m）簡稱特點(diǎn)長基5短基線定位系統(tǒng)使用非同步信標(biāo)的短基線系統(tǒng)

使用應(yīng)答器的短基線水聲定位系統(tǒng)短基線定位系統(tǒng)使用非同步信標(biāo)的短基線系統(tǒng)使用應(yīng)答器的短基線67dR31θX非同步信標(biāo)定位解算方法1.求x坐標(biāo)2.求y坐標(biāo)7dR31θX非同步信標(biāo)定位解算方法1.求x坐標(biāo)2.求y坐標(biāo)8xy（x，y，z）應(yīng)答器PR1R2H1H2H3H4R3R4T使用應(yīng)答器的結(jié)算方法(a,-b)(-a,-b)(a,b)(-a,b)2.求x，y坐標(biāo)1.建立數(shù)學(xué)模型8xy（x，y，z）應(yīng)答器PR1R2H1H2H3H4R3R499xy（x，y，z）應(yīng)答器PR1R2H1H2H3H4R3R4T(a,-b)(-a,-b)(a,b)(-a,b)3.求z坐標(biāo)其中99xy（x，y，z）應(yīng)答器PR1R2H1H2H3H4R3R10若只收到3個(gè)信號，例如1，2，3號收到信號深度的均值10xy（x，y，z）應(yīng)答器PR1R2H1H2H3H4R3R4T(a,-b)(-a,-b)(a,b)(-a,b)10若只收到3個(gè)信號，例如1，2，3號收到信號深度的均值1

組成結(jié)構(gòu)：發(fā)射換能器和幾個(gè)水聽器可以組成一個(gè)直徑只有幾厘米～幾十厘米的水聽器基陣，稱為聲頭。聲頭可以安裝在船體的底部，也可以懸掛于小型水面船的一側(cè)。

超短基線定位系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)：超短基線定位系統(tǒng)11超短基線系統(tǒng)的兩種定位解算方式12已知方位-深度法聲線入射角θ和已知深度h方位-距離法聲線入射角θ和測量距離R超短基線系統(tǒng)的兩種定位解算方式12已知方位-深度法方位-距離超短基線定位系統(tǒng)算法xy12340D超短基線定位系統(tǒng)算法xy12340D13長基線定位系統(tǒng)14可算出船與應(yīng)答器之間的精確距離。通過定位方程解算出船在應(yīng)答器陣中的相對位置坐標(biāo)。應(yīng)答器發(fā)出回答信號艦上問答機(jī)發(fā)出詢問信號F43,T3F41,T1F42,T2長基線定位系統(tǒng)14可算出船與應(yīng)答器之間的精確距離。通過定位方x,y,zx1,y1,z1x3,y3,z3x2,y2,z2長基線定位系統(tǒng)算法x,y,zx1,y1,z1x3,y3,z3x2,y2,z2長15長基線定位系統(tǒng)算法其中長基線定位系統(tǒng)算法其中16定位誤差來源系統(tǒng)誤差：聲速測量誤差、聲波波長誤差、聲線彎曲導(dǎo)致的相位測量誤差、基陣安裝誤差等。隨機(jī)誤差：海洋噪聲、船姿態(tài)、水聽器基陣姿態(tài)變化等。定位誤差來源系統(tǒng)誤差：聲速測量誤差、聲波波長誤差、聲線彎曲導(dǎo)17定位誤差：聲線彎曲常聲速聲線跟蹤法常梯度聲線跟蹤法定位誤差：聲線彎曲常聲速聲線跟蹤法常梯度聲線跟蹤法18定位誤差：姿態(tài)變化XYZXYZXYZ為什么要進(jìn)行姿態(tài)修正：船受風(fēng)、浪影響，會有晃動。而測量是以基陣坐標(biāo)系進(jìn)行的。解決方法：姿態(tài)修正（坐標(biāo)變換）姿態(tài)變化定位誤差：姿態(tài)變化XYZXYZXYZ為什么要進(jìn)行姿態(tài)修正：姿19定位誤差：海洋噪聲海洋噪聲來源：海面波浪空化噪聲，艦船噪聲等。應(yīng)對措施：對噪